机床计算机数控技术-CNC装置及接口

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1、第三章CNC装置及其接口毛军红教授润滑理论及轴承研究所西安交通大学机械工程学院2007年4月机床计算机数控技术概述计算机数控装置，简称为CNC装置，它是CNC系统的核心和中枢。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控制流程：首先读取零件程序（输入），再进行程序段的译码和预处理（刀具补偿处理和进给速度处理），然后根据程序段指令，进行插补计算和位置伺服控制，见图3-1，CNC装置除了执行基本的控制流程外，还应该具有显示、I/O处理及诊断等功能。输入译码、预处理插补位置控制电机图3-1CNC装置的基本控制流程CNC

2、装置的组成大体来讲，CNC装置由硬件和软件两大部分组成。具体地讲，CNC装置的组成为：CNC装置的组成计算机硬件（CPU、存储器、总线、I/O设备等）软件（控制软件和管理软件）可编程控制器（PLC）各种接口一、单微处理器结构的CNC装置二、多微处理器结构的CNC装置第一节CNC装置的硬件结构CNC装置是在硬件的支持下，执行软件来进行工作的，其控制功能在很大的程度上取决于硬件结构。按组成CNC装置的印刷电路板的结构特点和插拔方式的不同，可分为大板式结构和模块化结构两类；按CNC装置内部微处理器的数量，可分为单微处理器和多微处理器结构两类。现代CNC装置多为多微处理器

3、模块化结构。第一节CNC装置的硬件结构一、单微处理器结构的CNC装置单微处理器结构的CNC装置，由一个微处理器CPU通过总线与存储器、PLC、位置控制器及各种接口相连，采用集中控制与分时处理的方式，完成数控各项任务。图3-2中，CPU通过总线与存储器（RAM、EPROM）、PLC、位置控制器及各种接口相连。CPUEPROMRAMMDI/CRT接口PLC串行通信及网络接口数控面板CRT纸带阅读机接口纸带阅读机穿孔机、电传机接口I/O接口位置控制穿孔机电传机机床速度控制单元M图3-2单微处理器CNC装置组成框图一、单微处理器结构的CNC装置所有数控功能（如数据的存取、

4、插补运算、输入/输出控制、位置控制、故障诊断和信息显示等）由一个微处理器完成。有的CNC装置有两个以上的微处理器，但只有一个微处理器能够控制总线，占有总线资源，其它微处理器不能控制总线，不能访问主存储器，只能作为一个智能部件工作，这种构成主从结构的CNC装置，也属于单微处理器结构，也可称之为主从方式的多微处理器结构。一、单微处理器结构的CNC装置多微处理器CNC装置一般采用两种结构型式，即紧耦合和松耦合结构。多微处理器CNC装置多采用模块化结构，每个微处理器分管各自的任务，形成特定的功能单元，即功能模块。由于采用模块化结构，可以采取积木方式组成CNC装置，因此具有

5、良好的适应性和扩展性，且结构紧凑。与单微处理器CNC装置相比，多微处理器CNC装置的运算速度有了很大的提高，它更适合于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的控制要求。二、多微处理器结构的CNC装置模块化结构的多微处理器CNC装置中的基本功能模块一般有以下六种。进一步扩充功能，还可以增加相应的模块。（1）CNC管理模块（2）CNC插补模块（3）位置控制模块（4）存储器模块（5）PLC模块（6）指令、数据的输入输出及显示模块二、多微处理器结构的CNC装置多微处理器CNC装置各模块之间的互连和通信主要采用共享总线和共享存储器两类结构。二、多微处理器结构的CNC装置（1）

6、共享总线结构总线将各模块连在一起，按要求传递信号，实现预定功能。共享总线结构系统配置灵活，结构简单，容易实现。缺点是各主模块使用总线时会引起“竞争”而使信息传输效率降低。（2）共享存储器结构采用多端口存储器来实现各微处理器之间的互连和通信，每个端口都配有一套数据、地址、控制线，以供端口使用访问。二、多微处理器结构的CNC装置第二节CNC装置的软件结构一、前后台型软件结构二、中断型软件结构三、基于实时操作系统的软件结构CNC系统软件包括管理软件和控制软件，系统软件的特点是：多任务并行处理，具有实时性。系统软件由不同功能的程序组成，安排成特定的结构形式，从而协调有序地

7、工作。CNC软件可以设计成不同的结构形式。不同的软件结构，对各任务的安排方式也不同，管理方式也不同。常见的CNC软件结构形式有：CNC装置的软件结构前后台型软件结构中断型软件结构实时操作系统软件结构（发展趋势）一、前后台型软件结构它适用于集中控制的单微处理器CNC装置。根据各程序的实时性强弱，分为实时性强的前台程序（为实时中断程序）和实时性弱的后台程序（主要完成准备工作和管理工作，又称为背景程序）。后台程序循环运行，在运行的过程中，前台程序不断插入，前后台程序相互配合，共同完成数控的各项任务。后台程序通过设定标志，前台程序才能插入，进行插补、位置控制等工作，也就是

8、说，后台程