【正文】 范圍達到 10～ 150％。 ? （ 14）支持自動換刀、刀具長度補償和刀尖半徑補償。 ? （ 15）支持指定程序行加工、任意程序行加工和程序跳段功能，加工代碼的控制更加方便、靈活。 上一頁 下一頁 返回 ? 其它數(shù)控系統(tǒng)介紹 除了以上的三種系統(tǒng)，還有： ? 日本的 Mitsubishi（三菱）控制系統(tǒng) ? 美國的 ALLENBRADLEY（ AB）系統(tǒng) ? 西班牙的 FAGOR（發(fā)格）系統(tǒng) ? 美國的 CINCINNATI（辛辛那提）系統(tǒng) ? 日本的 OKUMA（大隈）系統(tǒng) ? 法國的 Num（紐目）系統(tǒng) ? 德國的 Heidenhain（海德漢）系統(tǒng) ? 德國的 DECKEK控制系統(tǒng) ? 意大利的 FIDIA系統(tǒng) ? 德國的 HELLER系統(tǒng)和美國的馬豪數(shù)控系統(tǒng)等。從外部看，數(shù)控系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成，如 圖26所示。 ? 數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制、幾何數(shù)據(jù)處理以及零件程序的執(zhí)行均由 CPU統(tǒng)一控制，即數(shù)控系統(tǒng)為軟件控制系統(tǒng)。主要由操作面板、輸入 /輸出裝置、計算機數(shù)控裝置、伺服單元、驅(qū)動裝置、可編程邏輯控制器 PLC等組成。數(shù)控系統(tǒng)一般采用集成式操作面板，分為三大區(qū)域：顯示區(qū)， NC鍵盤區(qū)和機床控制面板區(qū)。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 2．輸入 /輸出裝置 ? 輸入裝置的作用 是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的數(shù)字信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。 ? 數(shù)控機床加工的過程是機床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進行信息交流的過程，輸入、輸出裝置就是這種人機交互設(shè)備，典型的有鍵盤和顯示器。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 通常采用的通訊方式有： ? （ 1）串行通訊（ RS232等串行通訊接口）。 ? （ 3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（ INTERNET和 LAN等）。如 P54圖29所示。如 圖 210所示為典型數(shù)控系統(tǒng)面板，分別為 FANUC 0i、華中世紀(jì)星 HNC21T及西門子802S數(shù)控裝置。伺服單元接收來自數(shù)控裝置的進給指令，這些指令經(jīng)變換和放大后通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成執(zhí)行部件進給的速度、方向、位移。 ? 伺服單元就其系統(tǒng)而言又有開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分，其工作原理亦有差別。 ? 與伺服單元相對應(yīng)，驅(qū)動裝置有步進電機，直流伺服電機和交流伺服電機等。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械設(shè)備和生產(chǎn)過程。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點 ? 靈活性 ? 這是數(shù)控系統(tǒng)的突出優(yōu)點。數(shù)控系統(tǒng)能夠隨著工廠的發(fā)展而發(fā)展，也能適應(yīng)將來改變工藝的要求。因此， CNC系統(tǒng)具有很大的 “ 柔性 ” —— 靈活性。采用標(biāo)準(zhǔn)化接口電路，給機床制造廠和數(shù)控用戶帶來了許多方便。當(dāng)用戶要求某些特殊功能時，僅僅是改變某些軟件而已。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點 ? 可靠性 ? 在 CNC系統(tǒng)中，由于許多功能都由軟件實現(xiàn)，硬件系統(tǒng)所需元器件數(shù)目大為減少，整個系統(tǒng)的可靠性大大改善，特別是隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的采用，系統(tǒng)可靠性更為提高。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點 ? 易于實現(xiàn)許多復(fù)雜的功能 ? CNC 系統(tǒng)可以利用計算機的高度計算能力，實現(xiàn)一些高級的復(fù)雜的數(shù)控功能。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點 ? 使用維修方便 ? CNC 系統(tǒng)的一個吸引人的特點是有一套診斷程序，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能顯示出故障信息，使操作和維修人員能了解故障部位，減少了維修的停機時間。 ? 有的 CNC系統(tǒng)還有對話編程、藍圖編程，使程序編制簡便，不需很高水平的專業(yè)編程人員。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是控制零件程序的執(zhí)行，其他任務(wù)可以說是為了更好地完成這一任務(wù)而進行的輔助和配合。 ? 如 圖 211所示為數(shù)控系統(tǒng)的工作過程。 ? ? 是指整個數(shù)控系統(tǒng)只有一個 CPU，它集中控制和管理整個系統(tǒng)資源，通過分時處理的方式來實現(xiàn)各種數(shù)控功能。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? ? 是指整個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的 CPU，即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有 CPU。只有一個 CPU處于主導(dǎo)地位，其它 CPU處于從屬地位，故稱之為主從結(jié)構(gòu)。模塊之間采用緊耦合（即均掛在系統(tǒng)總線上，集中在一個機箱內(nèi)）有集中的操作系統(tǒng)，通過仲裁器（軟件和硬件）來解決總線爭用問題，通過公共存儲器進行交換信息。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的硬件介紹 ? 單機系統(tǒng)按組成數(shù)控裝置的電路板的結(jié)構(gòu)特點可分為 大板式結(jié)構(gòu) 和 模塊化結(jié)構(gòu) 。主板上裝有主 CPU和各軸的位置控制電路等，其他相關(guān)子板，如 ROM板、 RAM板和 PLC板都插在主板上面。 AB公司的 8601就是大板式結(jié)構(gòu)的CNC。硬件模塊形成一個特定的功能單元，成為功能模塊。模塊化結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用有 FANUC公司的 15系統(tǒng)、 AB公司的 8600 CNC、 FAGOR的 8050 CNC等。 ? 數(shù)控裝置是按模塊化設(shè)計的方法構(gòu)造的。模塊化結(jié)構(gòu)對數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)以及維修都有極大好處。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 模塊化設(shè)計方法： 將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干種具有獨立功能的單元模塊，并配上相應(yīng)的驅(qū)動軟件。其中單元母板一般為總線結(jié)構(gòu)的無源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號通路。采用模塊化結(jié)構(gòu)時，CNC系統(tǒng)設(shè)計工作則可歸結(jié)為功能模塊的合理選用。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 1. 計算機主板和系統(tǒng)總線 (母板 ) ? ⑴ 計算機主板。數(shù)控系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)在功能上完全與普通標(biāo)準(zhǔn) PC機一樣，各硬件模塊也與 PC機總線標(biāo)準(zhǔn)兼容，只是在結(jié)構(gòu)上稍有不同：主板與系統(tǒng)總線（母板）是分離的，即系統(tǒng)總線是一單獨的無源母板。 ? 計算機主板的主要作用： 對輸入到 CNC裝置中的各種數(shù)據(jù)、信息 ( 零件加工程序，各種 I/O信息等 ) 進行相應(yīng)的算術(shù)和邏輯運算。 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，它是計算機系統(tǒng)內(nèi)部進行數(shù)據(jù)或信息交換的通道。 ? 一般工業(yè)用 PC機的總線母板是獨立的無源四層板（走線面、元件面、電源層和地線層），它的可靠性高于兩層板。 P61圖 214為無源母板的外觀。它不僅隨時可以在市場上買到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無需用戶自己開發(fā)。 ? 顯示卡的主要作用： 接收來自 CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與 CRT的掃描信號調(diào)制后，產(chǎn)生 CRT顯示器所需要的視頻信號，在 CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。 ? 該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的 PC機模塊，一般不需要用戶自己開發(fā)。 ? 輸入設(shè)備有：軟盤驅(qū)動器； ? 輸出設(shè)備有：打印機； ? 輸入 /輸出設(shè)備有：磁盤驅(qū)動器、磁帶機。因此，數(shù)控裝置中計算機系統(tǒng)的合理選用是至關(guān)重要的。 電子盤是數(shù)控裝置特有的存儲模塊。 ? ②存儲器的種類。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 前兩類一般用作外存儲器，其特點是容量大，價格低。若按其讀寫性能來看，它又可分為三類： ? 只讀存儲元件 （ ROM、 PROM、 EPROM、E2PROM）。用于固化調(diào)試通過了的系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)固有的參數(shù)。 特點是可以隨時對數(shù)據(jù)進行讀寫操作，一旦掉電存儲信息將會丟失。 ? 非易失性讀寫存儲元件 。主要用作存放系統(tǒng)的配置參數(shù)，零件加工程序。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 在數(shù)控系統(tǒng)中，常采用電子存儲器件作為外存儲器，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，而電子存儲器件的抗電磁干擾能力相對來講要強一些。常用 USB接入，外存儲器又稱為 U盤。目前 U盤容量可達幾個 GB。 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：一類是對各坐標(biāo)軸的速度和位置的 “ 軌跡控制 ” ；一類是對設(shè)備動作的 “ 順序控制 ” 。 ? PLC模塊：數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)順序控制的模塊。 ? 數(shù)控系統(tǒng)與被控設(shè)備交換的信息有三類： 開關(guān)量信號、模擬量信號、脈沖量信號。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 信號變換處理的目的是： ? 進行信號轉(zhuǎn)換，以滿足數(shù)控系統(tǒng)的輸入輸出要求。 ? 因此，設(shè)備輔助控制接口模塊必須能完成兩個任務(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現(xiàn)方式有： ? ①簡單 I /O接口板。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)理電路對輸入信號進行整形濾波等處理。這是目前數(shù)控系統(tǒng)采用最為廣泛的一種方式。數(shù)控機床用的 PLC 一般分為兩類： ? 內(nèi)裝型（ Builtin Type ） PLC（或集成式、內(nèi)含式） ? 獨立型（ 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 ? 位置控制模塊是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實現(xiàn)軌跡控制時， CNC 裝置與伺服驅(qū)動系統(tǒng)連接的接口模塊。 ? 常用的位置控制模塊有： ? 開環(huán)位置控制模塊： CNC 裝置與步進電機驅(qū)動電源的接口； ? 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)動裝置的接口。如： 仿形控制器接口；激光加工焦點自動跟蹤器接口；刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號采集器接口板。 ? 多主結(jié)構(gòu)的特點： ? 能實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。 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 ? 共享存儲器結(jié)構(gòu)型。采用總線仲裁機構(gòu) ( 電路 ) 來裁定多個模塊同時請求使用系統(tǒng)總線的競爭問題。 ? 共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對較低、可靠性高； ? 共享總線結(jié)構(gòu)的缺點： 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。 ? 由于多端口存儲器設(shè)計較復(fù)雜，而且對兩個以上的主模塊，會因爭用存儲器可能造成存儲器傳輸信息的阻塞，所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端口存儲器（雙端口 RAM）。 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)軟件是一個典型而又復(fù)雜的實時系統(tǒng)，它的許多控制任務(wù)，如零件程序的輸入與譯碼、刀具半徑的補償、插補運算、位置控制以及精度補償?shù)榷际怯绍浖崿F(xiàn)的。 上一頁 下一頁 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)。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 但是，硬件和軟件在實現(xiàn)這些功能時各有不同的特點： ? ，但靈活性差，實現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。 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實現(xiàn)，哪些功能由硬件來實現(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。 ? 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。 ? 如 圖 229所示為 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 。 ? 該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來描述一個程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。 ? 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。刀補處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的程序。 ? ⑵根據(jù)刀具半徑 R和刀具半徑補償?shù)姆较颍?G41/G42），計算刀具中心軌跡的終點坐標(biāo)值； ? ⑶根據(jù)本段和前段連接關(guān)系，進行段間連接處理。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 3. 速度預(yù)處理 （ 插補預(yù)處理） ? 速度預(yù)處理 主要功能是： 根據(jù)加工程序給定的進給速度，計算在每個插補周期內(nèi)的合成移動量，供插補程序使用。 ?該數(shù)據(jù)供插補程序判斷減速起點和終點之用。 ? 以上兩步有時統(tǒng)稱為 插補預(yù)處理。 ? 插補程序的主要功能： ?⑴計算插補周期的實際合成位移量： △ L1=△ L*修調(diào)值 ?⑵ 分解 △ L1 → （ △ X △ Y1） 將 △ L1按插補的線形（直線，圓弧等）和本插補點所在的位置分解到各個進給軸，作為各軸的位置控制指令（ △ X △ Y1）。 ? 插補模塊以系統(tǒng)規(guī)定的插補周期 △ t定時運行。 ? 如 圖 230 所示為位置控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) f（ *） 插補輸出 △ X1△ Y1 指令位置 X1新