编辑: 黎文定 2019-07-01
4.

2 计算机数控装置的硬件结构 现在说的CNC就是MNC(微型计算机数字控制),CNC从硬件结构上分为单微处理机和多微处理机两大类数控装置.

一、单微处理机数控装置的结构(如P148图4.2.1) 单微处理机工作原理: 单微处理机数控装置以一个中央处理器(CPU)为核心,CPU通过总线与存储器以及各种接口相连接,采取集中控制,分时处理的工作方式,完成数控加工中各个任务. 基本结构:微处理器和总线、I/O接口、存储器、串行接口、CRT/MDI接口、控制单元部件、接口电路.

(一)微处理机和总线 微处理机任务:控制和运算. 控制功能主要包括:内部控制(用于保持CNC装置内各功能部件的动作以及各部件间的协调)、对零件加工程序输入、输出的控制(用于保持对外联系和机床的控制状态信息输入和输出)、对机床加工现场状态信息的记忆控制. 运算任务:译码、刀补计算、运动轨迹计算、插补计算和位置控制的给定值与反馈值的比较运算. 总线:是CPU与各组成部件、接口等之间的信息公共传输线,包括控制、地址和数据三总线.

(二)存储器 加工的零件程序、机床参数、刀具参数存放在有后备电池的CMOS RAM中,或者存在磁泡存储器中,这些信息在这种存储中能随机读出,还可以根据操作需要写入或修改,断电后,信息仍保留(如P149图4.2.2为CMOS RAM)存储器框图. 有后备电池的CMOS RAM保存信息原理: 在正常供电时,+5V电源经一只二极管D1将电压VBB加到CMOS RAM芯片电源引脚,向CMOS RAM供电,同时对干电池充电,这是微型继电器V

33、V22的线圈通电,其触点闭合接通.VPU电压和非门的上拉电阻接通,使译码信号*ADCM1变反形成CMOS RAM芯片选通信号. 当电源停电时,该由干电池供电维持CMOS RAM的信息,此时,微继电器A

33、A22线圈断电,VPU电压和非门输出上拉电阻断开,则0电压通过下拉电阻加到非门输出端,使非门输出为

0 ,即CMEN1信号为0,CMOS RAM不选通,停止读写工作. 磁泡存储器保存信息的原理: 写入时控制磁泡的发生,并沿写入通道向前移动写入的数据,再控制磁泡的转入,实现信息写入,写入后的磁泡由于旋转磁场的作用,在封闭的存储环中不断地循环移动.若旋转磁场移动停止,磁泡也停止移动,由于偏磁场是永磁体产生的,因此,断电时磁泡仍存在,信息并不丢失,从而实现非易失性的存储,控制磁泡的复制,并沿读出通道传至探测器,便实现了信息的非破坏性读出,控制磁泡的缩灭,可实现信息的清除.

(三)位置控制单元(如P151图4.2.3,又称位置控制器或位置控制模块) 位置控制主要是对数控机床的进给运动的坐标轴位置进行控制. 位置控制包括:轴控制、刀库位置控制. 位置控制的硬件包括:位置控制芯片和位置控制模板(如P151图4.2.4(1)、位置输出模板如P152图4.2.4(2))

1、位置控制芯片 工作原理:CPU输出的位置指令,经过芯片MB8739处理后,送往D/A变换,再经过速度控制单元以控制电机运动,电机的轴上装有光电脉冲发生器,随着电机转动产生系列脉冲,该脉冲经接收器后反馈到MB8739,然后将其分为两路,一路作为位置量的反馈,一路经频率/电压(F/V)变换,作为速度量的反馈信号送往速度控制单元. 位置控制芯片包括位置测量与反馈的全部线路,主要包括: ①DDA插补器 该插补器作粗精二级插补结构的第二级插补――细插补,它的输入是第一级软件插补一个插补周期的信息. ②CMR 这是指令值倍乘比,其作用是将指令值乘以一个比例系数,因为程编的指令单位与实际机床移动单位可能不一致,所以需用CMR和DMR进行调整,使其一致,以便进行比较. ③误差寄存器 实现指令位置与实际位置的比较,并寄存比较后的误差(实际上是多位可逆计数器),指令值来自DDA插补器,反馈值来自鉴相器. ④位置增益控制 对上述误差乘以一定的比例系数,这是为了调整整个位置伺服系统的开环增益KV,KV是由软件根据实际系统的要求设定的. ⑤误差的脉宽调制P.W.M 误差被调制成某一固定频率,且宽度与误差值成正比的矩形脉冲波,经PWM后,输出粗误差指令CCMD1和CCMD2和精误差指令FCMD. ⑥漂移补偿控制 伺服系统中经常受到漂移的干扰,即在无位置指令输出时,坐标轴可能出现移动,从而影响机床的精度,漂移补偿控制的作用是当漂移到某一程度时(可由软件参数设定),自动予以补偿. ⑦鉴相器 该线路用来处理脉冲编码器的反馈信号,从接收器输出的两组相位差90°的脉冲信号,经该线路变为能表示运动方向的一系列脉冲,该线路包括辨向与倍频线路. ⑧DMR 它是实际值的倍乘比,其目的是与滚珠丝杠的螺距相匹配,使实际位移值的脉冲当量乘以DMR以后等于乘以CMR后的指令脉冲当量,DMR的值由软件根据实际的机床参数设定. ⑨参考计数器 机床坐标回到参考点时,由该计数器产生零点信号. ⑩地址译码 芯片内部各数据和控制寄存器都由地址选择,故设此地址译码器.

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