【文章內(nèi)容簡介】 硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 53 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng)是我國為數(shù)不多具有自主版權(quán)的高性能數(shù)控系統(tǒng)之一 。 它以通用的工業(yè) PC機(jī) （ IPC） 為基礎(chǔ) ，采用開放式的體系結(jié)構(gòu) ， 從而使華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和質(zhì)量得到了保證 。 它適合多坐標(biāo) (25)數(shù)控鏜銑床和加工中心 ， 在增加相應(yīng)的軟件模塊后 ， 也可適應(yīng)于其它類型的數(shù)控機(jī)床 (數(shù)控磨床 、 車床 、 齒輪加工機(jī)床等 )以及特種加工機(jī)床 （ 激光加工機(jī) 、 線切割機(jī)等 ） 。 三 . 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng) (硬件 )簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 54 1. 采用模擬式交流 /直流伺服單元 ALLINONE CPU卡 顯 示 卡 位置控制板 n 位置控制板 1 電 子 盤 速度控制單元 1 速度控制單元 n 無 源 母 板（系 統(tǒng) 總 線 BUS) 標(biāo)準(zhǔn) PC計(jì)算機(jī) CNC裝置 光隔 I/O板 機(jī)床開關(guān)量 I/O 按鈕站、狀態(tài)燈 NC鍵盤 CNC系統(tǒng) 多功能板 主軸控制模板 主軸編碼器 手搖脈沖發(fā)生器 定制功能接口 網(wǎng)絡(luò)卡 COM2串口 … … … 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 三 . 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng) (硬件 )簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 55 2. 采用數(shù)字式交流伺服單元 ALLINONE CPU卡 顯 示 卡 電 子 盤 數(shù)字交流伺服單元 1 數(shù)字交流伺服單元 4 無 源 母 板（系 統(tǒng) 總 線 BUS) 標(biāo)準(zhǔn) PC計(jì)算機(jī) CNC裝置 光隔 I/O板 機(jī)床開關(guān)量 I/O 按鈕站、狀態(tài)燈 NC鍵盤 CNC系統(tǒng) 多功能板 主軸控制?？? 主軸編碼器 手搖脈沖發(fā)生器 定制功能接口 網(wǎng)絡(luò)卡 COM2串口 … … 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 四串口通信板 三 . 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng) (硬件 )簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 56 3. 教學(xué)型 (經(jīng)濟(jì)型 )數(shù)控系統(tǒng) 打印機(jī)接口 計(jì)算機(jī)主板 顯 示 卡 多功能板 步進(jìn)電機(jī)單元 1 步進(jìn)電機(jī)單元 8 系 統(tǒng) 總 線 （BUS) 標(biāo)準(zhǔn) PC計(jì)算機(jī) 機(jī)床開關(guān)量 I/O 操作面板 主軸編碼器 手搖脈沖發(fā)生器控制面板 定制功能接口 網(wǎng)絡(luò)卡 … … 多功能NC接口板 光隔I/O接口 軟 /硬盤 驅(qū)動(dòng)器 控制柜 華中 Ⅰ 型教學(xué)數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 三 . 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng) (硬件 )簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 57 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) ， 通過總線仲裁器 (由硬件和軟件組成 )來解決總線爭用問題 ，通過公共存儲(chǔ)器來進(jìn)行信息交換 。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 58 1. 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，通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作 2. 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。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 59 3. 共享總線結(jié)構(gòu)： FANUC BUS 操作面板 圖形顯示 模塊 (CPU) 通訊模塊 (CPU) 自動(dòng)編程模塊 (CPU) 主存儲(chǔ) 器模塊 插補(bǔ)模塊 (CPU) PLC模塊 (CPU) 位置控制模塊 (CPU) 主軸控 制模塊 CRT/MDI I/O單元 伺服驅(qū)動(dòng)單元 主軸單元 FANUC 15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 60 ? 結(jié)構(gòu)特征： ? 功能模塊分為帶有 CPU或 DMA的主模塊和從模塊(RAM/ROM， I/O模塊 )， ? 以系統(tǒng)總線為中心，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 )來裁定多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競爭問題 。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 61 ? 共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 、 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 。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 62 4. 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 顯示 CPU 鍵盤 中央 CPU 插補(bǔ) CPU 串口和收發(fā)器 CTRC 并 行 接 口 反饋脈沖和處理 EPROM EPROM RAM/EPROM 512 RAM RAM 512 字符 發(fā)生器 CRT 模擬量輸出 機(jī)床接口 反饋信號(hào)收發(fā)器 … … XYZCW 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 63 ? 結(jié)構(gòu)特征： ? 面向共公存儲(chǔ)器來設(shè)計(jì)的，即采用多端口來實(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解決多個(gè)模塊同時(shí)訪問多端口存儲(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）。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 64 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)軟件是一個(gè)典型而又復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng) 。 本節(jié)將首先介紹系統(tǒng)軟硬件界面的關(guān)系 ， 然后從系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)流的角度來分析 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程 ， 并從多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性的角度來分析 CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ，最后介紹一個(gè)典型 CNC裝置系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu) 。 第三章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 65 1. 軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系 ? 關(guān)系： 從理論上講 ， 硬件能完成的功能也可以用軟件來完成 。 從實(shí)現(xiàn)功能的角度看 ， 軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)的 。 ? 特點(diǎn) ： ? 硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。 ? 軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對(duì)較慢。 一、 CNC裝置軟件和硬件的功能界面 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 66 3. 軟件 、 硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配就是 ——軟件硬件功能界面劃分 。 4. 功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比 一、 CNC裝置軟件和硬件的功能界面 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 67 5. 數(shù)控系統(tǒng)功能界面的幾種劃分： 輸 入 預(yù)處理 位置檢測 插補(bǔ)運(yùn)算 位置控制 速度控制 伺服電機(jī) 程序 硬件 硬件 硬件 硬件 硬件 軟件 軟件 軟件 軟件 軟件和硬件的功能界面 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 一、 CNC裝置軟件和硬件的功能界面 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 68 CNC裝置系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)：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 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 69 加工程序 譯 碼 譯碼緩沖區(qū) 刀補(bǔ)處理 刀補(bǔ)緩沖區(qū) 速度預(yù)處理 插補(bǔ)緩沖區(qū) 插補(bǔ)處理 運(yùn)行緩沖區(qū) 伺服驅(qū)動(dòng) 位控處理 位置反饋 PLC控制 CNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 70 ⒈ 譯碼 (解釋 ) 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（ 本例是指刀補(bǔ)處理程序 ） 所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ 格式 ） 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 71 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例： Struct PROG_BUFFER { char buf_state； //緩沖區(qū)狀態(tài) ， 0 空； 1 準(zhǔn)備好 。 int block_num； //以 BCD碼的形式存放本程序段號(hào) 。 double COOR[20]； //存放尺寸指令的數(shù)值 （ μ m） 。 int F,S； //F（ mm/min） S（ r/min） 。 char G0； //以標(biāo)志形式存放 G指令 。 char G1； char M0； //以標(biāo)志形式存放 M指令 。 char M1； char T； //存放本段換刀的刀具號(hào) 。 char D； //存放刀具補(bǔ)償?shù)牡毒甙霃街?。 }； 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 72 以標(biāo)志形式存放 G指令示例 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0G00 0 ：無該指令； 1 ：有該指令G01 0 ：無該指令； 1 ：有該指令G02 0 ：無該指令； 1 ：有該指令G03 0 ：無該指令； 1 ：有該指令G 9 0 /G9 1 0 ： G90 ； 1 ： G91｝G06 0 ：無該指令； 1 ：有該指令00 ： G4 0 ；11 ： G4 001 ： G4 1 ；10 ； G4 2 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 73 在系統(tǒng)軟件中各程序間的數(shù)據(jù)交換方式一般都是通過緩沖區(qū)進(jìn)行的 。 該緩沖區(qū)由若干個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成 ， 當(dāng)前程序段被解釋完后便將該段的數(shù)據(jù)信息送入緩沖區(qū)組中空閑的一個(gè) 。 后續(xù)程序 （ 如刀補(bǔ)程序 ） 從該緩沖區(qū)組中獲取程序信息進(jìn)行工作 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 74 N06 G90 G41 D11 G01 X200 Y300 F200