計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

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5.1CNC裝置的組成

數(shù)控裝置是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的核心，

我們已經(jīng)對其在系統(tǒng)中的主要作用有了一

個概括性的了解，由于它在整個系統(tǒng)中的

重要性，在本章我們將對其進(jìn)行較詳細(xì)的

討論。

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5.1CNC裝置的組成

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從自動控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置

（軌跡）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件（各運(yùn)

動軸）的位移量為控制對象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動的直動控

制系統(tǒng),是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)捽制系統(tǒng)。

從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件

和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。

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5.1CNC裝置的組成

￥LCNC系統(tǒng)的硬件一般性結(jié)構(gòu)

設(shè)備層

機(jī)

機(jī)器人

測量機(jī)

圖5-1CNC的一般性硬件結(jié)構(gòu)

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5.1CNC裝置的組成

2.CNC系統(tǒng)軟件的功能性結(jié)構(gòu)

。本質(zhì)特征CNC系統(tǒng)軟件是具有實(shí)時性和多

任務(wù)性的專用操作系統(tǒng),

.功能特征操作系統(tǒng)由CNC管理軟件箱CNC>

制軟功兩部分組成。

。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。

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5.1CNC裝置的組成

操作系統(tǒng)

管理軟件控制軟件

機(jī)

床主

輸軸

入控

輸制

出

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5.1CNC裝置的組成

3.CNC硬件軟件的作用和相互關(guān)系

°CNC裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，

合理地組織、管理整個系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，

實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作

者要求，有條不紊地進(jìn)行加工。

。CNC系統(tǒng)基本硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的

系統(tǒng)平臺。

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5.1CNC裝置的組成

數(shù)控加工程序

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5.1CNC裝置的組成

4.系統(tǒng)平臺的功用

?平臺提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能;

。平臺提供根據(jù)用戶或市場要求進(jìn)行新

型CNC設(shè)備的功能設(shè)計(jì)和開發(fā)的環(huán)境和

工具。

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5.2CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)

1.具有靈活性和通用性

?CNC裝置的功能大多由軟件實(shí)現(xiàn)，且軟硬

件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、

擴(kuò)充變得較為靈活。

?CNC裝置其基本配置部分是通用的，不同

的數(shù)控機(jī)床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊,

以實(shí)現(xiàn)特定的控制功能。

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5.2CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)

2.數(shù)控功能豐富

?插補(bǔ)功能：二次曲線插補(bǔ)、樣條插補(bǔ)、空

間曲面插補(bǔ)

。補(bǔ)償功能：運(yùn)動精度補(bǔ)償、隨機(jī)誤差補(bǔ)償、

非線性誤差補(bǔ)償?shù)?/p>

?人機(jī)對話功能：加工的動、靜態(tài)跟蹤顯示,

高級人機(jī)對話窗口

。編程功能：G代碼、藍(lán)圖編程、部分自動編

程功能。

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5.2CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)

3.可靠性高

。CNC裝置采用集成度高的電子元件、芯片、

采用VLSI本身就是可靠性的保證。

?許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。

O豐富的故障診斷及保護(hù)功能（大多由軟件實(shí)

現(xiàn)），從而可使系統(tǒng)的故障發(fā)生的頻率和發(fā)

生故障后的修復(fù)時間降低。12

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5.2CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)

4.使用維護(hù)方便

。操作使用方便：用戶只需根據(jù)菜單的提示,

便可進(jìn)行正確操作。

。編程方便：具有多種編程的功能、程序自

動校驗(yàn)和模擬仿真功能。

。維護(hù)維修方便：部分日常維護(hù)工作自動進(jìn)

行（潤滑，關(guān)鍵部件的定期檢查等），數(shù)控

機(jī)床的自診斷功能，可迅速實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確

定位。

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5.2CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)

5.易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化

。數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積小（采用計(jì)

算機(jī)，硬件數(shù)量減少；電子元件的

集成度越來越高，硬件的不斷減

小），使其與機(jī)床在物理上結(jié)合在

一起成為可能，減少占地面積，方

便操作。

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4-5.3-CN-C裝-置的-功-能--

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。

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5.3CNC裝置的功能

1.控制功能

2,準(zhǔn)備功能（G功能）

3.插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能

4.進(jìn)給功能

5.主軸功能

6.輔助功能（M功能）

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5.3CNC裝置的功能

7.刀具管理功能

8.補(bǔ)償功能

9.人機(jī)對話功能

10.自診斷功能

11.通訊功能

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

1、概述

CNC裝置從它的硬件組成結(jié)構(gòu)來看,

若從系統(tǒng)中含有中央處理器（CPU）的多

少來看，可分為：

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

-單機(jī)系統(tǒng)：整個CNC裝置只有一個CPU,它

集中控制和管理整個系統(tǒng)資源，通過分時

處理的方式來實(shí)現(xiàn)各種NC功能。

■多機(jī)系統(tǒng)：CNC裝置中有兩個或兩個以上的

CPU,即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有

CPUo

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)部件間的相互關(guān)系又可將其分為

?主從結(jié)構(gòu)

?多主結(jié)構(gòu)

?分布式結(jié)構(gòu)

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

2、單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹

aCNC裝置是按模塊化設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造的。

°實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件是總線(BUS)

標(biāo)準(zhǔn)化。

。采用模塊化結(jié)構(gòu)時，CNC系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作則可

歸結(jié)為功能模塊的合理選用。

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

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討算機(jī)主板PMC模塊

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顯示卡

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多功能卡口

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E

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電子盤5

圖5-4CNC系統(tǒng)硬件框圖

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

（1）計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線（母板）

計(jì)算機(jī)主板是CNC裝置的核心。其功能結(jié)構(gòu)：

■CPU及其外圍芯片；

■內(nèi)存單元、cache及其外圍芯片；

■通訊接口（串口，并口，鍵盤接口）。

-軟、硬驅(qū)動器以及光驅(qū)的接口

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

■計(jì)算機(jī)主板的主要作用：對輸入到CNC裝置中

的種種數(shù)據(jù)、信息（零件加工程序，各種I/O信

息等）進(jìn)行相應(yīng)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。并根據(jù)其

處理結(jié)果，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送

數(shù)據(jù)，使用戶的指令得以執(zhí)行。

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

(2)顯示模塊(顯示卡)

■顯示卡的主要作用：接收來自CPU的控制命令

和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃描信號調(diào)制后,

產(chǎn)生CRT顯示器所需要的視頻信號，在CRT上

產(chǎn)生所需要的畫面。

■它是人機(jī)交流的重要媒介，給用戶提供了一

個直觀的操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉

適應(yīng)其操作過程。

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

（3）輸入/輸出模塊（多功能卡）

■它是CNC裝置與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換

的接口板。

■該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)模塊。如果計(jì)算機(jī)

主板選用的是ALL-IN-ONE主板，此板可

省略。

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5.4CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

（4）電子盤（存儲模塊）

■電子盤是CNC裝置特有的存儲模塊。在

CNC裝置中它用來存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù):

■系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)；

-系統(tǒng)的配置參數(shù)（系統(tǒng)所能控制的進(jìn)

給軸數(shù)，軸的定義，系統(tǒng)增益等）；

■用戶的零件加工程序。

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5.5CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

1、CNC裝置軟件和硬件的功能界面

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5.5CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

2、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

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5.5CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)

數(shù)控系統(tǒng)的PLC模塊

(ProgrammableMachineController)

■PLC模塊：CNC裝置實(shí)現(xiàn)順序控制的模塊。

■PLC模塊的作用：接收來自操作面板、機(jī)床

上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜

里的繼電器以及主軸控制、刀庫控制的有

關(guān)信號，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的

運(yùn)行。

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