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计算机数控装置(1)

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计算机数控系统

计算机数控系统

计算机数控系统计算机数控系统3．1 计算机数控（CNC）系统的基本概念计算机数控（computerized numerical contro，简称CNC）系统是用计算机操纵加工功能，实现数值操纵的系统。

CNC系统根据计算机存储器中存储的操纵程序，执行部分或者全部数值操纵功能．由一台计算机完成往常机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时操纵。

CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置与进给（伺眼）驱动装置构成。

由于使用了CNC装置，使系统具有软件功能，又用PLC取代了传统的机床电器逻辑操纵装置，使系统更小巧，灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维修也方便，同时具有与上位机连接及进行远程通信的功能。

3．2 微处理器数控（MNC）系统的构成大多数CNC装置现在都使用微处理器构成的计算机装置，故也可称微处理器数控系统（MNC）。

MNC通常由中央处理单元（CPU）与总线、存储器（ROM，RAM）、输入/输出（I／O）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴操纵单元、速度进给操纵单元等构成。

图3 .2.1为MNC 的构成原理图。

3.2.1中央处理单元（CPU）与总线(BUS）CPU是微型计算机的核心，由运算器、操纵器与内寄存器组构成。

它对系统内的部件及操作进行统一的操纵，按程序中指令的要求进行各类运算，使系统成为一个有机整体。

总线（BUS）是信息与电能公共通路的总称，由物理导线构成。

CPU与存储器、I/O 接口及外设间通过总线联系。

总线按功能分为数据总线（DB）、地址总线（AB）与操纵总线（CB）。

３．２．２存储器(memory)(１)概述存储器用于存储系统软件（管理软件与操纵软件）与零件加工程序等，并将运算的中间结果与处理后的结果（数据）存储起来。

数控系统所用的存储器为半导体存储器。

（２）半导体存储器的分类①随机存取存储器（读写存储器）ＲＡＭ（random access memory）用来存储零件加工程序，或者作为工作单元存放各类输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息与堆栈用等。

机床数控技术试题

机床数控技术试题

1、数控机床按伺服系统的控制方式可分为、、。

2、一般数控加工程序由程序号、、坐标值、、主轴速度、刀具、辅助功能等功能字组成。

3、较常见的CNC软件结构形式有软件结构和软件结构。

4、数控技术中常用的插补算法可归纳为插补法和插补法。

5、当标尺光栅与指示光栅相对运动一个，莫尔条纹移动一个。

6、数控机床主轴常用机、电结合的方法，即同时采用和变速两种方法。

7、数控铣削加工需要增加一个回转坐标或准确分度时，可以使用配备或使用。

8、改变刀具半径补偿值的可以实现同一轮廓的粗、精加工，改变刀具半径补偿值的可以实现同一轮廓的凸模和凹模的加工。

9、电火花成形加工需具备的条件是、、。

10、影响电火花加工精度的主要因素是、、。

11、脉冲当量是指。

数控车床X轴方向上的脉冲当量为Z方向上的脉冲当量的。

12、数控机床的日常维护与保养主要包括、、等三个方面内容。

13、3B格式的数控系统没有功能，确定切割路线时，必须先根据工件轮廓划出电极丝中心线轨迹，再按编程。

二、判断题（每题1分，共10分，正确打√错误打×）1、更换电池一定要在数控系统通电的情况下进行。

否则存储器中的数据就会丢失，造成数控系统的瘫痪。

（）2、数控机床几何精度的检测验收必须在机床精调后一次完成，不允许调整一项检测一项。

（）3、数控铣削螺纹加工，要求数控系统必须具有螺旋线插补功能。

（）4、有静态显示或动态模拟功能的数控系统，只能检查运动轨迹的正确性，无法检查工件的加工误差（）5、当脉冲放电能量相同时，热导率愈小的金属，电蚀量会降低。

（）6、开环数控机床，进给速度受到很大限制，其主要原因是步进电机的转速慢。

（）7、当数控机床具有刀具半径补偿功能时，其程序编制与刀具半径补偿值无关。

（）8、只有加工中心机床能实现自动换刀，其它数控机床都不具备这一功能。

（）9、M03指令功能在程序段运动结束后开始。

（）10、刀具半径补偿仅在指定的二维坐标平面内进行。

（）三、选择题（单项选择题、每空1分，共5分）1、数控加工中心的主轴部件上设有准停装置，其作用是（）A、提高加工精度B、提高机床精度C、保证自动换刀、提高刀具重复定位精度，满足一些特殊工艺要求2、用铣刀加工轮廓时，其铣刀半径应（）A、选择尽量小一些B、大于轮廓最小曲率半径C、小于或等于零件凹形轮廓处的最小曲率半径D、小于轮廓最小曲率半径3、在数控电火花成形加工时，为获得较高的精度和较好的表面质量，在工件或电极能方便开工作液孔时，宜采用的工作液工作方式为（）。

计算机数控装置(CNC)

计算机数控装置(CNC)
操作使用方便：用户只需根据菜单的提示，便可进行
正确操作。
编程方便：具有多种编程的功能、程序自动校验和模
拟仿真功能。
维护维修方便：部分日常维护工作自动进行(润滑，关
键部件的定期检查等)，数控机床的自诊断功能，可迅
速实现故障准确定位。
5. 易于实现机电一体化
数控系统控制柜的体积小（采用计算机，
硬件数量减少；电子元件的集成度越来越高，
7. 刀具功能和第二辅助功能
刀具几何尺寸管理：管理刀具半径和长度，供刀具 补偿功能使用；
刀具寿命管理：管理时间寿命，当刀具寿命到期 时，CNC系统将提示更换刀具；
刀具类型管理：用于标识刀库中的刀具和自动选择
加工刀具。
8. 补偿功能
刀具半径和长度补偿功能：实现按零件轮廓编制的 程序控制刀具中心轨迹的功能。 传动链误差：包括螺距误差补偿和反向间隙误差补
㈡单微处理器CNC装置的结构特点
特点 • 一个微处理器完成所有 的功能； • 采用总线结构； • 结构简单，易于实现； • 功能受限制。
多微处理器
多微处理器结构 多微处理器结构是指在系统中有两个或两个以上 的微处理器能控制系统总线、或主存储器进行工 作的系统结构。目前大多数CNC系统均采用多微 处理器结构。 紧耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的处 理部件之间采用紧耦合（相关性强），有集中的 操作系统，共享资源。 松耦合结构：两个或两个以上的微处理器构成的功 能模块之间采用松耦合（具有相对独立性或相关 性弱），有多重操作系统有效地实现并行处理。
CNC装置的优点
1. 具有灵活性和通用性
CNC装置的功能大多由软件实现，且软硬件采用
模块化的结构，对设计和开发者而言，系统功能 的修改、扩充变得较为灵活。

计算机数控装置详述PPT课件( 36页)

计算机数控装置详述PPT课件( 36页)
后台程序，也称为背景程序，是一个循环运行程序，实现数 控加工程序的输入、预处理和管理等任务。
在后台程序的循化运行过程中，前台实时中断程序不断的定 时插入，两者密切配合，共同完成零件的加工任务。
4. 开放式CNC的软件结构
开放式CNC系统软件应采用平台技术、同一的标准 规范和面向功能元（对象）拓扑结构的应用软件， 以保证系统具有开放的基本特征。
（2）后加减速控制
CNC的信息流程图
4. 插补
在一条已知起点和终点的曲线上自动进行数据点的 密化工作。
5. 位置控制
在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实 际反馈位置相比较，用其差值控制进给电机，以实 现对位置的精确控制。
6. 速度控制
1）脉冲增量插补方式的速度计算
脉冲增量插补用于以步进电机为执行元件的开环伺 服系统。
在开环伺服系统中，进给脉冲的频率决定了坐标轴 的移动速度。进给脉冲的数量决定论坐标轴的移动 位移。
1）开放式CNC总体结构
分为两部分：统一的系统平台和由各功能结构单元 对象组成的应用软件模块（或系统参考结构）。
2）系统平台
系统平台由系统硬件和系统软件组成。
系统硬件由机床的功能需求决定。
系统软件分为系统核心（如操作系统、通信系统、 实时配置系统等）、可选的系统软件（如数据库系 统等）和标准的应用程序界面。
第5章 计算机数控装置
5.1 CNC系统的组成与特点
CNC—Computerized Numerical Control
定义：借助计算机通过执行其存储器内的程序来完成 数控要求的部分或者全部功能，并配有接口电路、 伺服驱动装置的一种专用计算机系统。
也可解释为：一种控制系统，它能自动完成信息的输 入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。

第3章 CNC装置及接口

第3章 CNC装置及接口

去抖动和多键保护
键 按 下
前 沿 抖 动
后 沿 抖 动
闭 合 稳 定
按键是机械触点，故而 存在抖动，有硬件和软 件方法消除。但多采用 软件，即检测到键按下 时，执行一个延时程序 再确认键的闭合。而多 键保护，也需要软件作 用，包括双键同时按下 保护，几个键连锁等。
8279简介
INTEL 8279是一种可编程键盘/显示器接口 芯片，它含有键盘输入和显示器输出两种 功能。键盘输入时，它提供自动扫描，能 与按键或传感器组成的矩阵相连，接收输 入信息，它能自动消除开关抖动并能对多 键同时按下提供保护。显示输出时，它有 一个16×8位显示RAM，其内容通过自动扫 描，可由8或16 位LED数码管显示。
一、单微处理器结构的CNC装置
单微处理器结构的CNC装置，由一个微处
理器CPU通过总线与存储器、PLC、位置控制器
及各种接口相连，采用集中控制与分时处理的
方式，完成数控各项任务。
图3-2中，CPU通过总线与存储器（RAM、EPROM）、 PLC、位置控制器及各种接口相连。
一、单微处理器结构的CNC装置
X
图3-3 PLC系统硬件框图
二、PLC的结构组成和工作原理
2.工作原理 可编程控制器是一种用于工业控制的专用计算机，和 普通计算机一样，都是利用程序进行工作的。
用户程序通过编程器输入到PLC的用户存储器中，CPU
对用户程序循环扫描并顺序执行。 整个工作过程可用下图表示：
读入开关状态 逻辑运算 输出运算结果 执行部件动作
第四节 CNC装置的接口电路
1
2 3 机床I/O接口 标准输入输出设备接口 串行数据通信及接口
1，机床I/O接口
机床I/O接口

CNC装置的组成及功能特点

CNC装置的组成及功能特点
处理的角度看，软件和硬件在逻辑上是等价的，即硬件能完成的任务，理论 上说也可以由软件来完成。因此，在数控装置的设计阶段就要考虑哪些功能 由软件来实现，哪些功能由硬件来实现，或怎样确定软件和硬件在数控装置 中所承担的任务，就是软硬件功能界面问题。
一般来说，硬件处理速度快，但价格高、灵活性差，软件适应性强，但处 理速度慢。正确地划定软硬件界面，可以获得较高的性能价格比。图3-4是 几种典型的软硬件界面的划分。
图3-2 CNC装置的硬件组成
2. CNC装置软件的基本组成
CNC装置的软件是为了充分发挥硬件功能而运行的各种支撑软件，通常由系统软件、 控制软件和管理软件等组成。从本质特征来看，CNC装置的系统软件是具有实时性和 多任务性的专用操作系统；从功能特征来看，CNC装置的系统软件由管理软件和控制 软件两部分组成，如图3-3所示。管理软件主要用于为某个系统建立一个软件环境，协 调各软件模块之间关系，并处理一些实时性不太强的事件，包括I/O处理程序、显示程 序和诊断程序等。控制软件主要用于完成系统中一些实时性要求较高的关键控制功能， 包括译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序、位置控制程序和 主轴控制程序等。
1. 准备功能
准备功能也称G功能，它是用来指令机床运动方式的功能，包括基本移动、 平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环、公英制转换等指令。用G和它后 面的两位数字表示。
2. 插补功能
CNC是通过软件插补来实现刀具运动的轨迹。实际应用中，CNC的插补功 能分为粗插补和精插补。软件每次插补一个小线段数据称为粗插补，伺服接口 根据粗插补的结果，将小线段分成单个脉冲输出，称为精插补。
图3-8a所示。从图中可以看出，每两个程序段的输出时间间隔
为 t1 t2 。t3 这t种4 时间间隔反映在机床的加工过程中就是刀具的进给时断 时续，这段时间越长，数控装置的性能越差。应当尽量减少这段时间。

数控技术第4章计算机数控系统(1)



位臵控制模块
6、可编程控制器（PLC） 代替传统机床的继电器逻辑控制来实现各种开关 量的控制。 分为两类： 一类是“内装型”PLC，为实现机床的顺序控制 而专门设计制造的。 另一类是“独立型”PLC，它是在技术规范、功 能和参数上均可满足数控机床要求的独立部件。
三、多CPU结构 适合多轴控制、高进给速度、高精度的机床。 紧藕合：相同的操作系统 松藕合：多重操作系统
控制各类轴运动的功能，用能控制的轴数和能同时控制 的轴数来衡量。

准备功能：G指令功能，指定机床的运动方式。 插补功能：包括软件粗插补和硬件精插补。 进给功能：F指令功能。
切削进给速度(mm/min) 同步进给速度(mm/r) 快速进给速度 进给倍率




主轴功能: 指令主轴转速 S指令功能，指定主轴转速(r/min, mm/min)。 转速编码，恒切削速度切削，主轴定向准停 辅助功能： M指令功能，指定主轴的起停转向（M03、M04）、冷却 泵的通和断、刀库的起停等。 刀具功能：T指令，选择刀具。 字符和图形显示功能： 显示程序、参数、补偿量，坐标位臵、故障信息等。 自诊断功能： 故障的诊断，查明故障类型及部位。
4、进给速度处理 编程指令给出的刀具移动速度是在各坐标合成方 向上的速度，进给速度处 理要根据合成速度计算 出各坐标方向的分速度。 此外，还要对机床允许的最低速度和最高速度的 限制进行判别处理，以及用软件对进给速度进行 自动加减速处理。
5、插补计算 插补就是通过插补程序在一条已知曲线的起点和 终点之间进行“数据点的密化”工作。
三. CNC系统的工作过程

基本过程： CNC装臵的工作过程是在硬件的支持下，执行软 件的过程。 通过输入设备输入机床加工零件所需的各种数据 信息，经过译码和运算处理（包括刀补、进给速 度处理、插补），将每个坐标轴的移动分量送到 其相应的驱动电路，经过转换、放大，驱动伺服 电动机，带动坐标轴运动，同时进行实时位臵反 馈控制，使每个坐标轴都能精确移动到指令所要 求的位臵。

计算机数控装置的硬件结构与软件结构PPT(33张)


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20
③数据处理程序 刀具半径和长度补偿、速度处理、辅助功能等处理。
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2
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和 专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。
CNC系统平台
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3
PC+CNC+PLC
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4
统工作过程
输入→译码→数据处理→插补→将各个坐标轴的 分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动 伺服电动机，带动各轴运动→实时位置反馈控制，使各 个坐标轴能精确地走到所要求的位置。
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6
4.2 CNC装置的硬件结构
按其中含有CPU的多少可分为： 单微处理机结构和多微处理机结构；
按电路板的结构特点可分为： 大板结构和模块化结构。
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单微处理器结构
以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与存储器和 各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成数 控加工各个任务。
第4章 计算机数控装置
4.1 概述 4.2 计算机数控装置的硬件结构 4.3 计算机数控装置的软件结构 4.4 数控机床的可编程控制器 4.5 典型的CNC系统简介
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1
4.1 概述
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置、速 度（还包括电流）控制系统，其本质上是以多执行部 件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调 运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计 算机控制系统。
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14
结构特征
面向公共存储器设计，即采用多端口来实现各主模块 之间的互连和通讯；
采用多端口控制逻辑来解决多个模块同时访问多端口 存储器冲突的矛盾。

数控加工工艺与编程习题库答案

填空题答案1.计算机数控装置、伺服驱动装置、输入、输出装置、辅助控制装置2.开环、半闭环、闭环3.代码识别、译码4.译码、刀具补偿、速度处理5.脉冲增量插补、数据采样插补6.偏差判别、坐标进给、偏差计算、重点判别7.时间分割法、粗插补、精插补8.刀补建立、刀补执行、刀补撤销9.刀具补偿、速度计算10.0.3mm/r 、300mm/min11.刀具长度补偿、刀具半径补偿12.直线、圆弧；13.数控装置、伺服系统、机床；14.点位控制、轮廓控制、开环控制、闭环控制；15.起点、终点、设计；16.加工；17.长度、半径；18.进给量、背吃刀量、切削用量；19.切向、法向20.高速钢、硬质合金；21.位置、定向基准；22.靠近、两；23.切削速度、进给量、切削深度；24.冷却作用、润滑作用、防锈作用；25.铣削速度；26.钻锋吃入金属；27.乳化液；28.固定；29.待加工；30.切削力；31.大、小；32.足够的强度和韧性、高的耐耐磨性、高的耐热性、良好的工艺性；33.高速钢、硬质合金钢；34.刀具材料、刀具的几何参数、切削用量；35.尺寸、几何形状、相对位置；36.夹紧元件、对刀元件、夹具体；37.六点定位；38.基准位移、基准不符；39.夹紧；40.粗加工磨钝标准、精加工磨钝标准；41.理想几何参数；42.欠；43.已加工表面；44.刀具的磨钝标准；45.定位元件；46.输入装置、数控装置、伺服系统、机床本体组成；47.穿孔带、磁带、磁盘、光电纸带阅读机；48.点位控制、点位直线控制、轮廓控制；49.刀库、自动换刀装置；50.加工中心、自动交换工件装置；51.EIA代码、ISO代码；52.插补、插补器；53.笛卡儿直角坐标系、增大；54.右手定则、右手螺旋法则；55.脉冲当量；56.Z、Z轴正方向；57.水平的、平行；58.刀具半径补偿、刀具长度补偿；59.小、大；60.切线方向、切线方向；61.引入长度、超越长度；62.较高的强度、耐用度；63.小于、最小；64.刀具刀位点；65.大、合理；66.机床各轴靠近正向极限的位置；67.机床参考点；68.子程序、主程序；69.取消刀具补偿功能；70.初始平面、R点平面；71.M03、旋转72.逆铣；73. 通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、拼装夹具;74. 主切削、假定工作;75. 开始切削、磨损量磨钝;76. 满足使用、可行、经济;77. 硬质合金78.机械夹固式;79.过盈;80.高速钢；硬质合金钢;81.刀具材料；刀具的几何参数；切削用量;82.尺寸；几何形状；相对位置;83.夹紧元件；对刀元件；夹具体;84.挤压；滑移；挤裂；切离;选择题答案1-5 CCBBD 5-10 BBCCB 11-15 CADAC 16-20 CCBAC 21-25 BBAAD 26-30 BCCCD 31-35 ABCAA 36-40 DABBD 41-45 BCCAA 46-50 CCACD 51-55 DADDC 56-60 DACCD 61-65CADAA 66-70 ACABB 71-75 DBBAB 76-80 BBCBB81-85BBBCC 86-90ACACB 91-95CBCCC 96-100DBABA 101-105CCACA 106-110BCBCB 111-115BCBAB 116-120BBBAC 121-125CCDAA 126-130ACCAA 131-135BCACC 136-140CCDCB 141-145CDCBA 146-150CABCB 151-155CCDCD 156-160ABDAC 161-165DAADB 166-170BDBDB 171-175AAACA 176-180CCCDC判断题答案1-5×××√√ 6-10√×××√11-15√√××√ 16-20××√××21-25√×××√ 26-30√×√√×31-35×√×√× 36-40××√××41-45×√×√√ 46-50×√√√×51-55×√××× 56-60√√√√√61-65√×××√ 66-70××√××71-75√√√×× 76-80××√××81-85×√√√× 86-90××√√√91-95××√√× 96-100√√√×√101-105√×√×× 106-110√√×××111-115√√√√√ 116-120√×√××121-125√××√× 126-130×√√××131-135×√√×× 136-140×××√×141-145√√××× 146-150×√×√×151-155××√√× 156-160×√√√×161-165√×√√√ 166-170√×√××171-175√√×√√ 176-180××××√181-185√√×√× 186-190√××××191-195×√××√ 196-200√√×√√简答题答案1.应用刀具半径补偿指令应注意哪些问题？答：（1）刀补建立和刀补撤消程序段必须用G01或G00；（2）刀补进行过程中不可有其他轴运动；（3）刀具补偿值必须由H偏置代号指定，用CRT/MDI方式输入；若H代码为负，则G41与G42可相互取代。

第三章 计算机数控装置

第三章计算机数控装置第一节概述一、CNC装置软件的功能结构如图3-2所示。

二、CNC装置的功能控制功能（轴数）、准备功能、插补功能和固定循环功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自诊断功能、通信功能。

第二节CNC装置的硬件结构一、概述1、单机系统；采用分时处理来实现各种数控功能2、多机系统：有两个或两个以上CPU有一个主CPU有控制和使用系统存储器和系统总结权，其它CPU只能接受主CPU的控制命令或数据二、功能：如图3-5所示1、特点：采用模块化结构，良好的适应性和扩展性、结构紧凑、更换方便2、模块之间的通信a、共享总线：图3-14特点：易实现、经济、效率低b、共享存贮器：图3-15特点：避免防冲突、但扩展较困难三、各模块的作用1、计算机主板和系统总线主板：对输入到CNC装置中的各种数据、信息，进行相应的算术和逻辑运算，CPU芯片及其外围芯片，内存单元、通信接口、软、硬驱动器接口。

系统总线：如图3-7所示，有数据总线、地址总线、控制总线。

2、显示模块：VGA、SVGA3、输入/输出模块（多功能卡）通信接口，RS2324、电子盘（存储模块）作用：如存放系统程序、零件加工程序。

通常采用电子存储器件，即半导体存储器件。

5、设备辅助控制接口模块：如图3-9所示CNC对设备控制：1、轨迹控制：坐标轴的速度和位置；2、顺序控制：对设备动作。

交换的信息：1、开关量信号：行程开关；2、模拟量信号：传感器；3、脉冲量信号。

输入：状态信息→数字信息→计算机输出：满足各种有关执行元件的输入要求。

功率放大（功率匹配）、电气隔离PLC的定义：是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用可编程的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械设备和生产过程。

6、位置控制模块作用：接受CNC插补运算后输出的位置控制命令，经调节运算输出速度控制指令，然后进行相应的变换后（D/A转换），输出速度指令电压给速度控制单元，去控制伺服电机运行，对于闭环控制或半闭环控制，它还要回收实际位置信号和实际速度信号。

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计算机数控装置(1)
结构特征
❖ 面向公共存储器设计，即采用多端口来实现各主模块之 间的互连和通讯； ❖ 采用多端口控制逻辑来解决多个模块同时访问多端口存 储器冲突的矛盾。
由于多端口存储器设计较复杂，而且对两个以上的主模块， 会因争用存储器可能造成存储器传输信息的阻塞，所以这种结 构一般采用双端口存储器（双端口RAM）。
计算机数控装置(1)
4.2 CNC装置的硬件结构
按其中含有CPU的多少可分为： 单微处理机结构和多微处理机结构；
按电路板的结构特点可分为： 大板结构和模块化结构。
计算机数控装置(1)
单微处理器结构
以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与存储器 和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成 数控加工各个任务。
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和 专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。
CNC系统平台
计算机数控装置(1)
PC+CNC+PLC
计算机数控装置(1)
CNC系统工作过 程 输入→译码→数据处理→插补→将各个坐标轴的
分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动 伺服电动机，带动各轴运动→实时位置反馈控制，使各 个坐标轴能精确地走到所要求的位置。
共享总线结构
计算机数控装置(1)
结构特征
❖ 功能模块分为带有CPU的主模块和从模块 （RAM/ROM，I/O模块）； ❖ 以系统总线为中心，所有的主、从模块都插在严格 定义的标准系统总线上； ❖ 采用总线仲裁机构（电路）来裁定多个模块同时请 求使用系统总线的竞争问题。
计算机数控装置(1)
共享存储器结构
计算机数控装置(1)
中断型结构
此结构除了初始化程序之外，整个系统软件的各个 任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然 后由中断管理系统（由硬件和软件组成）对各级中断 服务程序实施调度管理。整个软件就是一个大的中断 管理系统。
功能模块型软件结构
多微处理器CNC装置一般采用模块化结构,每个微处理 器承担不同任务,形成特定功能模块,软件模块化，各 功能模块之间有明确的接口。
计算机数控装置(1)
④插补计算程序 在给定轮廓线上的起点和终点之间，插入多个中间
点位置坐标的运算过程。 中间点的插入是根据一定的算法由数控装置控制软
件或硬件自动完成。
计算机数控装置(1)
⑤位置控制软件 每个位置反馈采样周期，将插补给定值与反馈值
进行比较，用差值去控制电机。
计算机数控装置(1)
CNC系统的软件结构特
计算机数控装置(1)
资源（CPU）分时共享图
计算机数控装置(1)
并发处理和流水处理（对多资源的系统）
在多CPU结构的CNC系统中，根据各任务之 间的关联程度，可采用以下两种并行处理技术： ❖ 若任务间的关联程度不高，则可让其分别在不 同的CPU上同时执行—— 并发处理； ❖ 若任务间的关联程度较高，即一个任务的输出 是另一个任务的输入，则可采取流水处理的方法来 实现并行处理。
❖ 在单CPU结构的CNC系统中，可采用“资源分时共享” 并行处理技术。即：在规定的时间长度（时间片）内， 根据各任务实时性的要求，规定它们占用CPU的时间， 使它们分时共享系统的资源。
❖ “资源分时共享”的技术关键： 其一：各任务的优先级分配问题。 其二：各任务占用CPU的时间长度，即时间片的分配 问题。
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特点：
❖ 一个微处理器完成所有的功能； ❖ 采用总线结构； ❖ 结构简单，易于实现； ❖ 功能受限制。
组成：
微处理器（运算、控制）、存储器、总线、接口；
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1．微处理器 微处理器是CNC装置的中央处理单元，它能实现数控系统的数字运算和
管理控制，由运算器和控制器两部分组成。 2．总线
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开放式数控系统结构形式:
①软数控：Soft CNC 以PC机为平台，数控功能由软件模块实现，但要决实时性的问题。
通过接口卡对伺服驱动进行控制，由伺服系统驱动坐标轴电机。全方位 开放。 ② PC内嵌入运动控制卡:把多轴运动控制卡插入传统的PC中，实现以 坐标轴运动为主的实时控制（作为数控功能运行）。PC作为人机接口 平台。易实现，研究单位和高校。 ③ PC内嵌入专用数控模块：专业厂家认为CNC系统最主要功能是高速、 高精加工和可靠性，PC的死机现象是不允许的。已生产的大量CNC系 统在体系结构上变化，对维修和可靠性不利。故采取：增加一块PC板， 提供键盘，使PC与CNC联系在一起的方案。可界面开放，提高人机界 面的功能。专业CNC系统厂家（如fanuc，siemens等）现在都这样 做。
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多微处理器结构
在一个数控系统中有两个或两个以上的微处理器， 分别实现相应的数控功能。
特点：能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可 以实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出了 故障后，通过系统重组仍可断继续工作。 典型结构:共享总线型、共享存储器型及混合型结构
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点 特点:
多任务性与并行处理技术
❖ 多任务性：显示、译码、刀补、速度处理、插补处理、 位置控制、… ❖ 并行处理：系统在同一时间间隔或同一时刻内完成两个 或两个以上任务处理。 并行处理的实现方式：
☆资源分时共享（单CPU） ☆资源重叠流水处理（多CPU）
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资源分时共享并行处理（对单一资源的系统）
采用总线结构。分为数据总线、地址总线、和控制总线三组。 3．存储器
只读存储器（ROM）：系统程序 随机存储器（RAM）：运算的中间结果、需显示的数据、运行中的状 态、标志信息； CMOS RAM或磁泡存储器：加工ห้องสมุดไป่ตู้零件程序、机床参数、刀具参数； 4．输入/输出（I／O）接口 5．位置控制器 对进给运动的坐标轴位置进行控制（包括位置和速度控制） 对主轴控制：一般只包括速度控制 C轴位置控制：包括位置和速度控制 刀库位置控制（简易位置控制） 6．MDI／CRT接口 7．可编程序控制器（PLC） 8．通信接口
加工程序给定的进给速度是合成速度，无法直接控制。 速度处理要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标 的分速度。
❖ 开环系统:通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。 速度计算的方法是根据程编的F值来确定该频率值。
❖ 半闭环和闭环系统:采用数据采样方法进行插补加工， 速度计算是根据程编的F值，将轮廓曲线分割为采样周期 的轮廓步长。
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/12/7
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1）输入 输入内容:零件程序、控制参数和补偿数据。 输入方式:磁盘输入、光盘输入、键盘输入、通讯接口输入
及连接上位计算机的DNC接口输入 2）译码：以一个程序段为单位，根据一定的语法规则解释、
翻译成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格 式存放在指定的内存专用区内。
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3）数据处理：包括刀具补偿，速度计算以及辅助功能的处 理等。
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2020/12/7
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4.1 概述
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置、速 度（还包括电流）控制系统，其本质上是以多执行部 件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调 运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计 算机控制系统。
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流水处理技术示意图
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前后台型结构
分类:
❖ 前台程序:主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等 实时性很强的任务，它是一个实时中断服务程序。
❖ 后台程序(背景程序):完成显示、程序编辑管理、系统 输入/输出、插补预处理（译码、刀补处理、速度预处 理)等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，其 在运行过程中，不断地定时被前台中断程序所打断， 前后台相互配合来完成零件的加工任务。
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4.3 CNC装置的软件结构
组成：由CNC管理软件和CNC控制软件两部分组成。
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CNC系统软件的工作过程：
①输入程序 把加工程序、控制参数和补偿数据输入到CNC装置中。
②译码程序 将程序段中的工件轮廓信息、进给速度等工艺信息和
辅助信息翻译成计算机识别的数据形式，并按一定格式存放 在指定的内存专用区域。翻译过程中对程序段进行语法错误 检查和逻辑错误检查，发现错误立即报警。
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开放式数控系统结构
开放的含义:
❖ 可移植性：系统的应用模块无需经过任何改变就可以 用于另一平台，仍然保持原有特性。 ❖ 可扩展性：不同应用模块可在同一平台上运行。 ❖ 可协同性：不同应用模块能够协同工作，并以确定方 式交换数据。 ❖ 规模可变：应用模块的功能和性能以及硬件的规模可 按照需要调整。
4）插补：通过插补计算程序在一条曲线的已知起点和终点 之间进行“数据点的密化工作”。
5）位置控制：在每个采样周期内，将插补计算出的理论位 置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给伺服电 机。
6）I/O处理：处理CNC装置与机床之间的强电信号输入、 输出和控制。
7）显示：零件程序、参数、刀具位置、机床状态等。 8）诊断：检查一切不正常的程序、操作和其他错误状态。
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③数据处理程序 刀具半径和长度补偿、速度处理、辅助功能等处理。
刀补处理的主要工作： ❖ 根据G90/G91计算零件轮 廓的终点坐标值。 ❖ 根据R和G41/42，计算本 段刀具中心轨迹的终点坐标值。 ❖ 根据本段与前段连接关系， 进行段间连接处理。
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速度处理：