数控系统及工作原理之CNC装置.ppt

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1、数控机床与编程宁波大学机械学院二0一0年第二章数控系统及工作原理第一节概述第二节数控插补原理第三节数控补偿原理第四节位移与速度检测第五节伺服驱动与控制第六节CNC装置第七节CNC系统中的可编程控制器（PLC）第六节CNC装置CNC系统包括CNC装置、PLC和部分输入／输出设备，其核心是CNC装置。CNC装置由硬件和软件构成，软件在硬件的支持下完成所要求的数控功能。一、数控装置硬件结构硬件结构类型按CNC装置中各印制电路板的插接方式，可以分为大板式结构和模块式结构。按CNC装置中微处理器的个数，可以分为单微处理器结构和多微处理器结构。按CNC装置硬件的制造方式，可以分为专用

2、型结构和通用型结构。按CNC装置的开放程度又可分为封闭式结构、PC嵌入NC式结构、NC嵌入PC式结构和软件型开放式结构。（一）大板式结构和模块式结构1．大板式结构由主电路板、位置控制板、PLC板、图形控制板和电源单元等组成，其特征是将主电路做成大块印制电路板，称为主板，其他电路制成小板，可插在大板的插槽内。主板上是控制核心电路，称微机基本系统，由CPU、存储器（ROM和RAM）、定时和中断等控制电路组成。通常还将CNC装置一些特有的功能电路（如位置控制电路）和对外接口也制作在主板上。大板式结构紧凑，可靠性高，但其硬件功能不易变动，柔性低。FANUC6MBCNC系统采用大板式

3、结构。2．模块式结构特点是将整个CNC装置按功能划分为若干个功能模块，每个功能模块按模块化方法做成尺寸相同的印制电路板（称为功能模板），各板均可插接到符合相应工业标准总线的母板插槽内。对应各功能模块的控制软件也是模块化的。常用的功能模板有CPU板、扩展存储器板、位置控制板、PLC板、图形板和通信板等。连接各模板的总线可选用各种工业标准总线，如工业PCI总线、STD总线等。模块化结构的CNC装置设计简单，调试与维修方便，具有良好的适应性和扩展性。FANUC15系列的CNC系统就采用了模块式结构。（二）单微处理器结构和多微处理器结构1．单微处理器结构只有一个CPU，集中控制和管

4、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。优点：投资小，结构简单，易于实现。缺点：系统功能受到CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。在CNC系统发展的初期使用较多，现在已经被多微处理器的主从结构取代。2．多微处理器结构按各CPU之间的关系又分成主从、多主和分布三种不同的结构。（1）主从式结构（2）分布式结构每个CPU都有自己完整和独立的系统，即功能模块。在每个功能模块内，CPU有自己的运行环境（总线、存储器、操作系统等），各功能模块之间采用松耦合，即在空间上可以较分散，通过一条外部通信链路连接在一起，采用通信的方式交换信息和共享资源。（3）多主结

5、构多主结构的多微处理器CNC装置中有两个或两个以上主CPU及其功能模块对系统资源有控制或使用权，这些功能模块之间采用紧耦合，即采用总线互连方式，有集中的操作系统，可共享资源。多个主CPU之间通过总线仲裁器来解决并行总线的争用问题，通过公共存储器来交换信息。典型的有共享总线结构、共享存储器结构。1）功能模块①CNC管理模块：主要完成初始化、中断管理、总线裁决、系统出错识别和处理、系统硬件与软件诊断等功能，负责管理和组织整个CNC装置有条不紊地工作。②CNC插补模块：主要完成插补前预处理和实时插补计算。③位置控制模块：负责对插补输出的指令位置（或位移）和检测反馈的实际位置（或位

6、移）进行比较并获得位置偏差，进行速度和位置控制。④PLC（或PMC）模块：负责对零件程序中的开关量顺序控制指令(S、M、T)、来自机床操作面板的控制信号和机床上各行程开关的信号进行逻辑处理，实现机床的启停、换刀、转台分度、工件计数等功能，以及各功能和操作方式之间的联锁等。⑤输入输出和显示模块：用于零件程序、参数和数据以及各种操作命令的输入输出和各种信息的显示。⑥存储器模块：提供程序和数据存储的存储器以及各功能模块间数据传送用的共享存储器。2）共享总线结构主模块从模块3）共享存储器结构（三）专用型结构和通用型结构1．专用型结构：由各制造厂专门设计和制造，具有布局合理、结构紧凑

7、、专用性强等优点。封闭式的体系结构。如FANUC系统、SIEMENS系统、美国A-B系统等。目前在生产中使用的数控设备大多数都是采用这类CNC装置。2．通用型结构：以工业PC机作为硬件支撑平台，再根据数控功能的需要插入专用控制卡，与数控软件一起构成相应CNC装置。开放性和可维修性好。目前，世界各国都在致力于这类CNC系统的研发。美国ANILAM公司和AI公司生产的CNC装置均属这种类型。（四）封闭式结构、PC嵌入NC式结构、NC嵌入PC式结构和软件型开放式结构1．封闭式结构封闭式结构CNC装置的功能扩展、改变和维修