第五章 计算机数控装置原理

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1、第五章计算机数控装置原理第一节计算机数控装置系统概述一、CNC装置的功能和特点计算机数控装置是数控机床的核心。它是借助于微机结合必要的硬件构成的装置。这种数控装置替代了早期的纯硬件式数控装置。以前，我们称数控装置为MNC，现在我们统称为CNC，即ComputerNumericallyControlledsystem.计算机数控装置即是由电子计算机来承担用户程序的输入、预处理、插补运算及输出控制、反馈控制、参数显示等任务的数控装置。CNC区别于早期的NC。无论在控制性能上还是编辑操作方面，其功能都远远多于早期的NC。CNC的主要功能：1.承担加工程序的输入及编辑。2.能识别和运行多种国际上标准化

2、的指令代码C随着CNC的发展，这些加工指令代码越来越多。3.能提供高性能的进给控制功能。4.人机对话相当方便。5.能进行多机通讯及DNC的加工。6.具备一定的故障诊断、反馈控制功能。以上这些功能仅仅是CNC功能的主要部分。随着现代数控的发展，很多新的功能将不断增加及完善。CNC装置的特点即主要由计算机来承担数控机床的控制部分。二、CNC数控系统基本工作过程自从20世纪70年代开始，随着计算机技术不断发展，计算机数控装置从硬件结构上发生了一系列的变化，但它的组成原理基本相似，如图5-1。下面将各部分的作用简介如下：1.显示器是在数控装置运行时用来显示坐标值参数及指令代码、功能码等。在一些高中档数

3、控装置上可以作加工零件的图形显示等。2.计算机板是数控装置的核心。通常是由高速CPU组成的计算机系统或由多CPU构成的分布式系统。主要承担数控装置的基本控制及用户程序的译码、插补、反馈控制、输出控制等任务。3.键盘、开关键盘通常用来编程及操作。开关为功能开关，用于转换数控装置的工作状态。4.I/O接口主要作为数控装置的基本输入输出接口，用于进给轴伺服控制的输出、机械手的控制信号输出、主轴变速的控制信号的输出、刀架控制信号的输出及进给反馈信号的输入及刀架机械手到位信号的输入等。5.机内PLC为机内的可编程控制器。它通过数控装置的键盘进行编程，主要用来对复杂的数控机床的开关量深入输出进行控制。6.

4、通讯口为数控装置联系及传送加工程序，同时也满足DNC和FMS的要求。它一般以串行方式进行通讯。7.位控驱动器通常不属于数控装置本身。但随着高可靠性数控装置的不断发展，制造商为了提高整体的可靠性，向免维修方向发展，也把位控驱动器功放部分包括在数控装置的范围内。8.反馈传感器ID、执行电机、反馈链、刀架机械手、主轴均不属数控装置的范围。但它们与数控装置一起构成数控系统。第二节CNC数控装置的一般结构CNC的硬件结构一般分为两类：一类是单CPU结构；另一类为多CPU结构。CNC的软件结构一般也分为两大类：一类是前后台型；另一类为中断型。硬件和软件的结合才能真正构成CNC装置，才能发展CNC的各项功能

5、。（有人把硬件比作躯体，把软件比作灵魂。）下面从硬件和软件两个方面来介绍CNC的基本结构。一、硬件结构我们先从原理上来说明。对于一些比较特殊的结构，如机内PLC装置及外存储器等可以专门叙述。1.单CPU形式（如图5-2所示）各部分作用如下：（1）CPU组件是整个数控装置的核心，包括CPU、时钟、总线驱动及地址译码，它是一个最基本的单元。图5－2单微处理器结构CNC框图（2）显示、键盘是CNC人机对话的基本部件。它的特点是显示器与键盘往往做在一个面板上，并且键盘较标准键盘少，只用一些数控语言所用的键。对于现代化CNC，一些产品的键盘采用了触摸屏键，提高了可靠性。（3）控制器接口，实际上是对CNC

6、的控制、检测对象专门设置的接口。（4）RAM、ROM为CNC的系统组件。RAM存放各种数据及用户软件（加工程序等）。（5）开关量/数据量输入是一个开关量及数字量输入的匹配器，它把机床的各种开关量信号（如刀架回答信号）及各种数字信号（如装置反馈信号）转换成符合控制器接口的输入电压的工作范围。（6）开关量输出是把控制器接口信号转换成机床开关量输入信号的各种范围。（7）速控单元在这里是指进给电机、主轴电机的控制转换器。它对不同的进给电机、主轴电机采用不同的速控单元。（8）位换单元是进给电机的驱动部件。也可以作为带准停功能主轴电机的驱动部件。对于不同的伺服电机及驱动部件是不一样的。在订购CNC装置时，

7、必须说明是何种驱动装置。2.多CPU结构多CPU主要根据各部分的工作特征而设计成多个CPU控制。这种方式的优点为：①在同样的性能下降低了CPU的负担，既可以用较低档的CPU完成高性能的控制。②从便于分块开发的生产经营的角度看便于边生产边改进。③适于多人开发，可以快出产品。多CAN结构的一般形式如图5-3所示，下面分别介绍如下：(1)主CPU板主要是完成系统的管理及实时插补运算，它是整个数控装置的核