第三章-cnc系统的软硬件结构

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1、第三章CNC系统的软硬件结构第一节概述第二节CNC装置的硬件结构一、CNC装置的硬件构成二、单微处理器结构三、多微处理器结构第三节CNC装置的功能及特点一、CNC装置的功能二、CNC装置的特点第四节CNC装置的软件结构一、CNC装置的多任务并行处理二、CNC装置的软件结构第一节概述数控机床在数控系统的控制下，自动地按给定的程序进行机械零件的加工。数控系统是由用户程序、输入输出设备、计算机数字控制装置（CNC装置）、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成的一个系统。CNC系统的核心是CNC装置，CN

2、C装置的性能决定数控系统的性能。CNC装置主要用于控制机床的运动,完成各种曲线轮廓的加工。不论进行哪种曲线加工，CNC装置都执行同一基本流程，即首先读取零件程序，再进行程序段的译码和预处理，然后根据程序段指令，进行插补计算和位置伺服控制。下图为CNC装置的基本控制流程。输入译码、预处理插补位置控制电机第二节CNC装置的硬件结构CNC装置是数控加工用专用计算机，除具有一般计算机结构外，还有与数控机床功能有关的功能模块结构和接口单元。CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一

3、不可。软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由零件加工程序的输入输出程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成。一、CNC装置的硬件构成CNC装置的硬件主要由中央处理单元、各类存储器、输入输出接口、位置控制以及其它各类接口组成。各组成部分的作用如下：㈠中央处理单元(CPU)它的作用是实施对整个系统的运算、控制和管理。㈡存储器存储器是用来储存系统软件、零件加工程序以及运算的中间结果等。㈢位置控制主要完成对主轴驱动的控制，以便完成速度控制；通

4、过对伺服系统对坐标轴的运动实施控制。㈣输入输出接口主要用来交换数控装置与外部之间的往来信息。㈤MDI/CRT接口完成手动数据输入和将信息显示在CRT上。图3-2CNC装置硬件构成CPUEPROMRAM输入接口输出接口MDICRT接口位置控制其它接口磁带或磁盘机接口总线二、单微处理器结构CNC装置硬件结构一般分为单微处理器结构和多微处理器结构。在单微处理器结构的CNC装置中，只有一个微处理器，因此多采用集中控制，分时处理的方式完成数控机床的各项任务。有的CNC装置虽然有两个或两个以上的微处理器，但其中只有一个微处理器

5、能够控制系统总线资源，而其它微处理器不能控制系统总线，不能访问主存储器，只能成为一个专用的智能部件，他们组成主从结构，故也属于单微处理器结构。单微处理器CNC装置组成框图如下图所示。图3-5单微处理器CNC装置组成框图总线CPUEPROMRAMMDI/CRT接口PLC纸带阅读机接口I/O接口位置控制穿孔机、电传机接口通信接口数控面板CRT纸带阅读机纸带穿孔机电传机机床速度控制单元M㈠单微处理器CNC装置组成硬件的作用⒈微处理器微处理器是CNC装置的核心，由于所有数控功能都由一个CPU来完成，因此CNC装置的功能受微

6、处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。为了提高处理速度，增强数控功能，常采用以下措施：⑴采用协处理器；⑵由硬件完成一部分插补工作；⑶采用带有微处理器的PLC和CRT等智能部件。经济型CNC装置常采用8位的微处理器芯片或采用单片机芯片(8位或16位)作为微处理器，一般CNC装置通常采用16位或32位微处理器芯片。现在的CNC装置都采用64位微处理器芯片。2.总线总线是由物理导线构成，从功能上说，一般可以分为三组。(1)数据线：这一组线为各部件之间传输数据，线的根数与传送的数据宽度相等，它总是并行地一

7、次传送n位宽度的一个字，采用单向线。(2)地址线：这一组线上传输的是地址信号，与数据线结合使用，以确定数据总线上传输的数据来源或目的地，采用单向线。(3)控制线：这一组线上传输的是管理总线的某些控制信号，如数据传输的读写控制、中断复位及各种确认信号，采用单向线。3.存储器存储器是用来存放数据、参数和程序的。(1)CNC装置的系统程序存放在只读存储器EPROM中，即使断电，程序也不会丢失。常用的EPROM有：2716、2732、2764、27128、27256、27010等。(2)运算的中间结果存放在随机存储器RAM

8、中，它可以随机读写，但断电后信息随即消失。(3)零件加工程序、数据和参数存放在有后备电池的RAM中，或是磁泡存储器中，能随机读取，操作或修改并且断电后，信息仍保存。4.PLCPLC用以代替传统的机床强电继电器逻辑控制。通过程序进行逻辑运算来实现M、S、T功能的译码与控制。PLC有内装型和独立型两种。内装型PLC是CNC装置的一个部件，可以共享CNC装置的CP