第二章 計算機數控系統CNC與控制原理

本章主要內容

第一節 概述

第二節 CNC裝置的硬件結構

第三節 CNC裝置的軟件結構

第四節 可編程控制器(PLC)

第五節 典型的CNC系統簡介

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2.1概述

1. CNC系統?

從自動控制的角度來看，CNC系統是一種位置、速 度

(還包括電流)控制系統，其本質上是以多執行部件(各運

動軸)的位移量、速度為控制對象并使其協調運動的自動控

制系統，是一種配有專用操作系統的計算機控制系統。

從外部特征來看，CNC系統是由硬件(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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2.1概述

CNC系統平臺

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2.1概述

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2.1概述

2. CNC系統工作過程

輸入 譯碼 數據處理 插補 將各個坐標軸的

分量送到各控制軸的驅動電路，經過轉換、放大去驅動

伺服電動機，帶動各軸運動 實時位置反饋控制，使

各個坐標軸能精確地走到所要求的位置。

1)輸入

輸入內容——零件程序、控制參數和補償數據。

輸入方式——磁盤輸入、光盤輸入、鍵盤輸入、通

訊接口輸入及連接上位計算機的DNC接口輸入等。

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2.1概述

2)譯碼：以一個程序段為單位，根據一定的語法規則解釋、

翻譯成計算機能夠識別的數據形式，并以一定的數據格式存

放在指定的內存專用區內。

3)數據處理：包括刀具補償，速度計算以及輔助功能的處理

等。

4)插補：通過插補計算程序在一條曲線的已知起點和終點之

間進行“數據點的密化工作”。

5)位置控制：在每個采樣周期內，將插補計算出的理論位置

與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給伺服電機。

6)I/O處理：處理CNC裝置與機床之間的強電信號輸入、輸

出和控制。

7)顯示：零件程序、參數、刀具位置、機床狀態等。

8)診斷：檢查一切不正常的程序、操作和其他錯誤狀態。

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2.2 CNC裝置的硬件結構

CNC裝置的硬件結構

按其中含有CPU的多少可分為：

單微處理機結構和多微處理機結構；

按電路板的結構特點可分為：

大板結構和模塊化結構。

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2.2 CNC裝置的硬件結構

單微處理器

單微處理器硬件結構圖

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2.2 CNC裝置的硬件結構

1. 單微處理器數控裝置:

以一個CPU(中央處理器)為核心，CPU通過總線與存儲

器和各種接口相連接，采取集中控制、分時處理的工作方式，

完成數控加工各個任務。

特點： ? 一個微處理器完成所有的功能

? 采用總線結構

? 結構簡單，易于實現

? 功能受限制

單微處理器結構組成：

微處理器(運算、控制)、存儲器、總線、接口；

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2.2 CNC裝置的硬件結構

存儲器

只讀存儲器(ROM)：系統程序 ；

隨機存儲器(RAM)：運算的中間結果、需顯示的數

據、運行中的狀態、標志信息；

CMOS RAM或磁泡存儲器：加工的零件程序、機床參

數、刀具參數 。

位置控制單元

?對進給運動的坐標軸位置進行控制(包括位置和速度控制)

?對主軸控制，一般只包括速度控制

?刀庫位置控制(簡易位置控制)

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2.2 CNC裝置的硬件結構

2. 多微處理器結構

在一個數控系統中有兩個或兩個以上的微處理器，

分別實現相應的數控功能。

特點：

能實現真正意義上的并行處理，處理速度快，

可以實現較復雜的系統功能。容錯能力強，在某模塊出

故障后，通過系統重組仍可斷繼續工作。

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2.2 CNC裝置的硬件結構

結構形式：可分：分布式、主從式、總線式。

分布式：各CPU獨立、完整，通過外部通信鏈路連接起來，

數據交換和資源共享通過網絡技術實現。

主從式：主控CPU、從控CPU，主控CPU才能控制和訪問總

線，通過總線對從控CPU控制、監視、協調。

總線式(多主式)：主

總結

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