【正文】 微處理器，因此多采用集中控制，分時(shí)處理的方式完成數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)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(gè)CPU來(lái)完成 ， 因此 CNC裝置的功能受微處理器的字長(zhǎng) 、 數(shù)據(jù)寬度 、 尋址能力和運(yùn)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(shuō)，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(gè)字 ，采用單向線 。 (2)地址線： 其上傳輸?shù)氖堑刂沸盘?hào) ， 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(lái)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(hào) ， 如數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫(xiě)控制 、 中斷復(fù)位及各種確認(rèn)信號(hào) ， 采用單向線 。 62 3. 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是用來(lái)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(chǔ)器 EPROM中，即使斷電，程序也不會(huì)丟失。常用的 EPROM有： 271 273276 2712 2725 27010等。 (2) 運(yùn)算的中間結(jié)果存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM中，它可以隨機(jī)讀寫(xiě)，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(chǔ)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(guò)程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn) M、 S、 T功能的譯碼與控制。 PLC有內(nèi)裝型和獨(dú)立型兩種。內(nèi)裝型 PLC是 CNC裝置的一個(gè)部件，可以共享 CNC裝置的 CPU，也可以配置單獨(dú)的 CPU。獨(dú)立型 PLC完全獨(dú)立于 CNC裝置，本身具有完備的硬件（ CPU、ROM、 RAM等）和軟件，可以獨(dú)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(cè)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(tái)的前后左右移動(dòng)、主軸箱的移動(dòng)及繞某一直線坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。軸控制性能的高低對(duì)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(duì) CNC裝置來(lái)說(shuō)，由機(jī)床向 CNC傳送的信號(hào)稱為輸入信號(hào)，由 CNC向機(jī)床傳送的信號(hào)稱為輸出信號(hào)。輸入輸出信號(hào)的主要類型有：直流數(shù)字、模擬輸入信號(hào)，直流數(shù)字、模擬輸出信號(hào)；交流輸入信號(hào)，交流輸出信號(hào)。 直流模擬信號(hào)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(hào)的設(shè)備。交流信號(hào)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(dòng)作，對(duì) CNC和機(jī)床之間的信號(hào)進(jìn)行電氣隔離。 ⑶ 采用模擬量傳送時(shí)，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(hào)在傳輸過(guò)程中，由于衰減、噪聲和反射等影響，會(huì)發(fā)生畸變。為此要根據(jù)信號(hào)類別及傳輸線質(zhì)量，采取一定措施并限制信號(hào)的傳輸距離。 （二）單微處理器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) （ 1） CNC裝置中僅有一個(gè)微處理器，由它對(duì)存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、 CRT顯示等功能集中控制分時(shí)管理。 （ 2）微處理器通過(guò)總線與存儲(chǔ)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(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。 （ 4）正是由于只有一個(gè)微處理器集中控制。其功能將受微處理器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)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(gè)微處理器，通過(guò)一組公用地址和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接，每個(gè)微處理器公用存儲(chǔ)器與 I/O 接口，每個(gè)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€(gè)微處理器的并行、同時(shí)完成的工作，因此大大提高了整個(gè)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(gè) 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(cuò)識(shí)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(duì)零件加工程序的譯碼、刀具半徑補(bǔ)償、坐標(biāo)位移量計(jì)算、進(jìn)給速度處理等，之后進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，為各個(gè)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(cè)器測(cè)得的位置實(shí)際值的比較，進(jìn)行自動(dòng)加減速，回基準(zhǔn)點(diǎn)、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(dòng)進(jìn)給電機(jī)。 ⒋ 存儲(chǔ)器模塊 該模塊為程序和數(shù)據(jù)的主存儲(chǔ)器，或?yàn)楣δ苣K間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的共享存儲(chǔ)器。 ⒌ PLC模塊 對(duì)零件加工程序中的開(kāi)關(guān)功能和來(lái)自機(jī)床的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)機(jī)床電氣設(shè)備的起、停，刀具交換，轉(zhuǎn)臺(tái)分度，加工零件和機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的計(jì)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(chǔ)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(gè)模塊有效地連接在一起。 CNC管理 模塊（ CPU） 主存儲(chǔ)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(chǔ)器結(jié)構(gòu) 在這種多微處理器結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個(gè)端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問(wèn)。由專門(mén)的多端口控制邏輯電路解決訪問(wèn)的沖突問(wèn)題。當(dāng)微處理器數(shù)量增多時(shí)，往往會(huì)由于爭(zhēng)用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞档拖到y(tǒng)效率。 插補(bǔ) （ CPU2） 來(lái)自機(jī)床的 控 制 信 號(hào) 輸?shù)綑C(jī)床的 控 制 信 號(hào) 軸控制 （ CPU3） I/O CPU1 CRT （ CPU4） 共 享 存儲(chǔ)器 圖 324 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖 70 （三）多微處理器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 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(diǎn)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(yǔ)言顯示。