64数控技术第四章计算机数控装置的软、硬件结构.pptx

机床I/O 主轴控制模板 速度控制单元1
…
I/O设备 多功能卡 电子盘
位置控制板n 功能模板1
速度控制单元n 功能驱动1
…
CNC装置
功能模板m
功能驱动m CNC系统
CNC装置是按模块化设计的方法构造的
模块化设计方法：
将控制系统按功能划分成若干种具有 独立功能的单元模块,并配上相应的驱动 软件。系统设计时按功能的要求选择不 同的功能模块，并将其插入控制单元母 板上，即可组成一个完整的控制系统的 方法。其中单元母板一般为总线结构的 无源母板，它提供模块间互联的信号通 路。
实现CNC系统模块化设计的条 件是总线(BUS)标准化。
采用模块化结构时，CNC系统 设计工作则可归结为功能模块 的合理选用。
1、计算机主板和系统总线(母板) 计算机主板是CNC装置的核心。 包括：
CPU及其外围芯片；
内存单元、cache及其外围芯片；
通讯接口(串口，并口，键盘接口)。
软、硬驱动器接口
CNC装置的功能通常包括：
基本功能——数控系统基本配
置的功能，即必备功能；
选择功能——用户可根据实际
要求选择的功能
CNC装置的主要功能有：
1、控制功能 指ＣＮＣ装置能够控制的以
及能够同时控制联动的轴数。
控制轴有移动轴和回转轴、 基本轴和附加轴。联动轴数越 多，CNC装置的功能越强，加 工的零件越复杂。
6、位置控制模块
位置控制模块是进给伺服 系统的重要组成部分，是实现轨 迹控制时，CNC装置与伺服驱动 系统连接的接口模块。
常用的位置控制模块有：
开环位置控制模块：CNC装 置与步进电机驱动电源的接 口；
闭环（含半闭环）位置控制 模块： CNC装置与直流、交 流伺服驱动装置的接口。

多CPU共享总线结构框图
主轴放大器 及电机
并行总线仲裁方式中，要配备专用逻辑电路来解决主模块的优先权问题， 通常采用优先权编码器。这种结构模块之间的通讯，主要依靠存储器来 实现。大部分采用公共存储器方式，公共存储器直接插在系统总线上， 有总线使用权的主模块能访问。
共享总线结构的优点：系统配置灵活，结构简单，容易实现，造价低， 不足之处：会引起竞争，使信息传输效率低，总线一旦出现故障，会影响全局。
七十年代以后，随着数控机床(CNC)技术的不断发展，数控系统的存贮容量和计算速 度都大为提高，DNC的含义由简单的直接数字控制发展到分布式数字控制。它不但具 有直接数字控制的所有功能，而且具有系统信息收集、系统状态监视以及系统控制 等功能。
八十年代以后，随着计算机技术、通讯技术和CIMS技术的发展，DNC的内涵和功能不 断扩大，与六、七十年代的DNC相比已有很大区别，它开始着眼于车间的信息集成， 针对车间的生产计划，技术准备，加工操作等基本作业进行集中监控与分散控制， 把生产任务通过局域网分配给各个加工单元，并使之信息相互交换。而对物流等系 统可以在条件成熟时再扩充，既适用于现有的生产环境，提高了生产率，又节省了 成本。
CPU1为中央处理器，其任务是数控程序的编制、译码、刀具和机床参数的 输入。此外，作为主处理器，它还控制CPU2和CPU3，并与之交换信息。
CPU2为CRT显示处理器，它的任务是根据CPU1的指令和显示数据，在显示 缓冲区中组成一副画面数据，通过CRT控制器、字符发生器和移位寄存器，将显 示数据串行送到视频电路进行显示。此外它还定时扫描键盘和倍率开关状态，并 送CPU1进行处理。
CPU3为插补处理器。插补控制程序，存储在16K的EPROM存储器中，它完成的 工作是插补运算、位置控制、机床输入/输出接口和RS232C接口控制。

逐点比较法直线插补
Fi 1, j Y j X e ( X i 1)Ye
Y j X e X iYe Ye Fi , j Ye
若Fi,j＜0，应向+Y方向走一步, Yi+1=Yi+1 M(Xi,Yj)
Fi , j 1 (Y j 1) X e X iYe
Y j X e X iYe X e Fi , j X e
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开放式体系结构的定义
• 分布式控制,构造应该是透明的,可移植的. • 可实现重构,编辑,以便实现一个系统多种用途. CNC,PLC,RC,CC • 各模块相互独立,可以对各模块独立开发,补充,扩展. • 有较好的通信和接口协议. 开放式体系结构CNC的优点 • 向未来技术开放.可以采纳,吸收,和兼容新的软硬件资源. • 标准化的人机界面和编程语言. • 向用户特殊要求开放.可扩充自己的功能,融入自己的诀窍.
而且保证了Δx及Δy小于1的条件. 因此, 刀具从原点到达终点的累加次数m就有 m=1/ K =1/ 2n= 2n 当K=1/ 2n时, 对二进制数来说, Kxe与xe的差别仅在于小数点的位置不同, 将xe 的小数点左移n位即为Kxe.因此, 在n位的内存中存放 xe,(xe为整数), 和存放Kxe的 数字是相同的, 只是认为Kxe的小数点出现在最高位数之前.
M(Xi，Yj)
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逐点比较法圆弧插补例
例1：插补第一象限逆时针圆弧AB，起点坐标X0=6 ， Y0=0终点坐标为 Xe=0 ， Ye=6 X
B
O
A
Y
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逐点比较法圆弧插补例
例2：插补第一象限逆时针圆弧AB，起点坐标X0=20 ， Y0=0终点坐标 为Xe=0 ， Ye=20

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1、早期的数控系统：
输入、运算、插补、控制功能均由电子管、晶体管、中小规模集成电路组成的逻
辑电路实现。不同的数控机床需要设计专门的逻辑电路，可靠性差，功能和灵活性差。 1974
年美日等研究出了以微处理器为核心的数控系统，之后8位、16位、32位、64位的CNC被应用。
2、当前的数控系统：输入、运算、插补、控制功能等均由运动控制芯片完成；
3/30/2020
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4.3 CNC装置的软件结构
1、CNC装置的软硬件界面（软硬件的功能界面） 2、CNC装置的软件系统特点(合理软件的主要内容) 3、CNC装置软件结构模式（软件的合理结构） 4、国际标准的软件结构（发展趋势、设计优势）
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4.4 CNC装置的插补原理
1、CNC装置的插补原理 2、脉冲增量法直线插补 3、脉冲增量法圆弧插补 4、数字积分法直线插补 5、刀具补偿原理、进给速度控制、PLC
控功能，具有良好的“柔性”，可通过改变软件来更改或扩展功能。
2）CNC装置组成： 由硬件、软件组成，软件在硬件的支持下运行，二者缺一不可。
3）CNC装置控制内容： 对机床控制而言，主要有运动控制和逻控制两种基本形式。 a、运动控制：有位移、速度、加速度三要素及其组合控制，如：机床各伺
服轴的插补运动控制、速度控制、加减速控制、主轴速度控制、主轴定位控制、 主轴与进给轴的插补控制等。
2、并行处理的方法： 资源分时共享处理、资源重叠流水 处理 3、任务性质的划分：
4、软件结构模式：指系统软件的组织管理方式，即系统任务的
划分方式、任务调度机制、任务间的信息交换机制、系统集成方 法等。
三种模式：前后台型结构模式；中断型结构模式； 基于实时操作系统的结构模式