计算机数控系统

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5.1CNC装置的组成

数控装置是机床数控系统的核心，

我们已经对其在系统中的主要作用有了一

个概括性的了解，由于它在整个系统中的

重要性，在本章我们将对其进行较详细的

讨论。

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5.1CNC装置的组成

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从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置

（轨迹）控制系统，其本质上是以多执行部件（各运

动轴）的位移量为控制对象并使其协调运动的直动控

制系统,是一种配有专用操作系统的计算机捽制系统。

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。

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5.1CNC装置的组成

¥LCNC系统的硬件一般性结构

设备层

机

机器人

测量机

图5-1CNC的一般性硬件结构

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5.1CNC装置的组成

2.CNC系统软件的功能性结构

。本质特征CNC系统软件是具有实时性和多

任务性的专用操作系统,

.功能特征操作系统由CNC管理软件箱CNC>

制软功两部分组成。

。它是CNC系统活的灵魂。

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5.1CNC装置的组成

操作系统

管理软件控制软件

机

床主

输轴

入控

输制

出

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5.1CNC装置的组成

3.CNC硬件软件的作用和相互关系

°CNC装置的系统软件在系统硬件的支持下，

合理地组织、管理整个系统的各项工作，

实现各种数控功能，使数控机床按照操作

者要求，有条不紊地进行加工。

。CNC系统基本硬件和软件构成了CNC系统的

系统平台。

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5.1CNC装置的组成

数控加工程序

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5.1CNC装置的组成

4.系统平台的功用

•平台提供CNC系统基本配置的必备功能;

。平台提供根据用户或市场要求进行新

型CNC设备的功能设计和开发的环境和

工具。

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5.2CNC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，使系统功能的修改、

扩充变得较为灵活。

•CNC装置其基本配置部分是通用的，不同

的数控机床仅配置相应的特定的功能模块,

以实现特定的控制功能。

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5.2CNC装置的优点

2.数控功能丰富

•插补功能：二次曲线插补、样条插补、空

间曲面插补

。补偿功能：运动精度补偿、随机误差补偿、

非线性误差补偿等

•人机对话功能：加工的动、静态跟踪显示,

高级人机对话窗口

。编程功能：G代码、蓝图编程、部分自动编

程功能。

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5.2CNC装置的优点

3.可靠性高

。CNC装置采用集成度高的电子元件、芯片、

采用VLSI本身就是可靠性的保证。

•许多功能由软件实现，使硬件的数量减少。

O丰富的故障诊断及保护功能（大多由软件实

现），从而可使系统的故障发生的频率和发

生故障后的修复时间降低。12

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5.2CNC装置的优点

4.使用维护方便

。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。

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5.2CNC装置的优点

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，硬件的不断减

小），使其与机床在物理上结合在

一起成为可能，减少占地面积，方

便操作。

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4-5.3-CN-C装-置的-功-能--

CNC装置的功能是指满足用户操作和

机床控制要求的方法和手段。数控装置的

功能包括基本功能和选择功能。

.基本功能——数控系统基本配置的功

能，即必备的功能；

■选择功能-用户可根据实际要求选

择的功能。

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5.3CNC装置的功能

1.控制功能

2,准备功能（G功能）

3.插补功能和固定循环功能

4.进给功能

5.主轴功能

6.辅助功能（M功能）

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5.3CNC装置的功能

7.刀具管理功能

8.补偿功能

9.人机对话功能

10.自诊断功能

11.通讯功能

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5.4CNC装置的硬件结构

1、概述

CNC装置从它的硬件组成结构来看,

若从系统中含有中央处理器（CPU）的多

少来看，可分为：

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5.4CNC装置的硬件结构

-单机系统：整个CNC装置只有一个CPU,它

集中控制和管理整个系统资源，通过分时

处理的方式来实现各种NC功能。

■多机系统：CNC装置中有两个或两个以上的

CPU,即系统中的某些功能模块自身也带有

CPUo

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5.4CNC装置的硬件结构

根据部件间的相互关系又可将其分为

♦主从结构

♦多主结构

♦分布式结构

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5.4CNC装置的硬件结构

2、单机或主从结构模块的功能介绍

aCNC装置是按模块化设计的方法构造的。

°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。

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5.4CNC装置的硬件结构

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讨算机主板PMC模块

系L＞主轴控制模板

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显示卡

总

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多功能卡口

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电子盘5

图5-4CNC系统硬件框图

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5.4CNC装置的硬件结构

（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。其功能结构：

■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、硬驱动器以及光驱的接口

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5.4CNC装置的硬件结构

■计算机主板的主要作用：对输入到CNC装置中

的种种数据、信息（零件加工程序，各种I/O信

息等）进行相应的算术和逻辑运算。并根据其

处理结果，向各功能模块发出控制命令，传送

数据，使用户的指令得以执行。

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5.4CNC装置的硬件结构

(2)显示模块(显示卡)

■显示卡的主要作用：接收来自CPU的控制命令

和显示用的数据，经与CRT的扫描信号调制后,

产生CRT显示器所需要的视频信号，在CRT上

产生所需要的画面。

■它是人机交流的重要媒介，给用户提供了一

个直观的操作环境，可使用户能快速地熟悉

适应其操作过程。

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5.4CNC装置的硬件结构

（3）输入/输出模块（多功能卡）

■它是CNC装置与外界进行数据和信息交换

的接口板。

■该模块也是标准的PC机模块。如果计算机

主板选用的是ALL-IN-ONE主板，此板可

省略。

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5.4CNC装置的硬件结构

（4）电子盘（存储模块）

■电子盘是CNC装置特有的存储模块。在

CNC装置中它用来存放下列数据和参数:

■系统软件、系统固有数据；

-系统的配置参数（系统所能控制的进

给轴数，轴的定义，系统增益等）；

■用户的零件加工程序。

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5.5CNC装置的软件结构

1、CNC装置软件和硬件的功能界面

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5.5CNC装置的软件结构

2、CNC装置的数据转换流程

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5.5CNC装置的软件结构

数控系统的PLC模块

(ProgrammableMachineController)

■PLC模块：CNC装置实现顺序控制的模块。

■PLC模块的作用：接收来自操作面板、机床

上的各行程开关、传感器、按钮、强电柜

里的继电器以及主轴控制、刀库控制的有

关信号，经处理后输出去控制相应器件的

运行。

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