第4章：计算机数控装置

1、第三章计算机数控装置，第一节概述，数控系统配置数控机床数控系统控制，按照给定程序自动加工零件。CNC系统由程序、输入和输出设备计算机数字控制设备可编程控制器主轴驱动设备馈送驱动器等组成，CNC系统配置框图，第二，从CNC设备配置、外部功能方面看，CNC系统由硬件(通用硬件和专用硬件)和软件(专用)两部分组成。1，计算机基本系统，设备支持层，设备层三部分构成的CNC系统：2，CNC设备软件框图，3，CNC硬件软件功能和相互关系，硬件是基础，软件是灵魂CNC设备系统软件在系统硬件的支持下，合理配置、管理整个系统的各种任务，实现各种CNC功能提供CNC系统基本配置所需功能的CNC系统的系统平台：在平

2、台上，可以根据用户的要求设计和开发功能。第三，CNC设备的功能，指满足用户工作和机器控制要求的方法和手段。CNC设备的功能通常包括基本功能数控系统的基本配置功能，即必备功能。功能选择用户可以根据实际需求选择的功能，CNC设备的主要功能包括：1，控制功能意味着机器可以控制，同时控制连接的轴数。控制轴包括移动轴和旋转轴、缺省轴和附加轴。驱动轴的数量越多，CNC设备的功能就越强，加工的零件就越复杂。2、准备功能()是用于指示机床运动的功能。3，插值功能主要用于零件轮廓控制；通常，有直线插值和圆弧插值，还可以有二次曲线和样条插值。4，通过固定循环加工功能实现典型加工循环(如钻孔、攻丝、镗孔、深孔加工、

3、深孔钻孔和螺纹切削)的数控系统功能，以mm/min为单位控制编程简化、5，进给能力、(1)切削进给速度。(2)同步进给率与切削速度和进给率同步，单位为mm/r。(3)快速进给率：G00 -可通过面板进行更改。(4)进给率可通过面板手动指定实时精整预指定进给率，6，主轴功能，(1)主轴转速主轴转速控制功能，以r/min为单位。s * * * * * *；(2)将匀速刀具加工点的切削速度设置为匀速的控制功能。为了提高加工工件的曲面质量。(3)主轴定准停止主轴方向放置在特定位置并进行控制的功能。-用于指定刀具交换、7、辅助工具(m)、主要是主轴的正向、反向、停止、冷却液开或关、刀具交换等运动。8、刀

4、具功能t型刀具并指定有效刀具几何参数的地址。9、补偿功能、刀具长度和半径补偿；灯丝的螺距误差和反间隙误差补偿；文字图形显示功能，可在加工前输入到工件机床的储存装置中，显示程式、零件图形、人机对话程式设计选单、错误资讯等。11，满足通信功能、CNC和外部信息和数据交换功能RS232C接口、传输部件处理程序、网卡：FMS、CIMS、IMS等制造系统集成要求。12，自我诊断功能，CNC自动实现错误预测和错误定位功能。开机自我诊断；线上自我诊断离线自我诊断远端通讯诊断。13、人机对话编程功能、菜单结构操作界面；零件加工程序编辑环境；第二部分CNC设备的硬件结构(如系统和机床参数、状态、故障信息显示、查

5、询或更正屏幕)为：单微处理器结构多微处理器结构，单微处理器：整个CNC设备只有一个CPU，通过集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理实现各种NC功能。，系统中只有一个主CPU(master CPU)具有控制和使用系统资源的CPU的其他功能部件可以向主CPU发送请求信息，以允许主CPU上的控制命令或数据，或获取所需数据。因为它处于从属位置，所以称之为基础从属结构。多微处理器结构：CNC设备有两个或多个CPU。这意味着系统中的某些功能模块也有自己的CPU。经济型CNC设备通常采用多微处理器结构、单微处理器结构CNC设备、模块化设计方式的CNC设备、模块化设计方式，即将控制系统分为多个功能独立的设

6、备模块，并使用带有相应驱动软件的单微处理器结构CNC设备。按照系统的设计，根据功能的要求，选择不同的功能模块插入控制单元主机，可以配置完整的控制系统。其中，单元主节点通常是总线结构的手动主节点，提供模块之间互连的信号路径。以总线(BUS)标准化为条件，实现CNC系统的模块化设计。使用模块化结构，CNC系统设计工作可以概括为功能模块的合理选择。1、作为计算机主板和CNC装置核心的系统总线(主板)。包括：CPU和外围芯片；内存设备、高速缓存和外围芯片；通信接口(串行端口、并行端口、键盘接口)。软、硬盘接口、计算机主板的主要作用：执行适合在CNC设备中输入的数据、信息(部件加工程序、各种I/O信息等

7、)的算术和逻辑运算。根据处理结果，可以向每个功能模块发出控制命令，发送数据以执行用户命令。系统总线(母板):由一组传递数字信息的物理导线组成，是计算机系统内数据或信息交换的通道。用于工业PC的总线主控器是独立的手动四层板(线路表面、组件面、电源层和接地层)，其可靠性高于两层。6插槽、8插槽、12插槽、14插槽等。2、显示模块(图形卡)、显示卡的主要作用是接收CPU的控制命令和用于显示的数据，对CRT的扫描信号进行调制，生成CRT显示器所需的视频信号，生成CRT所需的屏幕。在CNC设备中，CRT显示是非常重要的功能，是人机交流的重要媒体，为用户提供直观的操作环境，使用户快速熟悉自己的操作过程。显

8、卡是具有高度通用性的模块。该产品不仅可以随时在市场上购买，而且具有非常丰富的支持软件，无需用户自行开发。3，输入/输出模块(多功能卡)是与CNC装置进行外部数据和信息交换的接口板。也就是说，CNC装置可以通过此界面从输入设备中获取数据，或将数据从CNC装置发送到输出设备。此模块也是标准PC模块，通常不需要用户自行开发。如果您的电脑主机板选择ALL-IN-ONE主机板，您可以略过此主机板。1)I/O信号分类和接口电路的操作，2)用于电平转换和功率放大的接口电路的主要操作；防止噪音引起的误操作。-抗干扰光电耦合器或继电器将CNC和机械信号从电力中分离。数字数量和其他数量之间的转换- A/D、D/A

9、、以上三部分、键盘、电源和机箱实际上是CNC设备的核心，从某种意义上说，CNC设备的等级和性能将相应地确定。因此，在数控设备中合理选择计算机系统至关重要。4，CNC装置中存储系统软件、系统特定数据等数据和参数的存储模块；系统的配置参数(系统可以控制的进给轴数、轴定义、系统增益等)用户的部件处理程序、计算机领域使用的存储设备的三个类别：软/硬盘(读/写)。光纤存储设备，例如磁盘(只读)。电子(半导体)存储设备，如RAM、ROM、flash等。通常用作外部内存的前两类的特点是容量大、价格低，经常将电子存储设备用作CNC设备中的外部内存。主要考虑了CNC设备的工作环境，电磁干扰、低磁设备的可靠性和电

10、子存储设备的抗电磁干扰能力相对强。只读存储元素(ROM、PROM、EPROM)根据挥发性随机读写存储元素(RAM)的读写性能区分电子存储设备。非易失性读写存储组件。这些设备包括E2PROM有。带有闪存备用电池的RAM。5，可编程逻辑控制器(PLC)模块，PLC模块：CNC设备实施顺序控制的模块。PLC模块的作用：接收操作面板、机床上的每个行程开关、传感器、按钮、强电动机柜的继电器和主轴控制、刀具库控制相关信号，并通过处理后输出控制该设备的运行。由于CNC设备与控制设备交换的信息的三类：开关信号模拟信号脉冲信号、上述信号由于类型、电平、功率和抗干扰性，通常不与CNC设备直接连接，并且需要用于这些

11、信号的转换处理的接口。PMC模块可以通过多种方式实现，包括简单的I/O接口板和可编程逻辑控制器(PLC)控制。是目前使用最广泛的CNC系统。CNC机床的PLC通常分为两类：内置(Built-in Type)PLC(或集成，包括)。单机PLC(或通用)、6、位置控制模块、位置控制模块是进给伺服系统的重要组成部分，是实现轨迹控制时CNC设备连接到伺服驱动器系统的接口模块。典型位置控制模块包括：开环位置控制模块：CNC设备和步进电动机驱动电源接口；闭环(包括半闭环)位置控制模块：与直流、交流伺服驱动器的CNC设备接口。7，功能接口模块，实现用户特定功能要求的接口板，如配置文件控制器接口；激光加工焦点

12、自动跟踪器接口；刀具监控系统中的信号收集器接口板。8，单微处理器结构特征：(1)集中控制分时处理；(2)CPU通过总线连接到内存、I/O来配置CNC设备。(3)结构简单，易于实施。具有两个或多个CPU部件的多主CPU结构的CNC设备、部件之间的紧密结合、通过集中操作系统、由硬件和软件组成的总线仲裁器解决总线争用问题、通过公用内存交换信息。特性：真正的并行处理、快速处理和更复杂的系统功能。容错能力强，模块发生故障后仍可通过系统重新配置继续工作，1，多处理器CNC设备的基本功能模块，CNC管理模块CNC插值模块位置控制模块PLC模块操作和控制数据输入/输出和显示模块内存模块，(1)CNC管理模块，

13、系统初始化，中断管理，总线确定，系统错误识别和处理，以及，(2)预处理、插值操作，如CNC插值模块、解码、刀具半径补偿、坐标位移量计算和进给率处理。(3)位置控制模块，自动减速，再基准点，伺服系统滞后监控和漂移补偿等。(4)PLC模块，(5)MDI/CRT，I/O模块；(6)内存模块。2，多微处理器结构CNC设备的一般结构，基于共享总线的共享内存，(1)总线共享结构，多微处理器共享总线结构方框图，FANUC 15系统硬件结构，结构特征：功能模块是具有CPU或DMA的主模块和从属模块(RAM/ROM，)只有前面高优先级的主节点未占用总线时，某些主节点才能使用总线。随后，通知优先级较低的主模块总线

14、不可用。并行总线仲裁方块图，并行总线仲裁方法通常使用优先级编码方案。这种结构的模块间通信主要是依靠内存实现的。大多数系统使用通用内存方法。共享总线结构的优点，结构简单，系统组灵活，成本相对较低，可靠性高，共享总线结构的缺点，总线是系统的“瓶颈”，系统总线出现故障会影响整个系统；总线的使用需要经过仲裁，降低信息传输速度，因此，第三节CNC仪器的软件结构CNC仪器的软件是专门为完成CNC CNC CNC机床的功能而设计和准备的专用软件，其结构取决于软件的分工或软件本身的工作特性。首先，软件和硬件实现了各种功能的特性和关系。关系：理论上，硬件可以实现的功能也可以用软件实现。在功能实施方面，软件和硬件

15、在逻辑上是相同的。特点：硬件处理速度快，但灵活性差，实施复杂控制的能力困难；软件灵活，适应性强，但处理速度相对较慢。软件，硬件实现功能分配：功能接口分割标准，系统性能价格比，2，CNC设备的软件结构特征，最显着的特征：多个实时中断多个并行处理，1，多任务并行处理，(1)CNC设备的多个任务定义：可在单个数据集上同时运行的程序执行进程。CNC的功能可以定义为CNC的操作。CNC系统的作业要求并行处理：为了确保控制连续性和每个作业运行的定时匹配要求，CNC系统的作业必须并行处理，而不是一次处理一个。(2)并行处理技术，该技术是以相同的时间或相同的时间间隔完成两个或多个特性相同或不同的任务的并行进程

16、，从而提高了计算速度。并行处理技术使用目的：合理使用和定位CNC系统的资源，加快CNC系统的处理速度。并行处理方法如下：资源共享资源重复时间重叠，资源共享根据“分时共享”原则允许多个用户按时间顺序使用同一组设备；利用时间叠加，根据流水线处理技术，多个处理过程可以在时间上相互交错，从而交替使用同一组设备的各个部分。资源重复是通过增加多CPU等资源来加快计算速度。CNC设备的硬件设计通常使用资源冗馀并行处理方法。CNC设备的软件设计解决了资源分时共享和资源复盖的流水线处理技术，1)资源分时共享并行处理，主要使用单个CPU设备中的CPU分时共享原则进行多任务并行执行。资源分时共享根据一段时间(时间片)内每个任务的实时要求确定使用CPU的时间，从而分时共享系统上的资源。“资源分时共享”的关键技术：1:每个任务的优先级分配问题2:每个任务占用CPU的时间，即时间分段分配问题，资源(CPU)分时共享图形，每个任务占用CPU时间图，资源分时共享技术的特征，任何时间点的一个任务占用CPU在一个时间