数控机床与数控系统 教学课件 作者 陈子银 第3章-计算机数控系统.ppt

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1、第3章计算机数控系统数控系统的组成与基本原理3.1数控系统的硬件结构3.2数控系统的软件结构3.3数控系统的插补原理3.4典型数控系统介绍3.53.1数控系统的组成与基本原理3.1.1数控系统的组成从外部特征来看，数控系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成，如图3.1所示。数控系统的控制精度很大程度上取决于硬件，而数控系统的功能很大程度上取决于软件。图3.1数控系统构成框图从结构上来看，数控系统由操作面板、输入/输出装置、计算机数控装置、伺服单元、驱动装置、可编程逻辑控制器（PLC）等组成，其相互关系如图3.2所示。图3.2

2、计算机数控系统组成及相互关系1．操作面板操作面板是操作人员与机床数控系统进行信息交流的工具，它由按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘类似）和显示器组成。2．输入/输出装置输入装置的作用是将程序载体上的数控代码变成相应的数字信号，传送并存入数控装置内。通常采用的通信方式如下。（1）串行通信（RS232等串行通信接口）。（2）自动控制专用接口通信（DNC和MAP等）。（3）利用网络技术通信（Internet和LAN等）。3．计算机数控装置数控装置是计算机数控系统的核心，它包括微处理器（CPU）、存储器、局部总线、外围逻辑电路及与数控系统其他组成

3、部分联系的接口及相应控制软件。4．伺服单元伺服单元分为主轴伺服和进给伺服，分别用来控制主轴电动机和进给电动机。5．驱动装置驱动装置将伺服单元的输出变为机械运动，它与伺服单元一起是数控装置和机床传动部件间的联系环节，它们有的带动工作台，有的带动刀具，通过几个轴的综合联动,使刀具相对于工件产生各种复杂的机械运动，加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。6．可编程控制器可编程控制器（PLC）采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出信号，控制各种类型的机械设备和生产过程

4、。3.1.2数控系统的特点1．灵活性2．通用性3．可靠性4．易于实现许多复杂的功能5．使用维修方便3.1.3数控系统的基本原理数控系统的生产厂家编制好数控系统控制软件（也称为系统程序）后，都要把它固化在ROM（EPROM）中，系统接上电源后即自动由CPU按照此固化的程序运行。3.2数控系统的硬件结构3.2.1数控系统的硬件类型数控系统的硬件结构，若按其中含有CPU的多少来分，可分为单机系统和多机系统。1．单机系统单机系统是指整个数控系统只有一个CPU，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能。其特点是投资小、结构简单、易

5、于实现，但系统功能受到CPU字长、数据宽度、寻址能力、运算速度等因素的限制。2．多机系统多机系统是指整个数控系统中有两个或两个以上的CPU，也就是系统中的某些功能模块自身也带有CPU。（1）主从结构系统。在该系统中只有一个CPU（通常称为主CPU）对系统的资源（系统存储器、系统总线）有控制和使用权，而其他带有CPU的功能部件（通常称之为智能部位），则无权控制和使用系统资源。（2）多主结构系统。在该系统中有两个或两个以上的带有CPU的功能部件对系统资源有控制或使用权。（3）分布式结构系统。该系统有两个或两个以上的带有CPU的功能模块，每个功能模块有

6、自己独立的运行环境（系统总线、存储器、操作系统等），功能模块间采用松耦合，即在空间上可以较为分散，各模块间采用通信方式交换信息。3.2.2单机或主从结构模块的硬件介绍图3.3单机或主从结构的数控系统硬件结构下面我们从功能方面来讨论图3.3所示数控系统中各硬件模块的作用。1．计算机主板和系统总线（母板）（1）计算机主板。计算机主板是数控系统的核心，数控系统的计算机系统在功能上完全与标准的PC一样，各硬件模块也均与PC总线标准兼容。计算机主板的主要作用是对输入到CNC装置中的各种数据、信息（零件加工程序、各种I/O信息等）进行相应的算术和逻辑运算，

7、并根据其处理结果，向各功能模块发出控制命令，传送数据，使加工指令得以执行。（2）系统总线（母板）。它是由一组传送数字信息的物理导线组成，是计算机系统内部（数控系统内部）进行数据或信息交换的通道，从功能上来讲，它可分为以下3种。①数据总线。②地址总线。③控制总线。2．显示模块(显示卡)在数控系统中，CRT显示是一个非常重要的功能，它是人机交流的重要媒介，它给用户提供了一个直观的操作环境，可使用户能快速地熟悉适应其操作过程。显示卡的主要作用是接收来自CPU的控制命令和显示用的数据，经与CRT的扫描信号调制后，产生CRT显示器所需要的视频信号，在CRT

8、上产生所需要的画面。3．输入/输出模块它是数控系统与外界进行数据和信息交换的接口板，即数控系统通过该接口可以从输入设备获取数据，也可以将