【正文】 一、單微處理器結(jié)構(gòu) 該 CNC裝置中只有一個微處理器，因此多采用集中控制，分時處理的方式完成數(shù)控機(jī)床的各項任務(wù)。單微處理器 CNC裝置組成框圖如下圖所示。 59 總線 CPU EPROM RAM MDI/CRT 接口 PLC 紙帶閱讀機(jī)接口 I/O接口 位置控制 穿孔機(jī)、電 傳機(jī)接口 通信接口 數(shù)控面板 CRT 紙帶閱讀機(jī) 紙帶穿孔機(jī) 電傳機(jī) 機(jī)床 速度控制單元 M 圖 322 單微處理器 CNC裝置組成框圖 60 ㈠ 單微處理器 CNC裝置組成硬件的作用 ⒈ 微處理器 微處理器是 CNC裝置的核心 ， 由于所有數(shù)控功能都由一個CPU來完成 ， 因此 CNC裝置的功能受微處理器的字長 、 數(shù)據(jù)寬度 、 尋址能力和運算速度等因素的限制 。 為了提高處理速度 ，增強(qiáng)數(shù)控功能 ， 常采用以下措施： ⑴ 采用協(xié)處理器； ⑵ 由硬件完成一部分插補(bǔ)工作； ⑶ 采用帶有微處理器的 PLC和 CRT等智能部件 。 一般 CNC裝置通常采用 16位或 32位微處理器芯片 。 現(xiàn)在的CNC裝置都采用 64位微處理器芯片 。 61 2. 總線 總線是由物理導(dǎo)線構(gòu)成，從功能上說，一般可以分為三組。 (1)數(shù)據(jù)線： 這一組線為各部件之間傳輸數(shù)據(jù) ， 線的根數(shù)與傳送的數(shù)據(jù)寬度相等 ， 它總是并行地一次傳送 n位寬度的一個字 ，采用單向線 。 (2)地址線： 其上傳輸?shù)氖堑刂沸盘?， 與數(shù)據(jù)線結(jié)合使用 ， 以確定數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來源或目的地 ， 采用單向線 。 (3)控制線： 其上傳輸?shù)氖枪芾砜偩€的某些控制信號 ， 如數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫控制 、 中斷復(fù)位及各種確認(rèn)信號 ， 采用單向線 。 62 3. 存儲器 存儲器是用來存放數(shù)據(jù)、參數(shù)和程序的。 (1) CNC裝置的系統(tǒng)程序存放在只讀存儲器 EPROM中，即使斷電，程序也不會丟失。常用的 EPROM有： 271 273276 2712 2725 27010等。 (2) 運算的中間結(jié)果存放在隨機(jī)存儲器 RAM中，它可以隨機(jī)讀寫，但斷電后信息隨即消失。 (3) 零件加工程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)存放在有后備電池的 RAM中，或是磁泡存儲器中，能隨機(jī)讀取，操作或修改并且斷電后，信息仍保存。 63 4. PLC PLC用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)床強(qiáng)電繼電器邏輯控制。通過程序進(jìn)行邏輯運算來實現(xiàn) M、 S、 T功能的譯碼與控制。 PLC有內(nèi)裝型和獨立型兩種。內(nèi)裝型 PLC是 CNC裝置的一個部件，可以共享 CNC裝置的 CPU，也可以配置單獨的 CPU。獨立型 PLC完全獨立于 CNC裝置，本身具有完備的硬件（ CPU、ROM、 RAM等）和軟件，可以獨立完成規(guī)定的控制任務(wù)。 5. 位置控制 CNC裝置中的位置控制模塊和速度控制單元、位置檢測及反饋控制等組成位置環(huán)。位置環(huán)主要用于軸進(jìn)給的坐標(biāo)位置控制，包括工作臺的前后左右移動、主軸箱的移動及繞某一直線坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運動等。軸控制性能的高低對數(shù)控機(jī)床的加工精度、表面粗糙度和加工效率影響極大。 64 6. I/O接口 對 CNC裝置來說，由機(jī)床向 CNC傳送的信號稱為輸入信號，由 CNC向機(jī)床傳送的信號稱為輸出信號。輸入輸出信號的主要類型有：直流數(shù)字、模擬輸入信號，直流數(shù)字、模擬輸出信號；交流輸入信號，交流輸出信號。 直流模擬信號用于進(jìn)給坐標(biāo)軸和主軸的伺服控制或其它接收、發(fā)送模擬量信號的設(shè)備。交流信號用于直接 控制功率執(zhí)行器件。接口電路的主要任務(wù)： ⑴ 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。 ⑵ 為防止噪聲引起誤動作，對 CNC和機(jī)床之間的信號進(jìn)行電氣隔離。 ⑶ 采用模擬量傳送時，在 CNC和機(jī)床電氣設(shè)備之間要接入 D/A和 A/D轉(zhuǎn)換電路。 65 ⑷ 信號在傳輸過程中，由于衰減、噪聲和反射等影響，會發(fā)生畸變。為此要根據(jù)信號類別及傳輸線質(zhì)量，采取一定措施并限制信號的傳輸距離。 （二）單微處理器結(jié)構(gòu)的特點 （ 1） CNC裝置中僅有一個微處理器，由它對存儲、插補(bǔ)運算、輸入輸出控制、 CRT顯示等功能集中控制分時管理。 （ 2）微處理器通過總線與存儲器、輸入輸出控制等各種接口相連，構(gòu)成 CNC裝置。 （ 3）結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。 （ 4）正是由于只有一個微處理器集中控制。其功能將受微處理器字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制。 66 二、多微處理器結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)中配置了多個微處理器，通過一組公用地址和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接，每個微處理器公用存儲器與 I/O 接口，每個微處理器分擔(dān)系統(tǒng)的一部分工作，從而將單微處理器系統(tǒng)中的順序完成的工作轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€微處理器的并行、同時完成的工作，因此大大提高了整個系統(tǒng)的處理速度。 （一）多微處理器 CNC裝置的基本功能模塊 ⒈ CNC管理模塊 管理和組織整個 CNC系統(tǒng)的工作 ,主要包括初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理、系統(tǒng)軟硬件診斷等功能。 ⒉ CNC插補(bǔ)模塊 完成插補(bǔ)前的預(yù)處理，如對零件加工程序的譯碼、刀具半徑補(bǔ)償、坐標(biāo)位移量計算、進(jìn)給速度處理等，之后進(jìn)行插補(bǔ)運算，為各個坐標(biāo)提供位置給定值。 67 ⒊ 位置控制模塊 進(jìn)行位置給定值與檢測器測得的位置實際值的比較，進(jìn)行自動加減速，回基準(zhǔn)點、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和飄移補(bǔ)償，最后得到速度控制的模擬電壓，驅(qū)動進(jìn)給電機(jī)。 ⒋ 存儲器模塊 該模塊為程序和數(shù)據(jù)的主存儲器，或為功能模塊間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的共享存儲器。 ⒌ PLC模塊 對零件加工程序中的開關(guān)功能和來自機(jī)床的信號進(jìn)行邏輯處理，實現(xiàn)機(jī)床電氣設(shè)備的起、停，刀具交換，轉(zhuǎn)臺分度，加工零件和機(jī)床運轉(zhuǎn)時間的計數(shù)等。 ⒍ 指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊 它包括零件加工程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)，各種操作命令的輸入輸出及顯示所需要的各種接口電路。 68 （二）多微處理器 CNC裝置的典型結(jié)構(gòu) 多微處理器 CNC裝置各模塊之間的互連和通信主要采用共享總線和共享存儲器兩類結(jié)構(gòu)。 ⒈ 共享總線結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)各功能模塊插在配有總線插座的機(jī)框內(nèi)，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起。 CNC管理 模塊（ CPU） 主存儲器 模 塊 操作面板 顯示模塊 CNC插補(bǔ) 模塊（ CPU） PLC功能 模塊（ CPU） 位置控制 模塊（ CPU） 主軸控 制模塊 總線 圖 323 共享總線結(jié)構(gòu)框圖 69 ⒉ 共享存儲器結(jié)構(gòu) 在這種多微處理器結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當(dāng)微處理器數(shù)量增多時，往往會由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率。 插補(bǔ) （ CPU2） 來自機(jī)床的 控 制 信 號 輸?shù)綑C(jī)床的 控 制 信 號 軸控制 （ CPU3） I/O CPU1 CRT （ CPU4） 共 享 存儲器 圖 324 共享存儲器結(jié)構(gòu)框圖 70 （三）多微處理器結(jié)構(gòu)的特點 為了滿足高速化、復(fù)合化、智能化、系統(tǒng)化的要求，現(xiàn)代CNC裝置多采用多微處理器結(jié)構(gòu)，其主要特點是： ⒈ 多微處理器結(jié)構(gòu)多采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有比較好的擴(kuò)展性。 ⒉ 多微處理器結(jié)構(gòu)的 CNC裝置可提供多種選擇功能，可以配置多種控制軟件，因此可適用于多種機(jī)床的控制。 ⒊ 系統(tǒng)的集成度和可靠性高。 ⒋ 具有很強(qiáng)的通信能力，能很方便地進(jìn)入 FMS、 CIMS。 ⒌ 能夠進(jìn)行多種語言顯示。