【正文】 制控制系統(tǒng)的功能，適合專(zhuān)用機(jī)床控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 ? 其它數(shù)控系統(tǒng)介紹 除了以上的三種系統(tǒng)，還有： ? 日本的 Mitsubishi（三菱）控制系統(tǒng) ? 美國(guó)的 ALLENBRADLEY（ AB）系統(tǒng) ? 西班牙的 FAGOR（發(fā)格）系統(tǒng) ? 美國(guó)的 CINCINNATI（辛辛那提）系統(tǒng) ? 日本的 OKUMA（大隈）系統(tǒng) ? 法國(guó)的 Num（紐目）系統(tǒng) ? 德國(guó)的 Heidenhain（海德漢）系統(tǒng) ? 德國(guó)的 DECKEK控制系統(tǒng) ? 意大利的 FIDIA系統(tǒng) ? 德國(guó)的 HELLER系統(tǒng)和美國(guó)的馬豪數(shù)控系統(tǒng)等。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的組成 ? 數(shù)控系統(tǒng)是由各種邏輯元件、記憶元件組成的邏輯電路，是固定接線(xiàn)的硬件結(jié)構(gòu)，由元件實(shí)現(xiàn)全部數(shù)控功能。從外部看，數(shù)控系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專(zhuān)用硬件）和軟件（專(zhuān)用）兩大部分組成，如 圖26所示。 ? 數(shù)控系統(tǒng)的控制精度主要取決于硬件，而控制功能主要取決于軟件。 ? 數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制、幾何數(shù)據(jù)處理以及零件程序的執(zhí)行均由 CPU統(tǒng)一控制，即數(shù)控系統(tǒng)為軟件控制系統(tǒng)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成如 圖 27所示。主要由操作面板、輸入 /輸出裝置、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置、可編程邏輯控制器 PLC等組成。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 1．操作面板 ? 操作面板是操作人員與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交流的工具，它由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)類(lèi)似）和顯示器組成。數(shù)控系統(tǒng)一般采用集成式操作面板，分為三大區(qū)域：顯示區(qū)， NC鍵盤(pán)區(qū)和機(jī)床控制面板區(qū)。如圖 28所示。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 2．輸入 /輸出裝置 ? 輸入裝置的作用 是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。 ? 輸出裝置的作用 是顯示加工過(guò)程中必要的信息，如坐標(biāo)值、報(bào)警信號(hào)等。 ? 數(shù)控機(jī)床加工的過(guò)程是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進(jìn)行信息交流的過(guò)程，輸入、輸出裝置就是這種人機(jī)交互設(shè)備，典型的有鍵盤(pán)和顯示器。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)還可以用通訊的方式進(jìn)行信息的交換，這是實(shí)現(xiàn) CAD/CAM集成、 FMS和 CIMS的基本技術(shù)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 通常采用的通訊方式有： ? （ 1）串行通訊（ RS232等串行通訊接口）。 ? （ 2）自動(dòng)控制專(zhuān)用接口和規(guī)范（ DNC和 MAP等）。 ? （ 3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（ INTERNET和 LAN等）。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 3．計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（ CNC裝置） ? 數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心，它包括微處理器CPU、存儲(chǔ)器、局部總線(xiàn)、外圍邏輯電路及與數(shù)控系統(tǒng)其它組成部分聯(lián)系的接口及相應(yīng)控制軟件。如 P54圖29所示。 ? 數(shù)控裝置輸出的信號(hào)有各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度，進(jìn)給方向和位移指令，還有主軸的變速，換向和啟停信號(hào)，選擇和交換刀具的指令，控制冷卻液，潤(rùn)滑油啟停，工件和機(jī)床部件松開(kāi)、夾緊，分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位輔助指令信號(hào)等。如 圖 210所示為典型數(shù)控系統(tǒng)面板，分別為 FANUC 0i、華中世紀(jì)星 HNC21T及西門(mén)子802S數(shù)控裝置。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 4．伺服單元 ? 伺服單元分為主軸伺服和進(jìn)給伺服，分別用來(lái)控制主軸電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。伺服單元接收來(lái)自數(shù)控裝置的進(jìn)給指令，這些指令經(jīng)變換和放大后通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)變成執(zhí)行部件進(jìn)給的速度、方向、位移。因此伺服單元是數(shù)控裝置與機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來(lái)自數(shù)控裝置的微弱指令信號(hào)放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號(hào)。 ? 伺服單元就其系統(tǒng)而言又有開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分，其工作原理亦有差別。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 5．驅(qū)動(dòng)裝置 ? 驅(qū)動(dòng)裝置將伺服單元的輸出變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，它與伺服單元一起是數(shù)控裝置和機(jī)床傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它們有的帶動(dòng)工作臺(tái)，有的帶動(dòng)刀具，通過(guò)幾個(gè)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。 ? 與伺服單元相對(duì)應(yīng)，驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)，直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 6．可編程控制器（ PLC） ? 可編程控制器（ PLC）是一種專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。 ? 當(dāng) PLC用于控制機(jī)床順序動(dòng)作時(shí)，稱(chēng)為PMC(Programmable Machine Controller)模塊，它在數(shù)控裝置中接收來(lái)自操作面板，機(jī)床上的各行程開(kāi)關(guān)，傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制，刀庫(kù)控制的有關(guān)信號(hào)，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 靈活性 ? 這是數(shù)控系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于數(shù)控系統(tǒng)，只要改變相應(yīng)的控制程序就可以補(bǔ)充和開(kāi)發(fā)新的功能，并不必制造新的硬件。數(shù)控系統(tǒng)能夠隨著工廠的發(fā)展而發(fā)展，也能適應(yīng)將來(lái)改變工藝的要求。在數(shù)控設(shè)備安裝之后，新的技術(shù)還可以補(bǔ)充到系統(tǒng)中去，這就延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用期限。因此， CNC系統(tǒng)具有很大的 “ 柔性 ” —— 靈活性。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 通用性 ? 在 CNC 系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)采用模塊結(jié)構(gòu)，依靠軟件變化來(lái)滿(mǎn)足被控設(shè)備的各種不同要求。采用標(biāo)準(zhǔn)化接口電路，給機(jī)床制造廠和數(shù)控用戶(hù)帶來(lái)了許多方便。于是，用一種 CNC 系統(tǒng)就可能滿(mǎn)足大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床 (包括車(chē)床、銑床、加工中心、鉆鏜床等 ) 的要求，還能滿(mǎn)足某些別的設(shè)備應(yīng)用。當(dāng)用戶(hù)要求某些特殊功能時(shí)，僅僅是改變某些軟件而已。由于在工廠中使用同一類(lèi)型的控制系統(tǒng)，培訓(xùn)和學(xué)習(xí)也十分方便。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 可靠性 ? 在 CNC系統(tǒng)中，由于許多功能都由軟件實(shí)現(xiàn)，硬件系統(tǒng)所需元器件數(shù)目大為減少，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大改善，特別是隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的采用，系統(tǒng)可靠性更為提高。 ? 據(jù)美國(guó)第 13屆 NCS 年會(huì)統(tǒng)計(jì)的世界上數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間是：硬線(xiàn) NC系統(tǒng)為 136h ，小型計(jì)算機(jī)CNC系統(tǒng)為 984h ，而微處理機(jī) CNC 系統(tǒng)據(jù)日本發(fā)那科公司宣稱(chēng)已達(dá) 23000h 。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 易于實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的功能 ? CNC 系統(tǒng)可以利用計(jì)算機(jī)的高度計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)一些高級(jí)的復(fù)雜的數(shù)控功能。刀具偏移、英公制轉(zhuǎn)換、固定循環(huán)等都能用適當(dāng)?shù)能浖绦蛴枰詫?shí)現(xiàn)；復(fù)雜的插補(bǔ)功能，例如拋物線(xiàn)插補(bǔ)、螺旋線(xiàn)插補(bǔ)等也能用軟件方法來(lái)解決；刀具補(bǔ)償也可在加工過(guò)程中進(jìn)行計(jì)算；大量的輔助功能都可以被編程；子程序概念的引入，大大簡(jiǎn)化了程序編制。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 使用維修方便 ? CNC 系統(tǒng)的一個(gè)吸引人的特點(diǎn)是有一套診斷程序，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能顯示出故障信息，使操作和維修人員能了解故障部位，減少了維修的停機(jī)時(shí)間。 ? 另外，還可以備有數(shù)控軟件檢查程序，防止輸入非法數(shù)控程序或語(yǔ)句，這將給編程帶來(lái)許多方便。 ? 有的 CNC系統(tǒng)還有對(duì)話(huà)編程、藍(lán)圖編程，使程序編制簡(jiǎn)便，不需很高水平的專(zhuān)業(yè)編程人員。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的基本原理 ? CNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家編制好 CNC控制軟件（也稱(chēng)為系統(tǒng)程序）后，都要把它固化在 ROM（ EPROM） （ Erasable Programmable ROM，可擦除可編程ROM） 中，系統(tǒng)接上電源后即自動(dòng)由 CPU按照此固化的程序運(yùn)行。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制零件程序的執(zhí)行，其他任務(wù)可以說(shuō)是為了更好地完成這一任務(wù)而進(jìn)行的輔助和配合。 ? 一個(gè)零件程序的執(zhí)行首先要輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)和位置控制，由伺服系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)輸出的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成加工。 ? 如 圖 211所示為數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 數(shù)控系統(tǒng)的硬件類(lèi)型 ? 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，按其中含有 CPU的多少可劃分為 單機(jī)系統(tǒng) 和 多機(jī)系統(tǒng) 。 ? ? 是指整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)只有一個(gè) CPU，它集中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)資源，通過(guò)分時(shí)處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能。 ? 其特點(diǎn)是投資小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但系統(tǒng)功能受CPU字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等的限制，現(xiàn)已被多機(jī)系統(tǒng)的主從結(jié)構(gòu)所替代。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? ? 是指整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 CPU，即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有 CPU。根據(jù)部件間的相互關(guān)系又可將其分為： ? （ 1）主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ： 系統(tǒng)中只有一個(gè) CPU( 稱(chēng)為主CPU) 對(duì)系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)，其它帶 CPU 的功能部件，只能接受主 CPU的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主CPU 發(fā)出請(qǐng)求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。只有一個(gè) CPU處于主導(dǎo)地位，其它 CPU處于從屬地位，故稱(chēng)之為主從結(jié)構(gòu)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? （ 2）多主結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ： 系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶 CPU的功能模塊部件對(duì)系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)。模塊之間采用緊耦合（即均掛在系統(tǒng)總線(xiàn)上，集中在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)）有集中的操作系統(tǒng)，通過(guò)仲裁器（軟件和硬件）來(lái)解決總線(xiàn)爭(zhēng)用問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器進(jìn)行交換信息。 ? （ 3）分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ：系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶 CPU的功能模塊，各模塊有自己獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境（系統(tǒng)總線(xiàn)、存儲(chǔ)器、操作系統(tǒng)等），模塊間采用松耦合，即在空間上可以較為分散，且采用通訊方式交換信息。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的硬件介紹 ? 單機(jī)系統(tǒng)按組成數(shù)控裝置的電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為 大板式結(jié)構(gòu) 和 模塊化結(jié)構(gòu) 。 ? 大板式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是 ： CNC裝置內(nèi)一般都有一塊大板，稱(chēng)為主板。主板上裝有主 CPU和各軸的位置控制電路等，其他相關(guān)子板，如 ROM板、 RAM板和 PLC板都插在主板上面。大板式結(jié)構(gòu)的 CNC裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性高、價(jià)格低、有很高的性能價(jià)格比。 AB公司的 8601就是大板式結(jié)構(gòu)的CNC。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 模塊化結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是 ： 將 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制、位置檢測(cè)、顯示部件等分別做成插件板，相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中。硬件模塊形成一個(gè)特定的功能單元，成為功能模塊。功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，成為工廠標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，彼此間可進(jìn)行信息交換。模塊化結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用有 FANUC公司的 15系統(tǒng)、 AB公司的 8600 CNC、 FAGOR的 8050 CNC等。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 如 圖 212所示是單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。 ? 數(shù)控裝置是按模塊化設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造的。這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的硬件由具有若干功能不同的模塊組成，這些模塊既是系統(tǒng)的組成部分，又有相對(duì)的獨(dú)立性，即具有模塊化結(jié)構(gòu)。模塊化結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以及維修都有極大好處。實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的方法稱(chēng)為模塊化設(shè)計(jì)方法。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 模塊化設(shè)計(jì)方法： 將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干種具有獨(dú)立功能的單元模塊，并配上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)按功能的要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，即可組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)的方法。其中單元母板一般為總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的無(wú)源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號(hào)通路。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 實(shí)現(xiàn) CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件是總線(xiàn)(BUS) 標(biāo)準(zhǔn)化。采用模塊化結(jié)構(gòu)時(shí)，CNC系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作則可歸結(jié)為功能模塊的合理選用。 ? 下面從功能方面討論一下圖 212所示數(shù)控系統(tǒng)中各硬件模塊的作用。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 1. 計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線(xiàn) (母板 ) ? ⑴ 計(jì)算機(jī)主板。 ? P60如圖 213，計(jì)算機(jī)主板是 CNC裝置的核心。數(shù)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在功能上完全與普通標(biāo)準(zhǔn) PC機(jī)一樣，各硬件模塊也與 PC機(jī)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)兼容，只是在結(jié)構(gòu)上稍有不同：主板與系統(tǒng)總線(xiàn)（母板）是分離的，即系統(tǒng)總線(xiàn)是一單獨(dú)的無(wú)源母板。主板做成插卡形式，集成度更高，即 AllInOne主板。 ? 計(jì)算機(jī)主板的主要作用： 對(duì)輸入到 CNC裝置中的各種數(shù)據(jù)、信