【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 息 ( 零件加工程序，各種 I/O信息等 ) 進(jìn)行相應(yīng)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。并根據(jù)其處理結(jié)果，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，使用戶(hù)的指令得以執(zhí)行。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? ⑵ 系統(tǒng)總線 (母板 ) ： ? 是由一組傳送數(shù)字信息的物理導(dǎo)線組成，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)或信息交換的通道。從功能上來(lái)說(shuō)可分三組： ? 數(shù)據(jù)總線：是各模塊之間數(shù)據(jù)交換的通道，線的根數(shù)與數(shù)據(jù)寬度相等，是雙向總線； ? 地址總線：是傳送數(shù)據(jù)存放地址的總線，與數(shù)據(jù)總線結(jié)合，可以確定數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)的來(lái)源地或目的地，是單向總線； ? 控制總線： 是一組傳送管理和控制信號(hào)的總線，是單向總線。 ? 一般工業(yè)用 PC機(jī)的總線母板是獨(dú)立的無(wú)源四層板（走線面、元件面、電源層和地線層），它的可靠性高于兩層板。其規(guī)格有 6槽、 8槽、 12槽、 14槽等。 P61圖 214為無(wú)源母板的外觀。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 2. 顯示模塊 (顯示卡 ) ? 顯示卡是一個(gè)通用性很強(qiáng)的模塊。它不僅隨時(shí)可以在市場(chǎng)上買(mǎi)到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無(wú)需用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)。市場(chǎng)有 VGA卡等 ? 在數(shù)控系統(tǒng)中， CRT顯示是一個(gè)非常重要的功能，它是人機(jī)交流的重要媒介，它給用戶(hù)提供了一個(gè)直觀的操作環(huán)境，可使用戶(hù)能快速地熟悉適應(yīng)其操作過(guò)程。 ? 顯示卡的主要作用： 接收來(lái)自 CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與 CRT的掃描信號(hào)調(diào)制后，產(chǎn)生 CRT顯示器所需要的視頻信號(hào)，在 CRT上產(chǎn)生所需要的畫(huà)面。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 3. 輸入 /輸出模塊 ( 多功能卡 ) ? 它是數(shù)控系統(tǒng)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板，即數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)該接口可以從輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，也可以將數(shù)控裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。 ? 該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的 PC機(jī)模塊，一般不需要用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)。如果計(jì)算機(jī)主板選用的是標(biāo)準(zhǔn)主板，則此板可省略。 ? 輸入設(shè)備有：軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器； ? 輸出設(shè)備有：打印機(jī)； ? 輸入 /輸出設(shè)備有：磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 若將以上三部分（計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線、顯示模塊、輸入 /輸出模塊），再配上鍵盤(pán)、電源、機(jī)箱，實(shí)際上是一部通用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是數(shù)控裝置的核心，從某種意義上講，數(shù)控裝置的檔次和性能是由它決定的。因此，數(shù)控裝置中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的合理選用是至關(guān)重要的。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 4. 電子盤(pán) (存儲(chǔ)模塊 ) ? ① 電子盤(pán)存儲(chǔ)內(nèi)容。 電子盤(pán)是數(shù)控裝置特有的存儲(chǔ)模塊。在數(shù)控裝置中它用來(lái)存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)：系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)；系統(tǒng)的配置參數(shù) (系統(tǒng)所能控制的進(jìn)給軸數(shù)，軸的定義，系統(tǒng)增益等 ) ；用戶(hù)的零件加工程序。 ? ②存儲(chǔ)器的種類(lèi)。 目前，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所用存儲(chǔ)器件有三類(lèi)： ? 磁存儲(chǔ)器件，如：軟 /硬磁盤(pán)（讀 /寫(xiě)）； ? 光存儲(chǔ)器件，如：光盤(pán)（只讀）； ? 電子（半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器件，如 RAM 、 ROM 、FLASH 等。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 前兩類(lèi)一般用作外存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是容量大，價(jià)格低。 電子存儲(chǔ)器件一般用作內(nèi)存儲(chǔ)器，其價(jià)格高于前兩類(lèi)。若按其讀寫(xiě)性能來(lái)看，它又可分為三類(lèi)： ? 只讀存儲(chǔ)元件 （ ROM、 PROM、 EPROM、E2PROM）。 特點(diǎn)是只能讀出存放的數(shù)據(jù)，不能隨時(shí)修改數(shù)據(jù)。用于固化調(diào)試通過(guò)了的系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)固有的參數(shù)。 ? 易失性隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)元件 （ RAM）。 特點(diǎn)是可以隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，一旦掉電存儲(chǔ)信息將會(huì)丟失。有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之分，動(dòng)態(tài)：價(jià)格低、速度慢，主要用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存；靜態(tài)：價(jià)格高，速度快，用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的緩存器 Cache。 ? 非易失性讀寫(xiě)存儲(chǔ)元件 。特點(diǎn)是可以隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作，即使掉電，信息不會(huì)丟失。主要用作存放系統(tǒng)的配置參數(shù)，零件加工程序。 這類(lèi)器件有：E2PROM ； FLASH ；帶后備電池的 RAM 。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 在數(shù)控系統(tǒng)中，常采用電子存儲(chǔ)器件作為外存儲(chǔ)器，主要是考慮到數(shù)控系統(tǒng)的工作環(huán)境有可能受到電磁干擾，磁性器件的可靠性低，而電子存儲(chǔ)器件的抗電磁干擾能力相對(duì)來(lái)講要強(qiáng)一些。 ? 因 Flash組成的存儲(chǔ)單元是按磁盤(pán)的管理方式進(jìn)行的，故稱(chēng)其為電子盤(pán)。常用 USB接入，外存儲(chǔ)器又稱(chēng)為 U盤(pán)。電子盤(pán)的規(guī)格有： 、 6MB、 12MB， 128MB， 256MB等。目前 U盤(pán)容量可達(dá)幾個(gè) GB。 P63 圖 218所示為電子盤(pán)的邏輯框圖。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 5. 設(shè)備輔助控制接口模塊PLC(Programmable Logic Controller)模塊 ? 數(shù)控系統(tǒng)的控制有兩類(lèi)：一類(lèi)是對(duì)各坐標(biāo)軸的速度和位置的 “ 軌跡控制 ” ；一類(lèi)是對(duì)設(shè)備動(dòng)作的 “ 順序控制 ” 。 ? 數(shù)控機(jī)床的 “ 順序控制 ” 是指數(shù)控機(jī)床運(yùn)行中，以數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部和機(jī)床各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開(kāi)關(guān)量信號(hào)狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定的邏輯順序?qū)χT如主軸的啟停、換向，刀具的加緊、松開(kāi)，液壓、冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行控制。 ? PLC模塊：數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)順序控制的模塊。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 從 P63圖 219可以看出 PLC 模塊的作用： ? 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。 ? 數(shù)控系統(tǒng)與被控設(shè)備交換的信息有三類(lèi)： 開(kāi)關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)、脈沖量信號(hào)。 上述信號(hào)由于其類(lèi)型、電平、功率以及抗干擾的原因，一般不能直接與數(shù)控系統(tǒng)相連，需要一個(gè)接口（設(shè)備輔助控制接口）對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行變換處理。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 信號(hào)變換處理的目的是： ? 進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，以滿足數(shù)控系統(tǒng)的輸入輸出要求。 ? 阻斷外部的干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在電氣上將數(shù)控系統(tǒng)與外部信號(hào)進(jìn)行隔離，以提高數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 ? 因此，設(shè)備輔助控制接口模塊必須能完成兩個(gè)任務(wù)： ? 電平轉(zhuǎn)換和功率放大； ? 電氣隔離； 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 目前，設(shè)備輔助控制接口的實(shí)現(xiàn)方式有： ? ①簡(jiǎn)單 I /O接口板。如 P63圖 219所示。在改接口電路中，光電隔離器件起電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換作用；調(diào)理電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形濾波等處理。 ? ② PLC控制。這是目前數(shù)控系統(tǒng)采用最為廣泛的一種方式。它的基本結(jié)構(gòu)如 P64圖 220所示。數(shù)控機(jī)床用的 PLC 一般分為兩類(lèi)： ? 內(nèi)裝型（ Builtin Type ） PLC（或集成式、內(nèi)含式） ? 獨(dú)立型（ Standalone Type ） PLC（或通用型） 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 6. 位置控制模塊 ? 位置控制模塊是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)軌跡控制時(shí)， CNC 裝置與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接的接口模塊。如 P65圖 223所示。 ? 常用的位置控制模塊有： ? 開(kāi)環(huán)位置控制模塊： CNC 裝置與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的接口； ? 閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊： CNC 裝置與直流、交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置的接口。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 7. 功能接口模塊 ? 該模塊實(shí)現(xiàn)用戶(hù)特定功能要求的接口板，要求用戶(hù)向生產(chǎn)廠家定制，無(wú)需自己開(kāi)發(fā)。如： 仿形控制器接口；激光加工焦點(diǎn)自動(dòng)跟蹤器接口；刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號(hào)采集器接口板。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 多主結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的硬件簡(jiǎn)介 ? 多主 CPU 結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 CPU 部件，部件之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，通過(guò)總線 仲裁器 ( 由硬件和軟件組成 ) 來(lái)解決總線爭(zhēng)用問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行信息交換。 ? 多主結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： ? 能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。 ? 容錯(cuò)能力強(qiáng)，在某模塊出了故障后，通過(guò)系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 多主結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式： ? 共享總線結(jié)構(gòu)型 ? 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)型。 ? ? 以系統(tǒng)總線為中心，把數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)各功能模塊分為帶有CPU 的主模塊和從模塊 (RAM/ROM ， I/O 模塊 ) ，所有的主、從模塊都插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線上。采用總線仲裁機(jī)構(gòu) ( 電路 ) 來(lái)裁定多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。 如 圖 226所示。 ? 共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對(duì)較低、可靠性高； ? 共享總線結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)： 總線是系統(tǒng)的 “ 瓶頸 ” ，一旦系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障，將使整個(gè)系統(tǒng)受到影響；由于使用總線要經(jīng)仲裁，使信息傳輸率降低。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? ? 面向共公存儲(chǔ)器來(lái)設(shè)計(jì)的，即采用多端口來(lái)實(shí)現(xiàn)各主模塊之間的互連和通訊，采用多端口控制邏輯來(lái)解決多個(gè)模塊同時(shí)訪問(wèn)多端口存儲(chǔ)器沖突的矛盾。 ? 由于多端口存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而且對(duì)兩個(gè)以上的主模塊，會(huì)因爭(zhēng)用存儲(chǔ)器可能造成存儲(chǔ)器傳輸信息的阻塞，所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端口存儲(chǔ)器（雙端口 RAM）。 ? 如 圖 227所示。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 數(shù)控系統(tǒng)軟硬件的功能界面 ? 數(shù)控系統(tǒng)軟件是一個(gè)典型而又復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，它的許多控制任務(wù)，如零件程序的輸入與譯碼、刀具半徑的補(bǔ)償、插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制以及精度補(bǔ)償?shù)榷际怯绍浖?shí)現(xiàn)的。 ? 從邏輯上講，這些任務(wù)可以看作一個(gè)個(gè)功能模塊，其間存在著耦合關(guān)系；從時(shí)間上講，各功能模塊之間存在一個(gè)時(shí)序和配合問(wèn)題。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 軟件結(jié)構(gòu)取決于 CNC系統(tǒng)中的軟件和硬件的分工，也取決于軟件本身的工作性質(zhì)。在信息處理方面，軟件和硬件在邏輯上是等價(jià)的，有些由硬件能完成的工作原則上也能由軟件完成。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 但是，硬件和軟件在實(shí)現(xiàn)這些功能時(shí)各有不同的特點(diǎn)： ? ，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。 ? ，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對(duì)較慢。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 所以，到底哪些功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，哪些功能由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，即如何合理確定 CNC裝置軟件硬件的功能分擔(dān)是數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)，這就是所謂的軟件和硬件的功能界面劃分的概念。 ? 功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比。 ? 隨著功能要求的不同，不同產(chǎn)品的軟硬件界面是不一樣的，如 圖 228所示就是數(shù)控系統(tǒng)功能界面劃分的幾種方法。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 ? 數(shù)控系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)之一就是： ?如何將由零件加工程序表達(dá)的加工信息，變換成各進(jìn)給軸的位移指令、主軸轉(zhuǎn)速指令和輔助動(dòng)作指令，控制加工設(shè)備的軌跡運(yùn)動(dòng)和邏輯動(dòng)作，加工出符合要求的零件。 ? 如 圖 229所示為 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 1. 譯碼 ( 解釋 ) ? 譯碼程序的主要功能 是將用文本格式（通常用 ASCII 碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成后續(xù)程序所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。 ? 該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來(lái)描述一個(gè)程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括： X、 Y、 Z等坐標(biāo)值；進(jìn)給速度；主軸轉(zhuǎn)速； G代碼； M代碼；刀具號(hào)；子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標(biāo)志的存放順序和格式。 ? 譯碼后的數(shù)據(jù)存放在譯碼緩沖區(qū)，以供后續(xù)程序使用。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? (計(jì)算刀具中心軌跡 ) ? 用戶(hù)零件加工程序通常是按 零件輪廓 編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中控制的是 刀具中心軌跡 ，因此在加工前必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的程序。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 刀補(bǔ)處理主要進(jìn)行以下幾項(xiàng)工作： ? ⑴ 根據(jù)絕對(duì)坐標(biāo) /增量坐標(biāo)（ G90/G91）計(jì)算零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值。 ? ⑵根據(jù)刀具半徑 R和刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆较颍?G41/G42），計(jì)算刀具中心軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)值； ? ⑶根據(jù)本段和前段連接關(guān)系，進(jìn)行段間連接處理。 ? 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在刀補(bǔ)緩沖區(qū)，以供后續(xù)程序使用。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 3. 速度預(yù)處理 （ 插補(bǔ)預(yù)處理） ? 速度預(yù)處理 主要功能是： 根據(jù)加工程序給定的進(jìn)給速度，計(jì)算在每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成移動(dòng)量，供插補(bǔ)程序使用。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ?速度處理程序主要完成以下幾步計(jì)算 ： ? ⑴計(jì)算本段總位移量： ?直線 ：合成位移量 L； ?圓弧 ：總角位移量 α。 ?該數(shù)據(jù)供插補(bǔ)程序判斷減速起點(diǎn)和終點(diǎn)之用。 ? ⑵計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量： ? ΔL= FΔt/60 （ μm） 式中： F進(jìn)給速度值（ mm/min）； △ t數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期（ ms） ? 經(jīng)速度預(yù)處理程序轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在插補(bǔ)緩沖區(qū)，以供插補(bǔ)程序使用。 ? 以上兩步有時(shí)統(tǒng)稱(chēng)為 插補(bǔ)預(yù)處理。 L α 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ?4. 插補(bǔ)處理 ? 插補(bǔ)的概念