CNC装置的构成与原理

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1、本章重点：（1）了解CNC系统硬件结构及基本原理，正确理解CNC系统软件功能以及CNC系统工作过程。（2）了解机床对伺服驱动系统控制要求，熟练掌握步进电机、进给电机、主轴电机的工作原理、特性，正确理解交流变频调速控制的工作原理。（3）熟练掌握光栅、光电编码器和旋转变压器的原理与应用。第一节CNC装置的构成与原理一、CNC装置的构成CNC装置由硬件和软件两大部分组成。4二、CNC装置的硬件结构1.单微处理器结构单微处理器结构的CNC装置，由于只有一个微处理器，因此多采用集中控制，分时处理的方式完成数控的各项任务。单微处理器结构的CNC装置分为专用型CNC装置和通

2、用型CNC装置。专用型CNC装置的硬件是由制造厂专门设计和制造的，因此不具有通用性。通用型CNC装置指的是采用工业标准计算机（如工业PC机）构成的CNC装置。（1）微处理器和总线微处理器CPU由运算器及控制器两大部分组成。运算器对数据进行算术运算和逻辑运算，控制器则是将存储器中的程序指令进行译码，并向CNC装置各部分顺序发出执行操作的控制信号，并且接收执行部件的反馈信息，从而决定下一步的命令操作。总线是CPU与各组成部件、接口等之间的信息公共传输线。总线由地址总线、数据总线和控制总线三总线组成。（2）存储器CNC装置的存储器包括只读存储器（ROM）和随机存储器

3、（RAM）两类。CNC装置的系统程序存放在只读存储器EPROM之中。零件加工程序、机床参数、刀具参数等存放在有后备电池的RAM中，断电后，信息仍被保留。数控中各种运算的中间结果，需显示的信息、数据，运行中的状态，标志信息等均放在随机存储器RAM中，它可以随时读出和写入，断电后，信息就消失。（3）位置控制器它主要用来控制数控机床各进给坐标轴的位移量，需要随时把插补运算所得的各坐标位移指令与实际检测的位置反馈信号进行比较，并结合有关补偿参数，适时地向各坐标伺服驱动控制单元发出位置进给指令，使伺服控制单元驱动伺服电动机运转。位置控制是一种同时具有位置控制和速度控制两

4、种功能的反馈控制系统。（4）PLCPLC是用来代替传统机床强电的继电器逻辑控制，利用PLC的逻辑运算功能实现各种开关量的控制。4（5）MDI/CRT接口MDI接口即手动数据输入接口，数据通过操作面板上的键盘输入。CRT接口是在CNC软件配合下，在显示器上实现字符和图型显示。近年来已开始出现平板式液晶显示器（LCD）。（6）I/O接口CNC装置与机床之间的来往信号通过I/O接口电路来传送。（7）通信接口该接口用来与外设进行信息传输，如上一级计算机、其他CNC等。2.多微处理器结构多微处理器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

5、。多微处理器CNC装置一般采用紧耦合结构（有集中的操作系统，共享资源）和松耦合结构（有多重操作系统，可以有效地实现并行处理）。多微处理器CNC装置具有良好的适应性和扩展性，且结构紧凑，可使故障对系统的影响降到最低限度，其运算速度有了很大的提高，因此更适合于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求。三、标准型数控系统的软件结构1.软件结构特点（1）多任务并行处理1）CNC系统的多任务性在许多情况下，管理和控制的某些工作必须同时进行。在单CPU数控系统中，其软件结构采用前后台型和中断型的软件结构；而在多CPU数控系统中，通常是各个CPU分别承担一项任务，然后

6、通过它们之间相互通信、协调工作来完成控制。2）CNC系统的多任务并行处理并行处理是指计算机在同一时刻完成两种或两种以上性质相同或不相同的工作。（2）实时中断处理1）前、后台软件结构的中断模式4前台程序是一个实时中断服务程序，它完成全部的实时功能，如插补、位置控制等；而后台程序即背景程序，其实质是一个循环运行程序，它完成管理及插补准备等功能。2）中断型软件结构的中断模式除了初始化程序之外，系统软件中所有任务模块均被安排在不同级别的中断服务程序中。2.CNC系统软件的工作过程（1）输入CNC系统中的零件加工程序，一般是通过键盘、磁盘或纸带阅读机等方式输入的。（2）

7、译码译码就是将输入的零件程序翻译成本系统所能识别的语言。（3）数据处理数据处理即预计算，通常包括刀具长度补偿、刀具半径补偿、反向间隙补偿、丝杠螺距补偿、进给速度换算和机床辅助功能处理等。（4）插补运算在实际的CNC系统中，常采用软件粗插补，硬件精插补。（5）位置控制将插补计算的指令位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电动机。（6）输出完成伺服控制，反向间隙、丝杠螺距补偿处理及M、S、T辅助功能，还完成CNC与PLC之间的I/O信号处理。（7）管理与诊断主要包括CPU管理与外设管理。小结：通过本节的学习，基本了解CNC系统硬件结构及基本原理，正确理解CN

8、C系统软件功能以及CNC系统工作过程。