CNC control【数控系统】简介

CNC control【数控系统】简介

 

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本文转载自  机电双语学堂 汤彩萍老师 微信号 TIMES40 原文链接

 

现在的制造过程少不了数控(CNC)技术,CNC工作过程包含了五个步骤:

CNC control【数控系统】简介

① 设计:你想用CNC制造什么?

② CAD:将你的设计用计算机表现出来

③ CAM:将CAD文件转换成机床能识别的语言

④ CNC:控制机床运动

⑤ 加工:将零件制造到满足要求

在第四步,控制机床运动的是数控系统,英文CNC control,它包括了硬件和软件,是数控机床的大脑和中枢。也称为MCU(机床控制单元)。

 

具体说来,CNC control包括了三样东西:

  • 一台计算机(CNC control computer)
  • 一套数控系统软件(CNC control software)
  • 一套轴控制器(CNC controller)

 

在②③④步,CAD、CAM、CNC中的第一个字母“C”的含义都是computer,难怪数控机床也叫电脑机床。

所谓硬件,就是计算机实体;所谓软件,就是计算机能识别的语言,是根据计算机语言书写的数字控制系统程序。有了软件,增加了控制的柔性,缩小了数控系统的体积。软件离开了硬件的支持便无法工作,因而数控系统的性能很大程度上取决于硬件,而数控系统的功能则很大程度上取决于软件。

 

下面分别说明CNC control中的三样东西。

1.计算机

计算机由中央处理器(CPU)、存储器、机床控制接口以及外部设备接口等组成。

(1)CPU

CPU对系统内部工作及操作进行统一控制,按照程序中指令的要求进行各种运算,使系统成为一个有机整体。CPU由运算器、控制器、内部寄存器构成。

数控系统的CPU不一定是市面上最快最先进的,因为它只是处理一些G代码等,但是它必须能适应烟雾粉尘等恶劣的车间环境。

如,FANUC 0i Mate-C系统的CPU为32位486,内部寄存器(DRAM)容量仅为16MB。

(2)存储器

存储器(MEMORY)是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。存储器中的数据为二进制数据,以字节为单位,1字节(byte) =8字位(bit),字节地址如图1所示。

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图1 字节地址

 

存储器主要有两种:

① ROM(Read Only Memory):只读存储器。

存放数控软件(系统控制程序),由数控系统厂商(CNC manufacturer)固化,机床制造商(Machine Tool Builder)和最终用户(end user)都不能修改。又分为EPROM、E2PROM、FLASH ROM(闪存)。

② RAM(Random Access Memory):随机存取存储器。

既可读入也可写出,与ROM相比,RAM在断电后保存在里面的数据会自动消失,而ROM则不会。RAM用来存放零件加工程序、机床参数、控制程序运行时的中间结果(信息暂存),断电时前两项数据(零件加工程序、机床参数)应由备份电池保持。这也就是为什么绝大部分的数控系统都装有电池盒的原因。

(3)接口

包括机床控制接口和外部设备接口,具体有:

① 数字/模拟量接口:与轴控制器连接,完成位置控制。

② 主轴速度控制接口:与主轴驱动装置(如,通用变频器)连接,完成主轴转速控制。

③ 开关量接口:与机床强电柜连接,完成机床辅助功能控制。

④ 外设通信接口:串行RS232、PCMCIA、以太网等,完成数据的输入/输出。

⑤ 键盘面板和显示接口:实现人机交互。

2.CNC系统软件

CNC系统软件执行G代码程序,对机床运动进行实时控制。

不论进行哪种曲线加工,数控系统都执行同一基本控制流程:首先读取零件程序(输入),再进行程序段的译码和预处理(刀具补偿处理和进给速度处理),然后根据程序段指令,进行插补计算和位置伺服控制,如图2所示。

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图2 CNC系统软件工作流程

数控机床与其它自动化设备最显著的区别,就是数控坐标轴的“插补计算”和“位置控制”。这是CNC系统软件的核心功能所在,它为伺服控制提供连续运动的指令。

CNC系统软件除了执行基本的控制流程外,还应该具有显示、I/O处理及诊断等功能。其表现形式就是你所看到的一个一个的屏幕界面。CNC系统软件通常存放在计算机的ROM区。

市面上流行的CNC系统软件有:Mach 3、Turbo CNC、CNC Pro等。

3.轴控制器

轴控制器内含完成机床运动控制所需的硬件电路,将来自计算机的信号转换成轴的运动。

数控机床的插补控制是高精度、响应快的运动控制,因此,必须采用专门的轴控制器。轴控制器将来自于计算机软件的信号处理成运动指令,即接收插补器的输出,经过闭环(位置环、速度环、电流环)控制,送出脉冲信号给伺服放大器,如图3所示。

CNC control【数控系统】简介图3 轴控制器框图

目前,轴控制器多为全数字式伺服系统,市面上有单轴控制器、多轴控制器等,多数以含电机和电缆在内的商业化套装出售。

 

CNC计算机和轴控制器之间采用串行通信的方式,有特定的通信协议,使CNC轴控制器读取指令的周期与CNC计算机的插补周期严格保持同步。这种通信方式可极大地减少连接电缆,便于机床安装和维护,提高了系统的可靠性。

 

结语
如视频中所说,CNC厂家通常会把这三部分集成在一起。如典型的FANUC CNC control,主板上包括了CPU卡、FROM/SRAM、轴控制卡等基本组件,统称为CNC控制单元。

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