【正文】 L； ?圓弧 ：總角位移量 α。 ? 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在刀補緩沖區(qū)，以供后續(xù)程序使用。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 刀補處理主要進行以下幾項工作： ? ⑴ 根據(jù)絕對坐標(biāo) /增量坐標(biāo)（ G90/G91）計算零件輪廓的終點坐標(biāo)值。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? (計算刀具中心軌跡 ) ? 用戶零件加工程序通常是按 零件輪廓 編制的，而數(shù)控機床在加工過程中控制的是 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。它主要包括： X、 Y、 Z等坐標(biāo)值；進給速度；主軸轉(zhuǎn)速； G代碼； M代碼；刀具號；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。 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）。 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的加工信息，變換成各進給軸的位移指令、主軸轉(zhuǎn)速指令和輔助動作指令，控制加工設(shè)備的軌跡運動和邏輯動作，加工出符合要求的零件。 ? 功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價格比。 ? ，適應(yīng)性強，但處理速度相對較慢。在信息處理方面，軟件和硬件在邏輯上是等價的，有些由硬件能完成的工作原則上也能由軟件完成。 ? 從邏輯上講，這些任務(wù)可以看作一個個功能模塊，其間存在著耦合關(guān)系；從時間上講，各功能模塊之間存在一個時序和配合問題。 ? 如 圖 227所示。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? ? 面向共公存儲器來設(shè)計的，即采用多端口來實現(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模塊同時訪問多端口存儲器沖突的矛盾。 如 圖 226所示。 ? ? 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。 ? 容錯能力強，在某模塊出了故障后，通過系統(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)數(shù)控系統(tǒng)的硬件簡介 ? 多主 CPU 結(jié)構(gòu)中，有兩個或兩個以上的 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，通過公共存儲器來進行信息交換。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 7. 功能接口模塊 ? 該模塊實現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板，要求用戶向生產(chǎn)廠家定制，無需自己開發(fā)。如 P65圖 223所示。它的基本結(jié)構(gòu)如 P64圖 220所示。 ? ② PLC控制。如 P63圖 219所示。 ? 阻斷外部的干擾信號進入計算機，在電氣上將數(shù)控系統(tǒng)與外部信號進行隔離，以提高數(shù)控系統(tǒng)運行的可靠性。 上述信號由于其類型、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，需要一個接口（設(shè)備輔助控制接口）對這些信號進行變換處理。 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： ? 接收來自操作面板、機床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、強電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫控制的有關(guān)信號，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運行。 ? 數(shù)控機床的 “ 順序控制 ” 是指數(shù)控機床運行中，以數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部和機床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器等開關(guān)量信號狀態(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，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的運行等進行控制。 P63 圖 218所示為電子盤的邏輯框圖。電子盤的規(guī)格有： 、 6MB、 12MB， 128MB， 256MB等。 ? 因 Flash組成的存儲單元是按磁盤的管理方式進行的，故稱其為電子盤。 這類器件有：E2PROM ； FLASH ；帶后備電池的 RAM 。特點是可以隨時對其進行讀寫操作，即使掉電，信息不會丟失。有動態(tài)和靜態(tài)之分，動態(tài)：價格低、速度慢，主要用作計算機系統(tǒng)的內(nèi)存；靜態(tài)：價格高，速度快，用作計算機系統(tǒng)的緩存器 Cache。 ? 易失性隨機讀寫存儲元件 （ RAM）。 特點是只能讀出存放的數(shù)據(jù)，不能隨時修改數(shù)據(jù)。 電子存儲器件一般用作內(nèi)存儲器，其價格高于前兩類。 目前，計算機領(lǐng)域所用存儲器件有三類： ? 磁存儲器件，如：軟 /硬磁盤（讀 /寫）； ? 光存儲器件，如：光盤（只讀）； ? 電子（半導(dǎo)體）存儲器件，如 RAM 、 ROM 、FLASH 等。在數(shù)控裝置中它用來存放下列數(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)所能控制的進給軸數(shù)，軸的定義，系統(tǒng)增益等 ) ；用戶的零件加工程序。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 4. 電子盤 (存儲模塊 ) ? ① 電子盤存儲內(nèi)容。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 若將以上三部分（計算機主板和系統(tǒng)總線、顯示模塊、輸入 /輸出模塊），再配上鍵盤、電源、機箱，實際上是一部通用的微型計算機系統(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。如果計算機主板選用的是標(biāo)準(zhǔn)主板，則此板可省略。 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)與外界進行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板，即數(shù)控系統(tǒng)通過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。市場有 VGA卡等 ? 在數(shù)控系統(tǒng)中， CRT顯示是一個非常重要的功能，它是人機交流的重要媒介，它給用戶提供了一個直觀的操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉適應(yīng)其操作過程。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 2. 顯示模塊 (顯示卡 ) ? 顯示卡是一個通用性很強的模塊。其規(guī)格有 6槽、 8槽、 12槽、 14槽等。從功能上來說可分三組： ? 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的總線，是單向總線。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)，使用戶的指令得以執(zhí)行。主板做成插卡形式，集成度更高，即 AllInOne主板。 ? P60如圖 213，計算機主板是 CNC裝置的核心。 ? 下面從功能方面討論一下圖 212所示數(shù)控系統(tǒng)中各硬件模塊的作用。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 實現(xiàn) CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計的條件是總線(BUS) 標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)設(shè)計時按功能的要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，即可組成一個完整的控制系統(tǒng)的方法。實現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的方法稱為模塊化設(shè)計方法。這類數(shù)控系統(tǒng)的硬件由具有若干功能不同的模塊組成，這些模塊既是系統(tǒng)的組成部分，又有相對的獨立性，即具有模塊化結(jié)構(gòu)。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 如 圖 212所示是單機或主從結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，成為工廠標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，彼此間可進行信息交換。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 模塊化結(jié)構(gòu)的特點是 ： 將 CPU、存儲器、輸入輸出控制、位置檢測、顯示部件等分別做成插件板，相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中。大板式結(jié)構(gòu)的 CNC裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性高、價格低、有很高的性能價格比。 ? 大板式結(jié)構(gòu)的特點是 ： CNC裝置內(nèi)一般都有一塊大板，稱為主板。 ? （ 3）分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ：系統(tǒng)有兩個或兩個以上帶 CPU的功能模塊，各模塊有自己獨立的運行環(huán)境（系統(tǒng)總線、存儲器、操作系統(tǒng)等），模塊間采用松耦合，即在空間上可以較為分散，且采用通訊方式交換信息。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? （ 2）多主結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ： 系統(tǒng)中有兩個或兩個以上帶 CPU的功能模塊部件對系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)。根據(jù)部件間的相互關(guān)系又可將其分為： ? （ 1）主從結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ： 系統(tǒng)中只有一個 CPU( 稱為主CPU) 對系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)，其它帶 CPU 的功能部件，只能接受主 CPU的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主CPU 發(fā)出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。 ? 其特點是投資小，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，但系統(tǒng)功能受CPU字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等的限制，現(xiàn)已被多機系統(tǒng)的主從結(jié)構(gòu)所替代。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 數(shù)控系統(tǒng)的硬件類型 ? 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，按其中含有 CPU的多少可劃分為 單機系統(tǒng) 和 多機系統(tǒng) 。 ? 一個零件程序的執(zhí)行首先要輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補和位置控制，由伺服系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)輸出的指令驅(qū)動機床完成加工。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的基本原理 ? CNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家編制好 CNC控制軟件（也稱為系統(tǒng)程序）后，都要把它固化在 ROM（ EPROM） （ Erasable Programmable ROM，可擦除可編程ROM） 中，系統(tǒng)接上電源后即自動由 CPU按照此固化的程序運行。 ? 另外，還可以備有數(shù)控軟件檢查程序，防止輸入非法數(shù)控程序或語句，這將給編程帶來許多方便。刀具偏移、英公制轉(zhuǎn)換、固定循環(huán)等都能用適當(dāng)?shù)能浖绦蛴枰詫崿F(xiàn)；復(fù)雜的插補功能，例如拋物線插補、螺旋線插補等也能用軟件方法來解決；刀具補償也可在加工過程中進行計算；大量的輔助功能都可以被編程；子程序概念的引入，大大簡化了程序編制。 ? 據(jù)美國第 13屆 NCS 年會統(tǒng)計的世界上數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間是：硬線 NC系統(tǒng)為 136h ，小型計算機CNC系統(tǒng)為 984h ，而微處理機 CNC 系統(tǒng)據(jù)日本發(fā)那科公司宣稱已達 23000h 。由于在工廠中使用同一類型的控制系統(tǒng)，培訓(xùn)和學(xué)習(xí)也十分方便。于是，用一種 CNC 系統(tǒng)就可能滿足大部分?jǐn)?shù)控機床 (包括車床、銑床、加工中心、鉆鏜床等 ) 的要求，還能滿足某些別的設(shè)備應(yīng)用。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點 ? 通用性 ? 在 CNC 系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)采用模塊結(jié)構(gòu)，依靠軟件變化來滿足被控設(shè)備的各種不同要求。在數(shù)控設(shè)備安裝之后，新的技術(shù)還可以補充到系統(tǒng)中去，這就延長了系統(tǒng)的使用期限。對于數(shù)控系統(tǒng)，只要改變相應(yīng)的控制程序就可以補充和開發(fā)新的功能，并不必制造新的硬件。 ? 當(dāng) PLC用于控制機床順序動作時，稱為PMC(Programmable Machine Controller)模塊，它在數(shù)控裝置中接收來自操作面板，機床上的各行程開關(guān)，傳感器、按鈕、強電柜里的繼電器以及主軸控制，刀庫控制的有關(guān)信號，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運行。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 6．可編程控制器（ PLC） ? 可編程控制器（ PLC）是一種專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 5．驅(qū)動裝置 ? 驅(qū)動裝置將伺服單元的輸出變?yōu)闄C械運動，它與伺服單元一起是數(shù)控裝置和機床傳動部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它們有的帶動工作臺，有的帶動刀具，通過幾個軸的綜合聯(lián)動，使刀具相對于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。因此伺服單元是數(shù)控裝置與機床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自數(shù)控裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動裝置的大功率信號。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 4．伺服單元 ? 伺服單元分為主軸伺服和進給伺服，分別用來控制主軸電動機和進給電動機。 ? 數(shù)控裝置輸出的信號有各坐標(biāo)軸的進給速度，進給方向和位移指令，還有主軸的變速，換向和啟停信號，選擇和交換刀具的指令，控制冷卻液，潤滑油啟停，工件和機床部件松開、夾緊，分度工作臺轉(zhuǎn)位輔助指令信號等。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 3．計算機數(shù)控裝置（ CNC裝置） ? 數(shù)控裝置是計算機數(shù)控系統(tǒng)的核心，它包括微處理器CPU、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路及與數(shù)控系統(tǒng)其它組成部分聯(lián)系的接口及相應(yīng)控制軟件。 ? （ 2）自動控制專用接口和規(guī)范（ DNC和 MAP等）。計算機數(shù)控系統(tǒng)還可以用通訊的方式進行信息的交換，這是實現(xiàn) CAD/CAM集成、 FMS和 CIMS的基本技術(shù)。 ? 輸出裝置的作用 是顯示加工過程中必要的信息，如坐標(biāo)值、報警信號等。如圖 28所示。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 1．操作面板 ? 操作面板是操作人員與機床數(shù)控系統(tǒng)進行信息交流的工具，它由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機鍵盤類似）和顯示器組成。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 計算機數(shù)控系統(tǒng)的組成如 圖 27所示。 ? 數(shù)控系統(tǒng)的控制精度主要取決于硬件，而控制功能主要取決于軟件。 上一頁 下一頁