1、本文格式為Word版，下載可任意編輯CNC裝置硬件結(jié)構(gòu) CNC硬件結(jié)構(gòu)分類： 按體系結(jié)構(gòu)可分為：專用體系結(jié)構(gòu)和開放式體系結(jié)構(gòu)； 按功能可分為：經(jīng)濟型CNC裝置和高級型CNC裝置。 根據(jù)掌握功能的簡單程度可分為：單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。 按組成CNC裝置的印刷電路板的結(jié)構(gòu)特點和插拔方式可分為：大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)兩類。 經(jīng)濟型CNC裝置一般采納單微處理器大板結(jié)構(gòu)，高級型CNC裝置常采納多處理器模塊化結(jié)構(gòu)。 CNC裝置采納了多微處理機結(jié)構(gòu)，就能使數(shù)控機床向高速度、高精度和高智能化方向進展。 一、單微處理機結(jié)構(gòu)的CNC裝置 單微處理機數(shù)控裝置是以一個CPU（中央處理器）為核心，CPU通過總

2、線與存儲器和各種接口相連接，實行集中掌握、分時處理的工作方式，完成數(shù)控加工各個任務。 1. 微處理器 微處理器是CNC裝置的核心，由掌握器和運算器組成。在CNC裝置中，掌握器的掌握任務為：從程序儲存器中依次取出的指令，經(jīng)過解釋，向CNC裝置各部分按挨次發(fā)出執(zhí)行操作的掌握信號，使指令得以執(zhí)行。而且又接收執(zhí)行部件發(fā)回來的反饋信號，掌握器依據(jù)程序中的指令信息及這些反饋信息，打算下一步命令操作。運算器的任務主要是：零件加工程序的譯碼、刀補計算、插補計算、位置掌握計算及其它數(shù)據(jù)的計算和規(guī)律運算。 由于全部數(shù)控功能都由一個CPU來完成，因此CNC裝置的功能受微處理器的字長、尋址力量和運算速度等因素的限制。

3、為了提高處理速度，增加數(shù)控功能，常采納以下措施： 由硬件完成一部分插補工作； 采納帶有微處理器的plc等智能部件。 2總線 在單微處理器的CNC系統(tǒng)中常采納總線結(jié)構(gòu)?？偩€一般可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、和掌握總 線三組。數(shù)據(jù)總線為各部分之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和傳送的數(shù)據(jù)寬度相等，采納雙方向線。地址總線傳送的是地址信號，與數(shù)據(jù)總線結(jié)合使用，以確定數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來源或目的地，采納單方向線。掌握總線傳輸?shù)氖且恍┱莆招盘?，如?shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫掌握、中斷復位及各種確認信號，采納單方向線。 3存儲器 CNC裝置的存儲器包括只讀存儲器（ROM）和隨機存儲器（RAM）兩類。ROM一般采納可擦除的 只讀存

4、儲器（EPROM），存儲器的內(nèi)容由CNC裝置的生產(chǎn)廠家固化寫入，即使斷電，EPROM中信息也不會丟失。若要轉(zhuǎn)變EPROM中的內(nèi)容，必需用紫外線抹除之后重新寫入。RAM中的信息可以隨時被CPU讀或?qū)?，但斷電后，信息也隨之消逝。假如需要斷電后保留信息，一般需采納后備電池。 4輸入/輸出（IO）接口 CNC裝置和機床之間的信號傳輸是通過輸入（Input）和輸出（Output）接口電路來完成。信號經(jīng)接口電路送至系統(tǒng)寄存器的某一位，CPU定時讀取寄存器狀態(tài)，經(jīng)數(shù)據(jù)濾波后作相應處理。同時CPU定時向輸出接口送出相應的掌握信號。I/O接口電路可以起到電氣隔離的作用，防止干擾信號引起誤動作。一般在接口電路中采

5、納光電耦合器或繼電器將CNC裝置和機床之間的信號在電氣上加以隔離。 5位置掌握器 CNC裝置中的位置掌握器主要是對數(shù)控機床的進給運動的坐標軸位置進行掌握。坐標軸掌握是數(shù)控機床上要求最高的位置掌握，不僅對單個軸的運動和位置的精度有嚴格要求，在多軸聯(lián)動時，還要求各移動軸有很好的動態(tài)協(xié)作。對于主軸的掌握，要求在很寬的范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，并且每一種速度下均能供應足夠的切削所需的功率和扭矩。在某些高性能的CNC機床上還要求能實現(xiàn)主軸的定向準停，也就是主軸在某一給定角度位置停止轉(zhuǎn)動。 6MDICRT接口 MDI接口是通過操作面板上的鍵盤，手動輸入數(shù)據(jù)的接口。CRT接口是在CNC軟件協(xié)作下，將字符和圖形顯示

6、在顯示器上。顯示器一般是陰極射線管（CRT），也可以是平板式液晶顯示器（LCD）。 7可編程序掌握器（PLC） 可編程序掌握器用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機床強電的繼電器規(guī)律掌握，實現(xiàn)各種開關(guān)量（S、M、T）的掌握。如主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止，刀具交換，工件的夾緊及松開，切削液的開、關(guān)以及潤滑系統(tǒng)的運行等，同時還包括主軸驅(qū)動以及機床報警處理等。 8通信接口 通信接口用來與外部設備進行信息傳輸，如與上位計算機或直接數(shù)字掌握器DNC等進行數(shù)字通信，一般采納RS232C串口。 單微處理器結(jié)構(gòu)由于CPU通過總線與各個掌握單元相連，完成信息交換，結(jié)構(gòu)比較簡潔，但是由于只用一個微處理器來集中掌握，CNC的功能受到微處理器字長

7、、尋址功能和運算速度等因素的限制。 二、單微處理器CNC裝置的結(jié)構(gòu)特點: 1. CNC裝置內(nèi)只有一個微處理器，對存儲、插補運算、輸入輸出掌握、CRT顯示等功能都由它集中掌握，分時處理。 2. 微處理器通過總線與存儲器、輸入輸出掌握等各種接口相連，構(gòu)成CNC裝置； 3. 結(jié)構(gòu)簡潔，簡單實現(xiàn)； 4. 單微處理器由于只有一個微處理器進行集中掌握，其功能將受微處理器字長、數(shù)據(jù)寬度，尋址力量和運算速度等因素限制。 二、多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC裝置 多微處理器結(jié)構(gòu)中有兩個或兩個以上微處理器。多微處理器CNC裝置采納模塊化技術(shù)，由多個功能模塊組成。一般包括如下幾種功能模塊： 1CNC管理模塊 管理和組織整個C

8、NC系統(tǒng)的工作，包括系統(tǒng)初始化、中斷處理、總線沖突裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理、軟硬件診斷等功能。 2CNC插補模塊 完成零件加工程序的譯碼、刀具半徑的補償、坐標位移量的計算和進給速度處理等插補前的預處理，以及進行插補計算，確定各坐標軸的位置。 3位置掌握模塊 插補后的坐標位置給定值與位置檢測裝置測得的位置實際值進行比較，進行自動加減速、回基準點、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補償，最終得到速度掌握的模擬電壓，去驅(qū)動進給電機。 4存儲器模塊 主要用于存放程序和數(shù)據(jù)，也可以是各功能模塊間進行數(shù)據(jù)傳送的共享存儲器。 5操作面板監(jiān)控和顯示模塊 包括零件的數(shù)控程序、參數(shù)、各種操作命令和數(shù)據(jù)的輸入、輸出、顯示所

9、需要的各種接口電路。 6PLC模塊 零件程序中的開關(guān)功能和從機床來的信號在這個模塊中作規(guī)律處理，實現(xiàn)各開關(guān)功能和機床操作方式之間的對應關(guān)系，如機床主軸的啟停、冷卻液的開關(guān)、刀具交換、回轉(zhuǎn)工作臺的分度、工件數(shù)量和運轉(zhuǎn)時間的計數(shù)等。 依據(jù)CNC裝置的需要，還可再增加相應的模塊實現(xiàn)某些擴展功能。 多微處理器CNC裝置在結(jié)構(gòu)上可分為共享總線型和共享存儲器型，通過共享總線或共享存儲器，來實現(xiàn)各模塊之間的互聯(lián)和通信。 1共享總線結(jié)構(gòu) 共享總線結(jié)構(gòu)以系統(tǒng)總線為中心，把組成CNC裝置的各個功能部件劃分為帶有CPU的主模塊和不帶CPU的從模塊（如各種RAM、ROM模塊，IO等）兩大類。全部主、從模塊都插在配有總

10、線插座的機柜內(nèi)，共享標準的系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線的作用是把各個模塊有效地連接在一起，根據(jù)標準協(xié)議交換各種數(shù)據(jù)和掌握信息，實現(xiàn)各種預定的功能，如圖4-5所示。 在共享總線結(jié)構(gòu)中，只有主模塊有權(quán)掌握使用系統(tǒng)總線。但由于有多個主模塊，可能會同時懇求使用總線，而某一時刻只能由一個主模塊占有總線。為了解決這一沖突，系統(tǒng)設有總線仲裁電路。根據(jù)每個主模塊負擔的任務的重要程度，預先支配各自的優(yōu)先級別挨次?？偩€仲裁電路在多個主模塊爭用總線而發(fā)生沖突時，能夠判別動身生沖突的各個主模塊的優(yōu)先級別的凹凸，最終打算由優(yōu)先級高的主模塊優(yōu)先使用總線。 共享總線結(jié)構(gòu)中由于多個主模塊共享總線，易引起沖突，使數(shù)據(jù)傳輸效率降低；總線一

11、旦消失故障，會影響整個CNC裝置的性能。但由于其結(jié)構(gòu)簡潔、系統(tǒng)配置敏捷、實現(xiàn)簡單等優(yōu)點而被廣泛采納。 2共享存儲器結(jié)構(gòu) 共享存儲器結(jié)構(gòu)通常采納多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理器之間的連接與信息交換，由多端口掌握規(guī)律電路解決訪問沖突，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4-6所示。 在共享存儲器結(jié)構(gòu)中，各個主模塊都有權(quán)掌握使用系統(tǒng)存儲器。即便是多個主模塊同時懇求使用存儲器，只要存儲器容量有空閑，一般不會發(fā)生沖突。在各模塊懇求使用存儲器時，由多端口的掌握規(guī)律電路來掌握。 共享存儲器結(jié)構(gòu)中多個主模塊共享存儲器時，引起沖突的可能較小，數(shù)據(jù)傳輸效率較高，結(jié)構(gòu)也不簡單，所以也被廣泛采納。 3多微處理機結(jié)構(gòu)CNC裝置的優(yōu)點 (1)運算

12、速度快、性能價格比高； (2)適應性強、擴展簡單； (3)牢靠性高； (4)硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。 三、開放式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)充分利用計算機的軟件和硬件資源，依據(jù)掌握對象的不同要求，敏捷地變更軟硬件組成，適應不同用戶的需求。開放式體系結(jié)構(gòu)成為數(shù)控進展的趨勢。 主要目的：解決簡單變化的市場需求與掌握系統(tǒng)專一的固定模式之問的沖突，使數(shù)控系統(tǒng)易變、緊湊、廉價，并具很強的適應性和二次開發(fā)性。 1開放式體系結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)的定義 參照IEEE對開放式系統(tǒng)的規(guī)定，開放式體系結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)必需具有供應不同應用程序協(xié)調(diào)地運行于系統(tǒng)平臺之上的力量，供應面對功能的動態(tài)重構(gòu)工具，同時供應統(tǒng)一標準化的應用程序界面。 2