第1章数控系统的组成

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1、第5章数控系统的组成5.1经济型数控系统5.2标准型数控系统5.3数控系统中的通信接口5.4FANUC数控系统5.5Siemens数控系统5.6开放式数控系统思考与练习5.1经济型数控系统5.1.1经济型数控系统的组成经济型数控系统根据其应用场合不同，功能有所区别，但其总体结构大致相同。图5-1所示为经济型数控系统的一般结构，主要由以下几个部分构成：图5-1经济型数控系统一般结构（1）微机:主要包括CPU、EPROM、RAM、I／O接口等电路。（2）驱动:由步进驱动装置与步进电动机构成。在经济型数控系统中步进电动机一般为功率式步进

2、电动机。（3）开关量控制电路:负责机床侧I/O开关及机床操作面板与微机的连接，涉及到M、T、S指令的执行。（4）主轴控制：由主轴电动机及主轴驱动装置组成。（5）通信接口:一般指RS－232C接口，完成数控系统与微机的通信。（6）软件系统:由系统软件与应用软件构成。5.1.2微机系统1.微机机型的选取经济型数控系统常采用单片机为主控微机，如Intel公司的8031、8098等。就当前情况来看，经济型数控系统选择8098较为经济合理，因其运算速度是8031的5～6倍。但8031位处理功能很强，很适合于开关量控制。2.存储器的扩充存储器可分为

3、数据存储器与程序存储器，一般程序存储器主要存放系统的监控程序与控制程序，用户无需修改，常采用EPROM存储器，如2764或27256等芯片。数据存储器用来存放用户程序、中间参数、运算结果等，常采用6264或62256等芯片。3.I／O接口电路常用并行接口芯片8255A来扩展系统I／O口的点数，用8279来控制键盘／显示，至于定时/计数器与中断系统，一般由单片机本身的资源提供。4.辅助电路辅助电路主要包括驱动电路、译码电路、复位电路等。驱动电路主要采用单向驱动芯片244与双向驱动芯片245；译码电路主要包括三—八译码器138；复位电路主要有上电

4、复位与按钮复位或二者的组合复位电路。5.1.3外围电路1.I／O通道I／O通道要充分考虑电平匹配、缓冲/锁存及信号隔离等因素，以防止信号的丢失及干扰的引入。一般对信号的隔离常采用光电隔离，该隔离方式设计简单，成本较低而且信号隔离也较为可靠，图5-2和图5-3所示为常用的带光电隔离的输入电路与输出电路。图5-2开关量输入电路(a)弱电接点输入电路;(b)强电接点输入电路图5-3开关量输出电路(a)继电器输出;(b)大功率晶体管或双向晶闸管输出2.步进电动机的功率驱动步进电动机的驱动主要有高低压驱动、恒流斩波驱动等形式。3.主轴驱动主轴驱

5、动有直流驱动和交流驱动。数控系统中的微机根据数控程序中的S指令，求出主轴转速给定值，并将给定值传送给主轴驱动装置。当采用交流变频方式时，频率给定主要有两种方式，一种为模拟量给定，另一种为数字量给定。当用模拟量给定转速时，可将微机输出的数字量经D／A转换、隔离及放大滤波后送到变频器；当用数字量给定转速时，可直接经8255A输出，经隔离后送至变频器。5.1.4软件结构1.输入数据处理程序(1)输入:主要是指由用户从操作面板上输入控制参数、补偿数据及加工程序，一般均采用键盘直接输入，故软件的作用主要是字符的读取与存放。(2)译码:在输入的加工程序中，

6、含有零件的轮廓信息、要求的加工速度及一些辅助信息(如主轴正、反转、停、换刀、切削液开、关等)，这些信息在微机进行插补运算与控制操作之前必须翻译成机器所能识别的代码，即译码，在软件设计时常采用编译方式来完成译码。(3)数据处理:主要包括刀具补偿、速度计算及辅助功能的处理等。2.插补运算程序插补运算是实时性很强的程序，而且算法较多，应根据系统的需要选择合适的算法，力争达到最优化地实现各坐标轴脉冲的分配。3.速度控制程序速度控制是和插补运算紧密相关的，在输入指令中所给的速度一般指各坐标轴的合成速度。速度处理首先要将合成速度分解成各运动坐标方向的分速

7、度，然后再利用软件延时或定时器实现速度的控制。速度控制程序决定着插补运算的时间间隔，插补运算的输出结果控制着各坐标轴的进给。4.系统管理诊断程序(1)管理程序:其实质就是系统监控程序，它主要负责键盘／显示的监控，中断信号的处理及各功能模块的协调。如能实现程序并行处理，则可在插补运算与速度控制的空闲时刻完成数据的输入处理，从而大大提高了程序的实时性。(2)诊断程序：主要包括系统的自诊断(如开机运行前，检查系统上各种部件的功能正常与否)和运行诊断，并能在故障发生后，给出相应的报警信息，帮助维修人员较快地找出故障原因，以利故障诊断和维修。图5-4单

8、片机数控系统组成目前系统选用最通用的MCS-51系列8031单片机，并扩展一片2764EPROM，一片6264SRAM，一片8255A并行I／O口和一