構(gòu)成信息

目前世界上的數(shù)控系統(tǒng)種類繁多，形式各異，組成結(jié)構(gòu)上都有各自的特點。這些結(jié)構(gòu)特點來源于系統(tǒng)初始設(shè)計的基本要求和工程設(shè)計的思路。例如對點位控制系統(tǒng)和連續(xù)軌跡控制系統(tǒng)就有截然不同的要求。對于T系統(tǒng)和M系統(tǒng)，同樣也有很大的區(qū)別，前者適用于回轉(zhuǎn)體零件加工，后者適合于異形非回轉(zhuǎn)體的零件加工。對于不同的生產(chǎn)廠家來說，基于歷史發(fā)展因素以及各自因地而異的復(fù)雜因素的影響，在設(shè)計思想上也可能各有千秋。例如，美國Dynapath系統(tǒng)采用小板結(jié)構(gòu)，便于板子更換和靈活結(jié)合，而日本FANUC系統(tǒng)則趨向大板結(jié)構(gòu)，使之有利于系統(tǒng)工作的可靠性，促使系統(tǒng)的平均無故障率不斷提高。然而無論哪種系統(tǒng)，它們的基本原理和構(gòu)成是十分相似的。

一般整個數(shù)控系統(tǒng)由三大部分組成，即控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)和位置測量系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)按加工工件程序進行插補運算，發(fā)出控制指令到伺服驅(qū)動系統(tǒng)；伺服驅(qū)動系統(tǒng)將控制指令放大，由伺服電機驅(qū)動機械按要求運動；測量系統(tǒng)檢測機械的運動位置或速度，并反饋到控制系統(tǒng)，來修正控制指令。這三部分有機結(jié)合，組成完整的閉環(huán)控制的數(shù)控系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)主要由總線,CPU,電源,存貯器、操作面板和顯示屏、位控單元、可編程序控制器邏輯控制單元以及數(shù)據(jù)輸入/輸出接口等組成。最新一代的數(shù)控系統(tǒng)還包括一個通訊單元，它可完成CNC,PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)通訊和外部高次網(wǎng)絡(luò)的連接。伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要包括伺服驅(qū)動裝置和電機。位置測量系統(tǒng)主要是采用長光柵或圓光柵的增量式位移編碼器。

1、硬件結(jié)構(gòu)

數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控裝置、輸入/輸出裝置、驅(qū)動裝置和機床電器邏輯控制裝置等組成，這四部分之間通過I/O接口互連。

數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其軟件和硬件來控制各種數(shù)控功能的實現(xiàn)。

數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)按CNC裝置中的印制電路板的插接方式可以分為大板結(jié)構(gòu)和功能模塊（小板）結(jié)構(gòu)；按CNC裝置硬件的制造方式，可以分為專用型結(jié)構(gòu)和個人計算機式結(jié)構(gòu)；按CNC裝置中微處理器的個數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。

（1）大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu)

1）大板結(jié)構(gòu)

大板結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)的CNC裝置由主電路板、位置控制板、PC板、圖形控制板、附加I/O板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路版，其它電路板是小板，插在大印制電路板上的插槽內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)類似于微型計算機的結(jié)構(gòu)。

2）功能模塊結(jié)構(gòu)

（2）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)

1）單微處理器結(jié)構(gòu)

在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個微處理器，以集中控制、分時處理數(shù)控裝置的各個任務(wù)。

2）多微處理器結(jié)構(gòu)

隨著數(shù)控系統(tǒng)功能的增加、數(shù)控機床的加工速度的提高，單微處理器數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足要求，因此，許多數(shù)控系統(tǒng)采用了多微處理器的結(jié)構(gòu)。若在一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器，每個微處理器通過數(shù)據(jù)總線或通信方式進行連接，共享系統(tǒng)的公用存儲器與I/O接口，每個微處理器分擔系統(tǒng)的一部分工作，這就是多微處理器系統(tǒng)。

2、軟件結(jié)構(gòu)

CNC軟件分為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。CNC系統(tǒng)軟件是為實現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件，也叫控制軟件，存放在計算機EPROM內(nèi)存中。各種CNC系統(tǒng)的功能設(shè)置和控制方案各不相同，它們的系統(tǒng)軟件在結(jié)構(gòu)上和規(guī)模上差別很大，但是一般都包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。

（1）輸入數(shù)據(jù)處理程序

它接收輸入的零件加工程序，將標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進行補償計算，或為插補運算和速度控制等進行預(yù)計算。通常，輸入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理三項內(nèi)容。

（2）插補計算程序

CNC系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類、起點、終點等進行運算。根據(jù)運算結(jié)果，分別向各坐標軸發(fā)出進給脈沖。這個過程稱為插補運算。進給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動工作臺或刀具作相應(yīng)的運動，完成程序規(guī)定的加工任務(wù)。

CNC系統(tǒng)是一邊插補進行運算，一邊進行加工，是一種典型的實時控制方式，所以，插補運算的快慢直接影響機床的進給速度，因此應(yīng)該盡可能地縮短運算時間，這是編制插補運算程序的關(guān)鍵。

(3)速度控制程序

速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，以保預(yù)定的進給速度。在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而造成驅(qū)動系統(tǒng)失步。

(4)管理程序

管理程序負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等為加工過程服務(wù)的各種程序進行調(diào)度管理。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。

(5)診斷程序

診斷程序的功能是在程序運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出故障的類型。也可以在運行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（CPU,存儲器,接口,開關(guān),伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。