數(shù)控技術(shù)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件技術(shù)

數(shù)控技術(shù)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件技術(shù)第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.1概述3.2計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置的硬件結(jié)構(gòu)3.3CNC裝置的I/O設(shè)備及其接口第三章計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.1概述PC化開(kāi)放化語(yǔ)言高級(jí)化網(wǎng)絡(luò)化交流伺服化功能集成的數(shù)控系統(tǒng)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展人機(jī)接口簡(jiǎn)單化柔性化和系統(tǒng)化小型化高速化低價(jià)化高效化高精度機(jī)械智能化遠(yuǎn)距離診斷維修與預(yù)診斷維修的功能發(fā)展高效率的PLC3.1.1國(guó)內(nèi)外數(shù)控裝置發(fā)展趨勢(shì)第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機(jī)床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能。基本功能——數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備的功能；選擇功能——用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。3.1.2CNC裝置的功能固定循環(huán)功能補(bǔ)償功能字符、圖形顯示功能自診斷功能通訊功能在線自動(dòng)編程功能控制功能準(zhǔn)備功能（G功能）插補(bǔ)功能進(jìn)給功能主軸功能

輔助功能（M功能）刀具管理功能及工作臺(tái)分度功能第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床本體輔助裝置程序輸入設(shè)備輸出設(shè)備數(shù)控裝置（CNC）主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元主軸電機(jī)進(jìn)給電機(jī)強(qiáng)電控制裝置檢測(cè)裝置PLC3.2計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置的硬件結(jié)構(gòu)3.2.1CNC裝置的硬件組成第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.2.2CNC系統(tǒng)部分硬件外形結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置數(shù)控操作面板手搖脈沖發(fā)生器編碼器多軸運(yùn)動(dòng)控制卡PLC第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六K9M銑床數(shù)控系統(tǒng)（立式1）第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六專(zhuān)用型通用型主從結(jié)構(gòu)多主結(jié)構(gòu)單微處理器多微處理器共享總線結(jié)構(gòu)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)CPU數(shù)量3.2.3計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的類(lèi)型模塊結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)按印制板的制造方式分應(yīng)用范圍第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)的CNC裝置硬件結(jié)構(gòu)采用集中控制分時(shí)處理的方式完成數(shù)控功能；第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六以一個(gè)CPU（中央處理器）為核心，CPU通過(guò)總線與存儲(chǔ)器和各種接口相連接，采取集中控制、分時(shí)處理的工作方式，完成數(shù)控加工各個(gè)任務(wù)。單微處理器數(shù)控裝置:一個(gè)微處理器完成所有的功能采用總線結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)功能受限制(系統(tǒng)功能受到CPU字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的限制)現(xiàn)在已被多機(jī)系統(tǒng)的主從結(jié)構(gòu)所取代。第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器，每個(gè)微處理器分別完成不同的子任務(wù)，各子系統(tǒng)間通過(guò)通信（共享總線或共享存儲(chǔ)器）協(xié)調(diào)動(dòng)作，完成數(shù)控任務(wù)。多微處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快容錯(cuò)能力強(qiáng)。第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六多主結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的帶CPU的功能部件對(duì)系統(tǒng)資源有控制和使用權(quán)。模塊間采用緊耦合。分布式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的帶CPU的功能模塊，每個(gè)模塊有獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，模塊間采用松耦合。第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六FANUC系統(tǒng)多機(jī)系統(tǒng)共享總線結(jié)構(gòu)其他外圍設(shè)備I/O接口輔助功能CPU|輸入端|輸出端可編程控制器

CNC插補(bǔ)|位置控制模塊|模塊幾何處理其他功能管理模塊存儲(chǔ)器多機(jī)系統(tǒng)CNC系統(tǒng)并聯(lián)數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)組配靈活、可靠性高第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六美國(guó)GE公司的MTC1-CNC系統(tǒng)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)CNC裝置硬件結(jié)構(gòu)RAM/EPROM反饋信號(hào)收發(fā)器RAM512鍵盤(pán)顯示CPUEPROM512RAMEPROM中央CPU串口和收發(fā)器插補(bǔ)CPU字符發(fā)生器CTRC并行接口反饋脈沖和處理CRT模擬量輸出機(jī)床接口第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六7M系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)CRT/MDI操作面板模塊(CPU)通信模塊(CPU)自動(dòng)編程模塊(CPU)主存儲(chǔ)器模塊通信模塊(CPU)I/O單元驅(qū)動(dòng)伺服單元主軸單元PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊FANUCBUS第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.3CNC裝置的I/O設(shè)備及其接口?電平轉(zhuǎn)換與功率放大?電氣隔離?信號(hào)變換?抗干擾3.3.1CNC裝置I/O接口的作用第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.3.2CNC裝置I/O接口的分類(lèi)按CNC裝置所連接的I/O設(shè)備人機(jī)界面接口：鍵盤(pán)、顯示器、操作面板、手搖脈沖發(fā)生器、紙帶閱讀機(jī)等的接口驅(qū)動(dòng)接口：與進(jìn)給軸和主軸驅(qū)動(dòng)裝置及傳感器的接口輔助功能接口：與PLC的接口通訊及網(wǎng)絡(luò)接口：與外設(shè)及上位系統(tǒng)的接口第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六按CNC裝置I/O

接口的功能與上位系統(tǒng)的接口：與DNC、FMS或CIMS

單元、或上位機(jī)的接口與用戶之間的交互設(shè)備的接口：與鍵盤(pán)、顯示器、操作面板、手搖脈沖發(fā)生器、紙帶閱讀機(jī)等的接口與下位系統(tǒng)的接口：與驅(qū)動(dòng)裝置、傳感器和機(jī)床電器控制器的接口按CNC裝置I/O

信號(hào)的類(lèi)型直流數(shù)字I/O接口（機(jī)床I/O接口、開(kāi)關(guān)量I/O接口）：操作面板、限位開(kāi)關(guān)、強(qiáng)電柜等的接口直流模擬I/O接口：進(jìn)給坐標(biāo)軸和主軸伺服控制的接口交流I/O接口：3.3.2CNC裝置I/O接口的分類(lèi)第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六用戶能將數(shù)控命令、代碼輸入系統(tǒng)系統(tǒng)需具備按程序?qū)^電器、電機(jī)等進(jìn)行控制的能力和對(duì)相關(guān)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行檢測(cè)的能力系統(tǒng)由操作信息提示，用戶能對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)需具有顯示接口電路CNC應(yīng)具有與DNC計(jì)算機(jī)或上級(jí)主計(jì)算機(jī)直接通信的能力或者網(wǎng)絡(luò)通信功能

3.3.3CNC裝置的輸入輸出要求第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3.3.4數(shù)控鍵盤(pán)及其接口電路矩陣式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)行線（0-3）掃描碼D3-D0列線（0-5）返回碼D5-D0與非門(mén)鎖存器273三態(tài)門(mén)244第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六掃描法(列掃描法、行掃描法、行列掃描法)將各行線全置為0→讀入各列線電平1：無(wú)鍵按下0：有鍵按下逐行置0,

其余各行置1→讀入各列線電平1:無(wú)鍵按下0:第i行j列鍵按下矩陣式鍵盤(pán)工作原理（按鍵識(shí)別方法:兩個(gè)識(shí)別）行掃描法第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六行列反轉(zhuǎn)法將各列線全置低電平→讀入各行線電平：若某行電平=0，則為按鍵所在行；

將各行線全置低電平→讀入各列線電平：若某列電平=0，則為按鍵所在列；注意：有無(wú)反相器；掃描碼和返回碼的書(shū)寫(xiě)方式矩陣式鍵盤(pán)工作原理（按鍵識(shí)別方法:兩個(gè)識(shí)別）第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六程控掃描：CPU空閑時(shí)，調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序

定時(shí)掃描：CPU響應(yīng)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器中斷，定時(shí)掃描鍵盤(pán)中斷掃描：有鍵按下時(shí)，CPU響應(yīng)鍵盤(pán)的中斷請(qǐng)求進(jìn)行掃描鍵盤(pán)工作方式(保證CPU及時(shí)響應(yīng)鍵盤(pán)操作，且不過(guò)多占用CPU工作時(shí)間)第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六?按鍵消抖處理3.3.4數(shù)控鍵盤(pán)及其接口電路第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

?顯示器種類(lèi)LCD顯示器（液晶顯示器）3.3.5顯示器及其接口電路CRT顯示器（陰極射線管）顯示字符、圖形；顯示信息量大；便于人機(jī)對(duì)話；亮度高；單顯彩顯功耗小，亮度高，價(jià)格低，控制簡(jiǎn)單LED顯示器（發(fā)光二極管）本身不發(fā)光，功耗小，外加電壓低第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

LED半導(dǎo)體器件(發(fā)光二極管):電→光轉(zhuǎn)換;單向?qū)щ娦?/p>

單個(gè)LED：故障報(bào)警，電源指示等組合LED：8字形、米字形等，顯示字符LED型式LED顯示器（發(fā)光二極管）

LED顯示器結(jié)構(gòu)原理第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)：N個(gè)發(fā)光二極管顯示字段

LED數(shù)碼管字形碼(段代碼)共陰極：各陰極連在一起，公共陰極接地；某管陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，該段被顯示共陽(yáng)極：各陽(yáng)極連在一起，公共陽(yáng)極接正電壓；某管陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，該段被顯示第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

段選線與位選線、段代碼與位代碼LED顯示器（發(fā)光二極管）第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六選定位上的LED顯示塊恒定導(dǎo)通或截止；每位可獨(dú)立顯示不同字符；較小電流，較高亮度；每位占一個(gè)8位I/O口，適于位數(shù)較少。LED顯示器（發(fā)光二極管）顯示方式

靜態(tài)顯示：每位對(duì)應(yīng)段選線并聯(lián)在一起，共用一個(gè)8位I/O口，適于位數(shù)較多；每位輪流短暫接通，周期性循環(huán)。動(dòng)態(tài)顯示：第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

鍵盤(pán)、LED顯示器與單片機(jī)連接鍵盤(pán)掃描碼與顯示器位代碼分時(shí)共用鎖存器，鍵盤(pán)掃描前關(guān)顯示（字形碼即段代碼為全“暗碼”），防止掃描干擾顯示采用動(dòng)態(tài)顯示，利用調(diào)用顯示子程序的時(shí)間來(lái)產(chǎn)生避開(kāi)按鍵抖動(dòng)所需的延時(shí)第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六鍵盤(pán)+顯示器，主要用于手工程序輸入、編輯等操作面板及開(kāi)關(guān)量I/O接口電路機(jī)床I/O接口與直流數(shù)字I/O接口電路數(shù)控系統(tǒng)控制面板：MDI面板機(jī)床操作面板+主要用于手動(dòng)方式下對(duì)機(jī)床的操作以及自動(dòng)方式下對(duì)機(jī)床的操作或干預(yù)第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六機(jī)床操作面板結(jié)構(gòu)與功能第32頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

?開(kāi)關(guān)量型式與開(kāi)關(guān)量I/O接口用途開(kāi)關(guān)量開(kāi)關(guān)狀態(tài)的閉合/斷開(kāi)指示燈亮/滅繼電器或接觸器吸合/釋放電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/停止閥門(mén)打開(kāi)/關(guān)閉脈沖信號(hào)、計(jì)數(shù)和定時(shí)信號(hào)用途CNC開(kāi)關(guān)量I/O接口機(jī)床及操作面板機(jī)床工作狀態(tài)指示面板；控制機(jī)床動(dòng)作信號(hào)強(qiáng)電柜CNC面板開(kāi)關(guān)及按鈕信號(hào)、機(jī)床限位開(kāi)關(guān)信號(hào)第33頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六數(shù)控系統(tǒng)的I/O接口

開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入接口電路開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出電路第34頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期六開(kāi)關(guān)量輸入接口電路功能：機(jī)床側(cè)+24V開(kāi)關(guān)信號(hào)CNC（PLC