数控加工技术 CAI课件数控加工技术精品课程组

第二章

数控机床各组成部分的结构及其控制原理

第一节 计算机数控系统 一、CNC系统的组成与特点 计算机数控系统(简称CNC系统)是在硬件数控(NC)系统 的基础上发展起来的，它用一台计算机完成数控装置的所有功 能。CNC系统由硬件和软件组成，其组成框图如图2-1所示。

根据上述组成框图，CNC系统有如下特点：(1)灵活性 (2)通用性(3)可靠性(4)数控功能多样化 (5)使用维护方便

二、CNC系统的硬件结构 数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、 驱动装置和机床电器逻辑控制装置等组成，这四部 分之间通过I/O接口互连。 数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来 控制各种数控功能的实现。 数控装置的硬件结构按CNC装置中的印制电路板 的插接方式可以分为大板结构和功能模块(小板) 结构；按CNC装置硬件的制造方式，可以分为专用 型结构和个人计算机式结构；按CNC装置中微处理 器的个数可以分为单微处理器结构和多微处理器结 构。

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(一)大板结构和功能模板结构 1.大板结构 大板结构CNC系统的CNC装置由主电路板、位置控制板、PC 板、图形控制板、附加I/O板和电源单元等组成。主电路板是大印 制电路版，其它电路板是小板，插在大印制电路板上的插槽内。 这种结构类似于微型计算机的结构。 2.功能模块结构 在这种结构中，整个CNC装置按功能模块化分为若干个模块，硬 件和软件的设计都采用模块化设计。 常用的功能模板有CNC控制板、位置控制板、PC板、存储器板、 图形板和通信板等。FANUC系统15系列就采用了功能模块式结构。

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(二)单微处理器结构和 多微处理器结构 1.单微处理器结构 在单微处理器结构中，只有 一个微处理器，以集中控制、分 时处理数控装置的各个任务。 2.多微处理器结构 在一个数控系统中有两个或两个 以上的微处理器，每个微处理器 通过数据总线或通信方式进行连 接，共享系统的公用存储器与 I/O接口,每个微处理器分担系统 的一部分工作，这就是多微处理 器系统。

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如图2-3所示的数控系统带有4个CPU。目前使用的多微处理器 系统有三种不同的结构，即主从式结构、总线式多主CPU结构和分 布式结构。

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三、CNC系统的软件结构 (一)CNC系统软件的组成 CNC软件分为应用软件和系统软件。 CNC系统软件是为实现CNC系统各项功能所编制的

专用软 件，也叫控制软件，存放在计算机EPROM内存中。各种CNC系 统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构上和规 模上差别很大，但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、 速度控制程序、管理程序和诊断程序。下面分别叙述它们的作用。 1.输入数据处理程序 它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令 和数据进行译码、数据处理，并按规定的格式存放。有的系统还要 进行补偿计算，或为插补运算和速度控制等进行预计算。通常，输 入数据处理程序包括输入、译码和数据处理三项内容。 (1)输入程序(2)译码程序(3) 数据处理程序

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2.插补计算程序 CNC系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、 起点、终点等进行运算。根据运算结果，分别向各坐标轴发出进给 脉冲。这个过程称为插补运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台 或刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。 CNC系统是一边插补进行运算，一边进行加工，是一种典型 的实时控制方式，所以，插补运算的快慢直接影响机床的进给速度， 因此应该尽可能地缩短运算时间，这是编制插补运算程序的关键。 3.速度控制程序 速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以 保预定的进给速度。在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制， 以避免因速度突变而造成驱动系统失步。 4.管理程序 管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过 程服务的各种程序进行调度管理。管理程序还要对面板命令、时钟 信号、故障信号等引起的中断进行处理。

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5.诊断程序 诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障，并指出 故障的类型。也可以在运行前或故障发生后，检查系统各主要部件 (CPU、存储器、接口、开关、伺服系统等)的功能是否正常，并 指出发生故障的部位。 (二)CNC系统软件的结构 CNC系统是在同一时间或同一时间间隔内完成两种以上性质相 同或不同的工作，因此需要对系统软件的各功能模块实现多任务并 行处理。为此，在CNC软件设计中，常采用资源分时共享并行处理 和资源重叠流水并行处理技术。资源分时共享并行处理适用于单微 处理器系统，主要采用对CPU的分时共享来解决多任务的并行处理。 资源重叠流水并行处理适用于多微处理器系统，资源重叠流水并行 处理是指在一段时间间隔内处理两个或多个任务，即时间重叠。由 于两种技术处理方式不同， …… 此处隐藏：1819字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……