《机床数控技术(第3版)》第4章数控系统

(2)总线模块化的开放系统结构
特点: 柔性比较高,将CPU、存储器、输入输出控制分别做成插件板 （称为硬件模块），甚至将CPU、存储器、输入输出控制组成独立微型计算 机级的硬件模块，相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。硬、软件 模块形成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的接 口，接口是固定的，成为工厂标准或工业标准，彼此可以进行信息交换。这 种积木式组成CNC系统，使设计简单，有良好的适应性和扩展性，试制周期 短，调整维护方便，效率高。
刀具补偿包括刀 具半径补偿和长度补偿。 其作用是把零件轮廓轨 迹按系统存储的刀具尺 寸数据自动转换成刀位 点相对于工件的移动轨 迹。
4、进给速度处理
其工作是将合成 的运动标 的行程量作准备；另外， 对于机床允许的最低和 最高速度限制，以及自 动加、减速等也在这里
第4章 计算机数控装置
本章内容：
4.1 概 述 4.2 CNC系统的硬件结构 4.3 CNC系统的软件结构 4.4 数控装置的可编程逻辑控制器 4.5 典型数控系统简介 4.6 CNC装置的插补原理
本章教学要求：
1、了解数控装置的基本知识； 2、熟悉数控装置的软、硬件结构、可编程逻辑控制器
(PLC)在数控机床上的应用等； 3、重点熟悉数控装置的插补原理。
3、从CNC系统使用的CPU及结构来分，CNC系统 的硬件结构一般分为单CPU和多CPU结构两大类
初期的数控装置和现在一些经济型数控装置一般采 用单CPU结构，而多CPU结构可以满足数控机床高进给 速度、高加工精度和许多复杂功能的要求，适应于FMS 和CIMS运行的需要，从而得到了迅速的发展，也反映了 当今数控系统的新水平。
处理。
5、插补
从已知起点和终 点的曲线上自动进行 “数据点密化”工作。
6、位置控制
在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置值与实际反馈位置值 进行比较，用其差值控制进给电动机运动。位置控制可由软件完成，也可 由硬件完成。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、坐标方向 的螺距误差补偿和反向间隙补偿等，以提高机床的定位精度。
要是零件加工程序和 刀具补偿参数。输入 方式有操作面板上的 键盘输入、电子手轮 输入、USB接口输入、 RS232C 接 口 输 入 、 DNC接口输入、网络 接口输入等。
2、译码
把程序按一定 的语法规则编译成计算 机能识别的数据形式， 并存放在指定的内存专 用区域。还要进行语法 检查。
3、刀具补偿
CNC操作面板在机床上的安装形式有吊挂式、床头式、 控制柜式、控制台式等多种。
2、从组成CNC系统的电路板的结构看，有大板式结构和模块化结构
(1)大板式结构
特点: 一个系统一般都有一块大板，称为主板。主板上装有主CPU和各 轴的位置控制电路等。其他相关的子板（完成一定功能的电路板），如ROM 板、零件程序存储器板和PLC板都直接插在主板上面，组成CNC系统的核心 部分。由此可见，大板式结构紧凑，体积小，可靠性高，价格低，有很高的 性能／价格比，也便于机床的一体化设计，大板结构虽有上述优点，但它的 硬件功能不易变动，不利于组织生产。
4.2.1 单CPU硬件结构
1、CPU主要完成控制和运算两方面的任务； 2、单CPU结构的数控装置通常采用总线结构 ； 3、数控装置中的存储器包括只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)两种 ； 4、特点：数控装置的所有功能都是通过一个CPU进行集中控制、分时处理来 实现的；该CPU通过总线与存储器、I/O控制元件等各种接口电路相连，构成 数控装置的硬件，结构简单，易于实现；由于只有一个CPU的控制，功能受 字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。
4.2.2 多CPU硬件结构
多CPU结构CNC系统是指在CNC系统中有两个或两个以上的CPU 能控制系统总线或主存储器进行工作的系统结构。
在这种结构中，每个CPU完成系统中规定的一部分功能， 独立执行程序，它比单CPU结构提高了计算机的处理速度。多 CPU结构的CNC系统采用模块化设计。模块间有明确的符合工业 标准的接口，彼此间可以进行信息交换。采用这样的模块化结 构，缩短了CNC系统设计制造周期，并且具有良好的适应性和 扩展性，结构紧凑。多CPU的CNC系统由于每个CPU分管各自的 任务，形成若干个模块，如果某个模块出了故障，其他模块仍 然照常工作。并且插件模块更换方便，可以使故障对系统的影 响减少到最小程度，提高了可靠性，性能价格比高，适合于多 轴控制、高进给速度、高精度的数控机床。
4.2 数控装置的硬件结构
1、从CNC系统的总体安装结构看，有整体式结构和分体式结构两种
所谓整体式结构是把CRT和MDI面板、操作面板以及功 能模块板组成的电路板等安装在同一机箱内。这种方式的优 点是结构紧凑，便于安装，但有时可能造成某些信号连线过 长。分体式结构通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一 个部件，而把功能模块组成的电路板安装在一个机箱内，两 者之间用导线或光纤连接。许多CNC机床把操作面板也单独 作为一个部件，这是由于所控制机床的要求不同, 操作面板 相应地要改变，做成分体式有利于更换和安装。
7、 I/O处理
是CNC系统与机床之间的信息传递和变换的通道。其作用一方面 是将机床运动过程中的有关参数输入到CNC系统中；另一方面是将CNC系 统的输出命令(如换刀、主轴变速换挡、加切削液等)变为执行机构的控制 信号，实现对机床的控制。
8、显示
数控装置的显示主
要是为操作者提供方便， 显 示 装 置 有 LED 显 示 器 、 CRT显示器和LCD显示器， 一般位于机床的控制面板 上。通常有零件程序的显 示、参数的显示、刀具位 置显示、机床状态显示、 报警信息显示等。有的数 控装置还有图形显示，以 及刀具加工轨迹的静态和 动态模拟显示等。
4.1 概 述
4.1.1 CNC系统的组成
CNC系统主要由硬件和软件两大部分组成。其核心是 计算机数字控制装置。它通过系统控制软件配合系统硬件， 合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出 信息，控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求进行自 动加工。
4.1.2 数控装置的工作过程
1、 输入 输入数控装置主