【正文】 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu) CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu) 數(shù)控機(jī)床用可編程控制器 CNC裝置的 I/O接口及通信 典型的 CNC裝置 概述 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 【 內(nèi)容提示 】 介紹數(shù)控系統(tǒng)組成、功能和工作流程、CNC裝置的硬件和軟件體系結(jié)構(gòu)、數(shù)控機(jī)床用可編程控制器（ PLC）、數(shù)控系統(tǒng)的輸入 /輸出及通信接口，以及幾種典型的 CNC系統(tǒng)。 【 學(xué)習(xí)方法 】 應(yīng)注意通過多種途徑查找典型數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)資料，理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)不同數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合課程實(shí)驗(yàn)或者實(shí)踐環(huán)節(jié)的數(shù)控相關(guān)內(nèi)容，加深對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟、硬件的認(rèn)識(shí)和理解。 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) ? CNC系統(tǒng)的定義： – CNC是用一個(gè)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī) ，按照存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的一部分或全部功能，在計(jì)算機(jī)之外的唯一裝置是接口。 – CNC與硬線數(shù)控 NC的區(qū)別 ： CNC的許多數(shù)控功能由軟件實(shí)現(xiàn)的，很容易通過軟件的改變來實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能的更改或擴(kuò)展，因此具有更大的柔性。 概述 計(jì) 算 機(jī)（ 軟 件 功 能 ）硬 件 電 路（ 硬 件 功 能 ）伺 服 系 統(tǒng) 數(shù) 控 機(jī) 床指 令 輸 入數(shù)控裝置 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) ? 從自動(dòng)控制角度看，數(shù)控系統(tǒng)是 一種軌跡控制系統(tǒng) ，本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件（各運(yùn)動(dòng)軸）的位移量為控制對(duì)象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 ? 數(shù)控系統(tǒng)的功能通常包括 基本功能 和 選擇功能 ： – 基本功能是數(shù)控系統(tǒng)必備的功能 – 選擇功能是供用戶根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)和用途進(jìn)行選擇的功能。 數(shù)控系統(tǒng)功能 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) ? 根據(jù)數(shù)控機(jī)床的類型、用途、檔次的不同， CNC系統(tǒng)的功能有很大差別。 ? CNC系統(tǒng)的主要功能如下： – 控制功能： 通過軸的聯(lián)動(dòng)完成輪廓軌跡的加工。 – 準(zhǔn)備功能： 指定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)方式 – 插補(bǔ)功能： 完成零件輪廓 (平面或曲面 )加工軌跡運(yùn)算 – 進(jìn)給、主軸、刀具和輔助功能 – 補(bǔ)償功能：常見的有 刀具的尺寸補(bǔ)償和傳動(dòng)鏈誤差補(bǔ)償 – 自診斷功能 – 通信功能： 與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能 數(shù)控系統(tǒng)功能 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) ? 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件共同完成數(shù)控任務(wù)。 ? 數(shù)控系統(tǒng)一般具有以下四個(gè)部分 ： （ 1）計(jì)算數(shù)控裝置 (CNC)： CNC的核心，亦稱 CNC控制器。 （ 2）輸入輸出 (I/O)裝置 （ 3）驅(qū)動(dòng)控制裝置 （ 4）機(jī)床電器邏輯控制裝置： 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)采用可編程控制器（ PLC）實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的各種繼電器控制邏輯。 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作流程 機(jī) 床 電 器位 置 檢 測(cè)進(jìn) 給 電 機(jī)主 軸 電 機(jī)主 軸 控 制 單 元可 編 程 控 制 器（ P L C ）速 度 控 制 單 元電 氣 控 制 單 元計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置輸 入裝 置程 序 清 單信 息 載 體通 信系 統(tǒng)編 程 器C A D / C A M 系 統(tǒng)上 位 機(jī)輸 出裝 置打 印 機(jī)顯 示 設(shè) 備第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) ?CNC系統(tǒng)的工作流程 數(shù)控系統(tǒng)的組成及工作流程 坐 標(biāo) 軸 運(yùn) 動(dòng) 與 位 置 檢 測(cè) F指 令速 度 處 理坐 標(biāo) 及 刀 補(bǔ) 處 理主 軸 電 動(dòng) 機(jī)和 電 氣 控 制主 軸 控 制 與輔 助 操 作 處 理伺 服 驅(qū) 動(dòng)進(jìn) 給 電 動(dòng) 機(jī)位 置 控 制輸 出插 補(bǔ) 運(yùn) 算S 、 M 、 T執(zhí) 行 完 信 號(hào)可 編 程 控 制 器 P L CS 、 M 、 T指 令 處 理插 補(bǔ) 預(yù) 處 理G指 令處 理輸 入譯 碼零 件 程 序第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)類型 ： （ 1）大板式結(jié)構(gòu)和功能模板式結(jié)構(gòu) – 按 CNC裝置中各印制電路板的插接方式 （ 2）單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu) – 按 CNC裝置中微處理器的個(gè)數(shù) （ 3）專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)型結(jié)構(gòu) – 按 CNC裝置硬件的制造方式 （ 4）封閉式結(jié)構(gòu)、 PC嵌入 NC式結(jié)構(gòu)、 NC嵌入 PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開放式結(jié)構(gòu) – 按 CNC裝置的開放程度 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu) 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) （ 1）大板式結(jié)構(gòu)和功能模板式結(jié)構(gòu) 大板式結(jié)構(gòu) ? 早期的數(shù)控系統(tǒng)采用大板結(jié)構(gòu) – FANUC公司的 3/5/6/7系列及 AB公司的 8601等 ? 大板式結(jié)構(gòu) CNC裝置可由主電路板、位置控制板、 PLC板、圖形控制板和電源單元等組成，各電路相關(guān)子板插在主電路板上，構(gòu)成 CNC裝置。 工程實(shí)例 31 ?FANUC 6 MB CNC的大板式數(shù)控裝置 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) （ 1）大板式結(jié)構(gòu)和功能模板式結(jié)構(gòu) 功能模塊式結(jié)構(gòu) ? 現(xiàn)代 CNC采用總線式、模塊化結(jié)構(gòu) – 日本 FANUC的 15/16/18系統(tǒng)、德國西門子的 840/880系列及美國 AB公司的 8600系列等。 ? 模塊化結(jié)構(gòu)將 CNC裝置按 功能劃分為模塊 ，硬件和軟件的設(shè)計(jì)都采用 模塊化設(shè)計(jì)方法 。各模塊以 積木 方式組成CNC裝置。 ? 模塊化結(jié)構(gòu)克服了大板結(jié)構(gòu)功能固定的缺點(diǎn)，具有系統(tǒng)擴(kuò)展性和通用性好，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)和升級(jí)方便，可靠性高（部分損壞對(duì)整機(jī)系統(tǒng)影響?。┑葍?yōu)點(diǎn)。 ?一種功能模塊式結(jié)構(gòu)的全功能型車床數(shù)控系統(tǒng)框圖 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) （ 2）單處理器結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu) 單處理器結(jié)構(gòu) ? 在單處理器 CNC中， CPU采用集中控制和軟件實(shí)時(shí)調(diào)度的方式，分時(shí)處理數(shù)控中的編輯、譯碼、插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、位置控制、加工過程監(jiān)控、顯示等各個(gè)任務(wù)。 – FANUC的 6/7系列，西門子的 810/820系列等 ? 單處理器結(jié)構(gòu) CNC裝置的 功能受到 CPU運(yùn)算速度的限制 ，為提高處理能力，采取增加硬件插補(bǔ)器、外部 PLC和浮點(diǎn)協(xié)處理器等來提高系統(tǒng)性能。 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) （ 2）單處理器結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu) 多處理器結(jié)構(gòu) ? 采用模塊化結(jié)構(gòu)，把系統(tǒng)控制按功能劃分為多個(gè)子系統(tǒng)模塊，每個(gè)子系統(tǒng)分別承擔(dān)相應(yīng)的任務(wù)，各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同完成整個(gè)控制任務(wù)。 ? 子系統(tǒng)之間可采用緊耦合或松耦合方式。 – 緊耦合有集中的操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)共享資源； – 松耦合采用多重操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)并行處理。 ? 按照控制模式分為三類： – 分布式系統(tǒng) – 主從式系統(tǒng) – 總線式多主 CPU系統(tǒng) 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) （ 2）單處理器結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu) – 分布式多處理器數(shù)控系統(tǒng) ? 各微處理器之間均通過一條外部的通信鏈路連接在一起，它們相互之間的聯(lián)系及對(duì)共享資源的使用都要通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) （ 2）單處理器結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu) – 主從式多處理器數(shù)控系統(tǒng) ? 各微處理器也都是完整獨(dú)立的系統(tǒng)。主微處理器通過該總線對(duì)從其余微處理器進(jìn)行控制、監(jiān)視，并協(xié)調(diào)多個(gè)微處理器系統(tǒng)的操作。 第 3章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) （ 2）單處理器結(jié)構(gòu)和多處理器結(jié)構(gòu) – 總線式多處理器數(shù)控系統(tǒng) ? 各微處理器從邏輯上分不出主從。 ? 有一條并行主總線連接多 CPU系統(tǒng)。系統(tǒng)利用總線仲裁