第4章第一节 数控装置.ppt

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1、第4章第一节 数控装置数控机床本讲主要内容单微处理器数控系统的结构与特点单微处理器数控系统的结构与特点多微处理器数控系统的结构与特点多微处理器数控系统的结构与特点引言硬件是构成计算机数控装置的基础，它决定了数控装置的基本功能，不同的系统其组成结构不同，功能也相差甚远，根据使用要求的不同可采用不同的结构。CNC装置的硬件结构一般分为单微处理器结构（CPU）结构和多微处理器（CPU）结构。一、单微处理器结构 1定义单微处理器数控系统单微处理器数控系统 以微处理器（CPU）为核心，CPU通过总线与存储器以及各种接口相连接，采用集中控制，分式处理的工作方式，完成数控加工中各个任务。有的CNC装置虽然有

2、两个以上的微处理器，但其中只有一个微处理器能控制总线，其它的CPU只是附属的专用智能部件，不能控制总线，不能访问主存储器。它们之间构成主从结构，也属于单微处理器结构。2单微处理器数控系统特点：采用集中控制，分式处理的工作方式，完成数控加工中各个任务。3单微处理器数控系统体系结构：二、多微处理器数控系统结构定义多多微微处处理理器器数数控控系系统统 由两个或两个以上的CPU构成处理部件，各处理部件之间通过一组公用地址和数据总线进行连接。每个CPU都可享用系统公用存储器或IO接口，并分担一部分数控功能，从而将单微处理器的CNC装置中顺序完成的工作，转变为多微处理器并行、同时完成的工作，因而大大增强了

3、整个系统的性能。多微处理器的基本功能模块（）CNCCNC管管管管理理理理模模模模块块块块 具具有有管管理理和和组组织织整整个个CNCCNC系系统统工工作作过过程程的的职职能能。例例如如系系统统初初始始化化、中中断断管管理理、总总线线裁决、系统出错识别和处理、系统软硬件诊断等。裁决、系统出错识别和处理、系统软硬件诊断等。CNCCNC插插插插补补补补模模模模块块块块 对对工工件件加加工工程程序序进进行行译译码码、刀刀具具补补偿偿、坐坐标标位位移移量量计计算算和和进进给给速速度度处处理理等等插插补补前前的的预预处处理理工工作作。然然后后按按给给定定的的插插补补类类型型和和轨轨迹迹坐坐标进行插补计算，

4、向各个坐标轴发出位置指令值。标进行插补计算，向各个坐标轴发出位置指令值。位位位位置置置置控控控控制制制制模模模模块块块块 将将插插补补后后的的坐坐标标位位置置指指令令值值与与位位置置检检测测单单元元反反馈馈回回来来的的实实际际位位置置值值进进行行比比较较，并并进进行行自自动动加加减减速速、回回基基准准点点、伺伺服服系系统统滞滞后后量量的的监监视视和和漂漂移移补补偿偿，得得到到速速度度控控制制的的模模拟拟电电压压，驱驱动动进给电动机。进给电动机。多微处理器的基本功能模块（）PLCPLC模模模模块块块块 对对加加工工程程序序中中的的开开关关功功能能和和来来自自机机床床的的信信号号进进行行逻逻辑辑处

5、处理理，实实现现各各功功能能与与操操作作方方式式之之间间的的连连锁锁，如如机机床床电电气气设设备备的的起起动动与与停停止止、刀刀具具交交换、回转台分度、工件数量和运行时间的计算等。换、回转台分度、工件数量和运行时间的计算等。数数数数据据据据输输输输入入入入输输输输出出出出和和和和显显显显示示示示模模模模块块块块 包包括括加加工工程程序序、参参数数和和数数据据、各各种种操操作作命命令令的的输输入入（如如通通过过纸纸带带阅阅读读机机、键键盘盘或或上上级级计计算算机机等等）和和输输出出（如如通通过过打打印印机机、纸纸带带穿穿孔孔机机等等）以以及及显显示示（如如通通过过CRTCRT、液液晶晶显显示器等

6、）所需要的各种接口电路。示器等）所需要的各种接口电路。存存存存储储储储器器器器模模模模块块块块 既既可可以以是是存存放放程程序序和和数数据据的的主主存存储储器器，也可以是各功能模块间传送数据用的共享存储器。也可以是各功能模块间传送数据用的共享存储器。多微处理器结构的特点（）计计计计算算算算处处处处理理理理速速速速度度度度高高高高 多多微微处处理理机机结结构构中中的的每每一一个个微微处处理理器器完完成成系系统统中中指指定定的的一一部部分分功功能能，独独立立执执行行程程序序，并并行行运运行行，比比单单微微处处理理机机提提高高了了计计算算处处理理速速度度。它它适适应应多多轴轴控控制制、高高进进给给速

7、速度度、高高精精度度、高高效效率率的的数数控控要要求求。由由于于系系统统共共享享资资源源，性性能能价价格格比也较高。比也较高。可可可可靠靠靠靠性性性性高高高高 由由于于系系统统中中每每个个微微处处理理器器分分管管各各自自的的任任务务，形形成成若若干干模模块块插插件件，模模块块更更换换方方便便，可可使使故故障障对对系系统统影影响响减减到到最最小小。共共享享资资源源省省去去了了重重复复机机构，不但降低造价，也提高了可靠性。构，不但降低造价，也提高了可靠性。多微处理器结构的特点（）有有有有良良良良好好好好的的的的适适适适应应应应性性性性和和和和扩扩扩扩展展展展性性性性 多多微微处处理理机机的的CNC

8、CNC装装置置大大都都采采用用模模块块化化结结构构。可可将将微微处处理理机机、存存储储器器、输输入入输输出出控控制制组组成成独独立立微微计计算算机机级级的的硬硬件件模模块块，相相应应的的软软件件也也是是模模块块结结构构，固固化化在在硬硬件件模模块块中中。硬硬软软件件模模块块形形成成一一个个特特定定的的功功能能单单元元，称称为为功功能能模模块块。功功能能模模块块间间有有明明确确定定义义的的接接口口，接接口口是是固固定定的的，成成为为工工厂厂标标准准或或工工业业标标准准，彼彼此此可可以以进进行行信信息息交交换换。于于是是可可以以积积木木式式组组成成CNCCNC装装置置，使使设设计简单，有良好的适应

9、性和扩展性。计简单，有良好的适应性和扩展性。硬硬硬硬件件件件易易易易于于于于组组组组织织织织规规规规模模模模生生生生产产产产 一一般般硬硬件件是是通通用用的的，容容易易配配置置，只只要要开开发发新新软软件件就就可可构构成成不不同同的的CNCCNC装装置置，便于组织硬件规模生产，保证质量，形成批量。便于组织硬件规模生产，保证质量，形成批量。多微处理器CNC装置的典型结构(1)采采用用多多微微处处理理器器结结构构的的CNCCNC装装置置，有有共共享享总总线线和和共享存储器共享存储器两种典型结构。两种典型结构。共共共共享享享享总总总总线线线线结结结结构构构构 以以系系统统总总线线为为中中心心，把把组

10、组成成CNCCNC装装置置的的各各种种功功能能模模块块划划分分为为带带有有CPUCPU的的各各种种主主模模块块和和不不带带CPUCPU的的各各种种从从模模块块，如如RAMRAMROMROM模模块块或或I IO O模模块块是是从从模模块块，管管理理模模块块、控控制制模模块块、插插补补模模块块是是主主模模块块。所所有有主主、从从模模块块共共享享是是严严格格定定义义的标准系统总线。的标准系统总线。系系系系统统统统总总总总线线线线的的的的作作作作用用用用 有有效效地地连连接接各各个个模模块块，按按照照要要求求交换各种数据和控制信息，构成一个完整的系统。交换各种数据和控制信息，构成一个完整的系统。FAN

11、UC15系统共享总线结构框图：多微处理器CNC装置的典型结构(2)共共共共享享享享存存存存储储储储器器器器结结结结构构构构 是是面面向向公公共共存存储储器器来来设设计计的的，即即采采用用多多端端口口来来实实现现各各主主模模块块之之间间的的互互联联和和通通讯讯，同同共共享享总总线线结结构构一一样样，该该系系统统在在同同一一时时刻刻也也只只能能允允许许有有一一主主模模块块对对多多端端口口存存储储器器进进行行访访问问（读读写写），所所以以，也也必必须须有有一一套套多多端端口口控控制制逻逻辑辑来来解解决决访访问问冲冲突突这这一一矛矛盾盾。但但由由于于多多端端口口存存储储器器设设计计较较复复杂杂，而而目目对对两两个个以以上上的的主主模模块块，会会因因争争用用存存储储器器可可能能造造成成存存储储器器传传输输信信息息的的阻阻塞塞，降降低低系系统统效效率率，给给扩扩展展功功能能造造成成困困难难，所所以以一一般般采采用用双双端端口存储器（双端口口存储器（双端口RAMRAM）。）。共享存储器结构框图:5.多微处理器系统的体系结构思考与练习：CNC系统的单微处理器硬件结构与多微处理器硬件结构有何区别？多微处理器结构有哪些功能模块？这些功能模块可以通过哪些方式构造多微处理器结构？