數(shù)控系統(tǒng)包括控制器和伺服傳動系統(tǒng),它們之間的信息交換能力直接影響數(shù)控系統(tǒng)的性能。從 20世紀 70年代起, 控制器已由硬件電路控制提升為計算機數(shù)字控制( ComputerNu m er ic Contro, lCNC )。而近些年來,數(shù)字式伺服系統(tǒng)由于具有高速、 高精度和無漂移等特點,發(fā)展非常迅速。數(shù)控系統(tǒng)是指通過控制傳統(tǒng)機械加工機床來進行零件加工的計算機系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)的核心,從上世紀 90年代初開放式數(shù)控系統(tǒng)便引起人們的注意。初期結(jié)構(gòu)是面向硬件、 軟件與特定裝置。軟件環(huán)境需要以微機為基礎(chǔ)的現(xiàn)代數(shù)控機床控制, 其復(fù)雜控制功能能夠根據(jù)需要實現(xiàn)加工質(zhì)量的提高,加工時間進一步縮短。可以自行定義接口與軟件平臺的開放式數(shù)控系統(tǒng)面向軟件配置,其功能能夠不斷集成于控制系統(tǒng)中,使網(wǎng)絡(luò)化的制造環(huán)境得以形成。對于機床制造商和用戶來說非常有利的一點是:把控制系統(tǒng)軟、 硬件徹底分開,并且根據(jù)需要及技術(shù)發(fā)展分別升級相應(yīng)硬、 軟件。為使機床性能得到提高他們進入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部接口, 便可以按照加工過程要求,修改、 刪除與添加系統(tǒng)控制功能。用戶根據(jù)自己的特殊需要和經(jīng)驗, 可以通過外部接口, 添加需要的功能。無庸質(zhì)疑, 機床控制技術(shù)發(fā)展方向就是開放式控制系統(tǒng),它將給數(shù)控機床制造商、 系統(tǒng)供應(yīng)商、 最終用戶增加效益。
數(shù)控系統(tǒng)的通信接口及通信協(xié)議決定了計算機與數(shù)控加工設(shè)備的通信方式。數(shù)控系統(tǒng)常見的通信接口和通信協(xié)議如下:
1 數(shù)控裝置的鍵盤輸入接口
1 . 分類:全編碼鍵盤與非編碼鍵盤。
2 . 鍵盤輸入信息的過程: 操作者按鍵 - 4鍵掃描- 4 鍵譯碼 - 4執(zhí)行按鍵功能。1)全編碼鍵盤: 鍵的識別由鍵盤的硬件邏輯自動提供被按鍵的 ASC II代碼或其他編碼, 并能產(chǎn)生一個選通脈沖向 CPU申請中斷, CP U響應(yīng)后將鍵的代碼輸入內(nèi)存, 通過譯碼執(zhí)行該鍵的功能,其優(yōu)點是使用方便、 但是價格昂貴; 2)非編碼鍵盤: 鍵的識別與譯碼由軟件來實現(xiàn),采用程序查詢的方法來掃描鍵盤。
2 數(shù)控裝置的顯示功能接口
1 . 分類: 現(xiàn)代 CNC裝置采用 CRT、 LCD作為顯示器。
2 . 顯示接口的功能:顯示器既能顯示字符, 又能顯示圖形,還具有豐富的軟件菜單功能以簡化操作過程。
3 數(shù)控裝置的串行通信接口
數(shù)據(jù)在設(shè)備間的傳送可用串行或并行方式,相隔距離較遠時可采用串行通信方式。
1 . 常用的串行通信接口 RS232C /20 M a電流環(huán)、 RS422 /RS449。
2 . 使用 RS232C串行通信接口要注意的問題。1)要區(qū)分互相通信的設(shè)備是 DTE還是DCE; 2)有兩個地,即機殼地(連到系統(tǒng)屏蔽罩上)和信號地(信號參考點) , 通信電纜總長不超過 30m; 3)RS232C的邏輯與 TTL、 MOS電路電平不同。由此可知:最常用的數(shù)控系統(tǒng)通信接口是異步串行通信接口, 所有數(shù)控系統(tǒng)都幾乎包含此接口, 而且, RS232接口也用于 DNC接口板。如今, 一種新的 USB接口在計算機應(yīng)用領(lǐng)域替代 RS232接口,可接鼠標、 鍵盤、 打印機與掃描儀, 昔日采用RS232接口的部分由眾多基于 U SB的外設(shè)取代。SB接口和 RS232接口相比其優(yōu)勢在于: ( 1 )SB可支持超過 127個外設(shè), 與 RS232的點對點連接相比, USB接口系統(tǒng)的采用使一臺 PC控制多臺 NC成為可能, 從而效率大大提高、 成本降低、 控制方便, 協(xié)同制造更有利于實現(xiàn); ( 2) USB總線可以提供三種數(shù)據(jù)傳輸速率:低速數(shù)據(jù)傳輸、全速數(shù)據(jù)傳輸和高速數(shù)據(jù)傳輸, 均高于 RS232的速率 20kb / s ,在加工曲率變化很大的曲面時, USB高速數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢特別明顯; ( 3) U SB有效連接距離能夠通過集線器擴展連接, 最多可以擴展到級,距離能夠達到 30m,遠遠超過 RS232在數(shù)據(jù)傳輸時最大距離 15m; ( 4) U SB還有一個特點表現(xiàn)在支持熱拔插,此種特性尤其適合于環(huán)境生產(chǎn)布局調(diào)整頻繁的地方。當出現(xiàn)故障需要停機維修時,增減 NC時用戶能夠直接將設(shè)備接入系統(tǒng), 大大降低生產(chǎn)調(diào)整時間; ( 5) USB傳輸數(shù)據(jù)具有較好容錯性、 價位低、 使用方便等。通過以上分析,相對于 RS232接口數(shù)控系統(tǒng)采用 U SB接口具有很多優(yōu)勢,技術(shù)提高較為明顯。
4 數(shù)控裝置的網(wǎng)絡(luò)通信接口
1 . 協(xié)議的概念: 通信一定在兩個系統(tǒng)的對應(yīng)層次內(nèi)進行,而且要遵守一系列的規(guī)則和約定,稱之為協(xié)議。
2 . 常見的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及其特點: 1) 以 I SO開放式互聯(lián)系統(tǒng)參考模型的七層結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的有關(guān)協(xié)議; 2)采用 IEEE802局部網(wǎng)絡(luò)有關(guān)協(xié)議。制造自動化協(xié)議MAP( FANUC、S i emens、 A - B等公司支持 MAP協(xié)議)。
5 其他接口
手輪輸入用于連接手輪 MPG 脈沖發(fā)生器又稱手搖脈沖發(fā)生器 )。它廣泛用于機床的手動軸移動操作。MPG每轉(zhuǎn)能輸出 100個脈沖的電信號,信號分為 A、 B兩路, 均為方波信號,其相位相差 90b 。MPG與 CNC通過 4根信號線+ 5V、GND、 A、 B相聯(lián)。CNC通過判斷其 A、 B信號相位超前或滯后關(guān)系來判斷 MPG正反轉(zhuǎn), 通過檢測MPG所發(fā)脈沖個數(shù)來控制坐標軸移動的距離。其可分為固定式和便攜式兩類。
插補精度與數(shù)控系統(tǒng)性能和數(shù)控機床加工精度以及效率的提高是密不可分的。如果插補精度越高, 那么在零件加工中可以進一步提高尺寸精度,同時機床運動就有較高的平穩(wěn)性,表面粗糙度從而變得越小,刀具磨損也越小,經(jīng)濟效益便得到顯著改善。
隨著新時代的到來, 機械制造業(yè)也要與時俱進。以采用 PC為主控制器并且將計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)控制技術(shù)相結(jié)合的數(shù)控系統(tǒng)正成為機械制造領(lǐng)域的新發(fā)展。隨著技術(shù)普及, 互聯(lián)網(wǎng)進入車間僅是時間問題, 這將成為數(shù)字化制造的主要標志之一。
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