数控系统基本组成
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数控系统的基本组成 本节提要：
本节主要介绍数控机床的数控系统硬、软件组成、 分类及特点功能。
数控系统的组成
数控系统是数控机床的核心部分，是整个数控机床的
运算中心和控制中心，其性能的好坏直接决定了数控机床
的整体性能,数控系统由硬件部分和软件部分组成。
1.数控系统的硬件组成：
数控系统的硬件：
1. 微机基本系统、 2. 人机对话界面接口、 3. 通信接口、 4. 进给轴控制接口、 5. 主轴控制接口 6. 辅助控制接口等 。
华中数控系统操作面板
广州数控系统操作面板
手摇脉冲发生 器
⑶通信接口
通常数控系统均具有标准的RS232C串行通信 接口，因此与外设以及上级计算机连接很方便。
⑷进给轴控制接口
实现进给轴的位置控制包括三方面的内 容：进给速度控制、插补运算和位置闭环控 制。插补方法分为基准脉冲法与数据采样法。 基准脉冲法就是数控系统系统每次插补的结 果以脉冲的形式提供给位置控制单元，这种 插补方法进给速度与控制精度较低，主要应 用于开环数控系统。
多微处理器系统的组成
多微处理器系统的CNC装置中有两个或两个 以上带CPU的功能部件可对系统资源（存储器、 总线）有控制权和使用权。它们又分为多主结 构和分布式结构。多主结构是指带CPU的功能 部件之间采用紧耦合方式联结，有集中的操作 系统用总线仲裁器解决总线争用通过公共存储 器交换系统信息。
1．多微处理器系统特点
（1）计算处理速度高 （2）可靠性高 （3）有良好的适应性和扩展性 （4）硬件易于组织规模生产
2. 多微处理器系统的基本功能模块
（1) CNC管理模块 （2）存储器模块 （3）CNC插补模块 （4）位置控制模块 （5）操作和控制数据输入输出和显示模块 （6） PLC模块
计算机数控系统组成框图
⑴微机基本系统
通常微机基本系统： CPU、（数据运算
存储器、
I/O接口、 定时器、中断控制器等几个主要部分组成。
存储器
图 2-6 半导体存储器的分类
I/O接口（输入/输出接口）
⑵人机界面接口
数控系统的人机界面包括以下四部分：
①键盘(MDl)：用于加工程序的编制以及参数的输入等。 ②显示器(CRT)：用于显示程序、数据以及加工信息等。 ③操作面板：用于对机床进行操作。 ④手摇脉冲发生器(MPG)：通过手摇控制机床运动。
现代数控系统中采用可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller--PLC）来实现开关量及其逻辑关系的控制。PLC是由计算机 简化而来的，为了适应顺序控制的要求，PLC省去了计算机的一些数字运 算功能，强化了逻辑运算功能，是一种介于继电器控制和计算机控制之 间的自动控制装置。PLC的最大特点是，其输入输出量之间的逻辑关系是 由软件决定的，因此改变控制逻辑时，只要修改控制程序即可，是一种 柔性的逻辑控制装置。另外PLC能够控制的开关量数量要比 RLC多，能实 现复杂的控制逻辑。由于减少了硬件线路，控制系统的可靠性大大提高。 6．数控装置中的PLC 数控装置中的 PLC 有两种类型：内装型 PLC 和独立型 PLC 。内装型 PLC是指PLC包含在数控装置当中，PLC与数控功能模块间的信号传送在 数控装置内部实现，PLC与机床间的信号传送则通过输入/输出接口电路 实现，如图4-25所示。
要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱
动系统失步。
⑷管理程序
管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算 等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程
序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中
断进行处理。
⑸诊断程序
诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的 故障，并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发 生后，检查系统各主要部件（CPU、存储器、接口、 开关、伺服系统等）的功能是否正常，并指出发生故 障的部位。
CNC系统中的微处理器
1．单微处理器系统的组成和特点 单微处理器系统的CNC装置的特点是整个CNC装 置中只有一个CPU，通过该CPU来集中管理和控制整 个系统的资源（包括存储器、总线），并通过分时处 理的方法，实现各种数控功能。有些CNC装置中，虽 然有两个或两个以上的CPU，但只有一个CPU对系统 的资源拥有控制权和使用权，该CPU称为主CPU，其 它CPU（称为从CPU）无权控制和使用系统资源，只 能接受主CPU的控制命令和数据，或向主CPU发请求 信号以获取所需要的数据，从而完成某一辅助功能， 该结构称为主从结构，也可归为单机结构。
上：内置型PLC 右：独立型PLC
2.数控系统的软件组成
数控系统系统软件是为实现数控系统系统各 项功能所编制的专用软件，也叫控制软件。
1. 输入数据处理程序、
2.插补运算程序、
3.速度控制Hale Waihona Puke Baidu序、
4.管理程序 5.诊断程序。
⑴输入数据处理程序
它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的
加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格
式存放。
⑵插补运算程序
数控系统系统根据工件加工程序中提供的数据， 如曲线的种类、起点、终点等进行运算。根据运算 结果，分别向各坐标轴发出进给脉冲，这个过程称 为插补运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或 刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。
⑶速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的 频率，以保预定的进给速度。在速度变化较大时，需
⑹MST控制接口
数控系统的MST功能是通过开关量输入／输出接 口完成(除S模拟量输出外)。数控系统所要执行的MST 功能，通过开关量输出接口送至强电箱，而机床与强
电侧的信号则通过开关量输入接口送至数控系统。因
为MST功能的开关量控制逻辑关系复杂，在数控机床 中大量采用PLC可编程控制器来实现MST功能。
⑸主轴控制接口
主轴S功能可分为无级变速、有级变速和分段
无级变速三大类。当数控机床配有主轴驱动装置
时，可利用系统的主轴控制接口输出模拟量进行 无级变速，否则需用MST接口实现有级变速。为 提高低速输出转矩，现代数控机床多采用分段无 级变速。主轴的位置反馈主要用于螺纹切削功能、
主轴准停功能以及主轴转速监控等。
本节主要介绍数控机床的数控系统硬、软件组成、 分类及特点功能。
数控系统的组成
数控系统是数控机床的核心部分，是整个数控机床的
运算中心和控制中心，其性能的好坏直接决定了数控机床
的整体性能,数控系统由硬件部分和软件部分组成。
1.数控系统的硬件组成：
数控系统的硬件：
1. 微机基本系统、 2. 人机对话界面接口、 3. 通信接口、 4. 进给轴控制接口、 5. 主轴控制接口 6. 辅助控制接口等 。
华中数控系统操作面板
广州数控系统操作面板
手摇脉冲发生 器
⑶通信接口
通常数控系统均具有标准的RS232C串行通信 接口，因此与外设以及上级计算机连接很方便。
⑷进给轴控制接口
实现进给轴的位置控制包括三方面的内 容：进给速度控制、插补运算和位置闭环控 制。插补方法分为基准脉冲法与数据采样法。 基准脉冲法就是数控系统系统每次插补的结 果以脉冲的形式提供给位置控制单元，这种 插补方法进给速度与控制精度较低，主要应 用于开环数控系统。
多微处理器系统的组成
多微处理器系统的CNC装置中有两个或两个 以上带CPU的功能部件可对系统资源（存储器、 总线）有控制权和使用权。它们又分为多主结 构和分布式结构。多主结构是指带CPU的功能 部件之间采用紧耦合方式联结，有集中的操作 系统用总线仲裁器解决总线争用通过公共存储 器交换系统信息。
1．多微处理器系统特点
（1）计算处理速度高 （2）可靠性高 （3）有良好的适应性和扩展性 （4）硬件易于组织规模生产
2. 多微处理器系统的基本功能模块
（1) CNC管理模块 （2）存储器模块 （3）CNC插补模块 （4）位置控制模块 （5）操作和控制数据输入输出和显示模块 （6） PLC模块
计算机数控系统组成框图
⑴微机基本系统
通常微机基本系统： CPU、（数据运算
存储器、
I/O接口、 定时器、中断控制器等几个主要部分组成。
存储器
图 2-6 半导体存储器的分类
I/O接口（输入/输出接口）
⑵人机界面接口
数控系统的人机界面包括以下四部分：
①键盘(MDl)：用于加工程序的编制以及参数的输入等。 ②显示器(CRT)：用于显示程序、数据以及加工信息等。 ③操作面板：用于对机床进行操作。 ④手摇脉冲发生器(MPG)：通过手摇控制机床运动。
现代数控系统中采用可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller--PLC）来实现开关量及其逻辑关系的控制。PLC是由计算机 简化而来的，为了适应顺序控制的要求，PLC省去了计算机的一些数字运 算功能，强化了逻辑运算功能，是一种介于继电器控制和计算机控制之 间的自动控制装置。PLC的最大特点是，其输入输出量之间的逻辑关系是 由软件决定的，因此改变控制逻辑时，只要修改控制程序即可，是一种 柔性的逻辑控制装置。另外PLC能够控制的开关量数量要比 RLC多，能实 现复杂的控制逻辑。由于减少了硬件线路，控制系统的可靠性大大提高。 6．数控装置中的PLC 数控装置中的 PLC 有两种类型：内装型 PLC 和独立型 PLC 。内装型 PLC是指PLC包含在数控装置当中，PLC与数控功能模块间的信号传送在 数控装置内部实现，PLC与机床间的信号传送则通过输入/输出接口电路 实现，如图4-25所示。
要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成驱
动系统失步。
⑷管理程序
管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算 等为加工过程服务的各种程序进行调度管理。管理程
序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的中
断进行处理。
⑸诊断程序
诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的 故障，并指出故障的类型。也可以在运行前或故障发 生后，检查系统各主要部件（CPU、存储器、接口、 开关、伺服系统等）的功能是否正常，并指出发生故 障的部位。
CNC系统中的微处理器
1．单微处理器系统的组成和特点 单微处理器系统的CNC装置的特点是整个CNC装 置中只有一个CPU，通过该CPU来集中管理和控制整 个系统的资源（包括存储器、总线），并通过分时处 理的方法，实现各种数控功能。有些CNC装置中，虽 然有两个或两个以上的CPU，但只有一个CPU对系统 的资源拥有控制权和使用权，该CPU称为主CPU，其 它CPU（称为从CPU）无权控制和使用系统资源，只 能接受主CPU的控制命令和数据，或向主CPU发请求 信号以获取所需要的数据，从而完成某一辅助功能， 该结构称为主从结构，也可归为单机结构。
上：内置型PLC 右：独立型PLC
2.数控系统的软件组成
数控系统系统软件是为实现数控系统系统各 项功能所编制的专用软件，也叫控制软件。
1. 输入数据处理程序、
2.插补运算程序、
3.速度控制Hale Waihona Puke Baidu序、
4.管理程序 5.诊断程序。
⑴输入数据处理程序
它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的
加工指令和数据进行译码、数据处理，并按规定的格
式存放。
⑵插补运算程序
数控系统系统根据工件加工程序中提供的数据， 如曲线的种类、起点、终点等进行运算。根据运算 结果，分别向各坐标轴发出进给脉冲，这个过程称 为插补运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或 刀具作相应的运动，完成程序规定的加工任务。
⑶速度控制程序
速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的 频率，以保预定的进给速度。在速度变化较大时，需
⑹MST控制接口
数控系统的MST功能是通过开关量输入／输出接 口完成(除S模拟量输出外)。数控系统所要执行的MST 功能，通过开关量输出接口送至强电箱，而机床与强
电侧的信号则通过开关量输入接口送至数控系统。因
为MST功能的开关量控制逻辑关系复杂，在数控机床 中大量采用PLC可编程控制器来实现MST功能。
⑸主轴控制接口
主轴S功能可分为无级变速、有级变速和分段
无级变速三大类。当数控机床配有主轴驱动装置
时，可利用系统的主轴控制接口输出模拟量进行 无级变速，否则需用MST接口实现有级变速。为 提高低速输出转矩，现代数控机床多采用分段无 级变速。主轴的位置反馈主要用于螺纹切削功能、
主轴准停功能以及主轴转速监控等。