数控技术第八讲

1、金成柱 主讲 联系电话：86878554,数控技术,第四章 计算机数控装置,4.1 概 述,4.1.1 CNC系统的发展,数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将 其译码，从而使机床移动和加工零件。,4.1.2 CNC系统的组成,CNC系统由除机床本体以外的程序输入输出设备、计算机数字控制 装置、可编程控制器(PLC)、主轴驱动装置和进给驱动及位置检测装置 等组成。,4.1.3 CNC装置的组成和工作原理,CNC装置的简要工作过程,4.1.4 CNC装置的主要功能和特点,1)切削进给速度；2）同步进给速度；3）快速进给速度；4）进给倍率；,常用的外设是纸带阅读机、纸带穿

2、孔机、盒式磁带机、软磁盘驱动器，打印机。这些设 备多数为串行方式传送信息，所以通常与CNC装置的RS-232接口连接。,DNC是Direct Numerical Control或Distributed Numerical Control的简称，意为直接数字控制或分布数字控制。DNC最早的含义是直接数字控制，其研究开始于本世纪六十年代。它指的是将若干台数控设备直接连接在一台中央计算机上，由中央计算机负责NC程序的管理和传送。当时的研究目的主要是为了解决早期数控设备(NC)因使用纸带输入数控加工程序而引起的一系列问题和早期数控设备的高计算成本等问题。七十年代以后，随着数控机床(CNC)技术的不断发

3、展，数控系统的存贮容量和计算速度都大为提高，DNC的含义由简单的直接数字控制发展到分布式数字控制。它不但具有直接数字控制的所有功能，而且具有系统信息收集、系统状态监视以及系统控制等功能。八十年代以后，随着计算机技术、通讯技术和CIMS技术的发展，DNC的内涵和功能不断扩大，与六、七十年代的DNC相比已有很大区别，它开始着眼于车间的信息集成，针对车间的生产计划，技术准备，加工操作等基本作业进行集中监控与分散控制，把生产任务通过局域网分配给各个加工单元，并使之信息相互交换。而对物流等系统可以在条件成熟时再扩充，既适用于现有的生产环境，提高了生产率，又节省了成本。,2 CNC装置的特点,4.2 CN

4、C装置的硬件结构,4.2.1 CNC装置的硬件构成,CNC装置除了与普通计算机一样具有CPU、存储器、总线、输入/输出接口外， 还有专门适用于数控机床各执行部件运动位置控制的位置控制器。,4.2.2 CNC装置的体系结构,4.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构,1、微处理器和总线,微处理器主要完成运算和控制两方面的任务。 运算任务是完成一系列的数据处理工作：译码、刀补计算、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等。 控制任务主要包括：内部控制、对零件加工程序输入、输出的控制，对机床加工现场 状况信息的记忆控制；内部控制功能，用于CNC装置内各功能部件的动作以及各部件间 的协

5、调；输入、输出控制，用于保持对外联系和机床的控制状态信息的输入和输出。,2、存储器,CNC装置中的存贮器包括只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两类。 系统程序放在EPROM中，由CNC装置生产厂家固化，即使断电，系统程序也不会丢失； 该程序只能被CPU读出，不能写入；必要时经删除后再重写。 运算中间结果、需显示的数据、运行中的状态、标志信息等存放在随机存储器RAM中。 它可以随时读出和写入，断电后信息就消失。 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器中能被随机读出，还可以根据操作需要写入或 修改，断电后信息仍保

6、留。,3、位置控制单元,4.2.4 多微处理机数控装置的硬件结构,(2)共享总线结构,CRT/MDI,操作面板，图形 显示模块（CPU),通讯模块 （CPU),自动编程模块 （CPU),主存储器模块,CNC插补模块 （CPU),PLC功能模块 （CPU),位置控制模块 （CPU),主轴控制模块,主轴放大器 及电机,伺服放大器 及电机,I/O单元,多CPU共享总线结构框图,并行总线仲裁方式中，要配备专用逻辑电路来解决主模块的优先权问题， 通常采用优先权编码器。这种结构模块之间的通讯，主要依靠存储器来 实现。大部分采用公共存储器方式，公共存储器直接插在系统总线上， 有总线使用权的主模块能访问。,共

7、享总线结构的优点：系统配置灵活，结构简单，容易实现，造价低， 不足之处：会引起竞争，使信息传输效率低，总线一旦出现故障，会影响全局。,CPU1为中央处理器，其任务是数控程序的编制、译码、刀具和机床参数的 输入。此外，作为主处理器，它还控制CPU2和CPU3，并与之交换信息。 CPU2为CRT显示处理器，它的任务是根据CPU1的指令和显示数据，在显示 缓冲区中组成一副画面数据，通过CRT控制器、字符发生器和移位寄存器，将显 示数据串行送到视频电路进行显示。此外它还定时扫描键盘和倍率开关状态，并 送CPU1进行处理。 CPU3为插补处理器。插补控制程序，存储在16K的EPROM存储器中，它完成的

8、工作是插补运算、位置控制、机床输入/输出接口和RS232C接口控制。 MTC1数控装置中的公用存储器，是通过CPU1分别向CPU2（或CPU3）发出总线 请求保持信号HOLD，才被占用的。此时CPU2或CPU3处于保持状态，CPU1与公用 存储器进行信息交换。信息交换结束，CPU1撤销HOLD信号，CPU1释放公用存储器 ，CPU2和CPU3回复对公用存储器的控制权。CPU1对CPU2和CU3的控制是通过中断实现的。,4.2.5 开放式数控装置的体系结构,一、开放式数控系统的产生 随着科技的发展和生产的需求，需要一种灵活（功能可组、可扩 展、可添加）的开放式数控系统，打破当前的“封闭式的”数控

9、系统。 体系开放化定义（IEEE）： 具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其它的系统 应用进行互操作的系统。 开放式数控系统特点： 系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)与多样 化( Diversification)和互换性(Interchangeability)的特征 允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统“积木式”的集成 构造，应该是可移植的和透明的；,二、开放体系结构CNC的优点 向未来技术开放：由于软硬件接口都遵循公认的标准协议，只需少量的重新设计和调整，新一代的通用软硬件资源就可能被现有系统所采纳、吸收和兼容，这就意味着系统的开发费用将大大降

10、低而系统性能与可靠性将不断改善并处于长生命周期； 标准化的人机界面：标准化的编程语言，方便用户使用，降低了和操作效率直接有关的劳动消耗； 向用户特殊要求开放：更新产品、扩充能力、提供可供选择的硬软件产品的各种组合以满足特殊应用要求，给用户提供一个方法，从低级控制器开始，逐步提高，直到达到所要求的性能为止。另外用户自身的技术诀窍能方便地融入，创造出自己的名牌产品； 可减少产品品种，便于批量生产、提高可靠性和降低成本，增强市场供应能力和竞争能力。,第一种是以PC作为传统CNC的前端接口。 在CNC上插入一块专门开发的个人计算机模板，原来的CNC进行实时控制， 而由PC进行非实时性控制，这种模式的柔性有限，而且NC的内