第二章 计算机数控系统CNC与控制原理

本章主要内容

第一节 概述

第二节 CNC装置的硬件结构

第三节 CNC装置的软件结构

第四节 可编程控制器(PLC)

第五节 典型的CNC系统简介

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2.1概述

1. CNC系统?

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。

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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2.1概述

CNC系统平台

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2.1概述

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2.1概述

2. 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。

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接口输入等。

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2.1概述

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。

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。

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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2.2 CNC装置的硬件结构

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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2.2 CNC装置的硬件结构

单微处理器

单微处理器硬件结构图

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2.2 CNC装置的硬件结构

1. 单微处理器数控装置:

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。

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

单微处理器结构组成：

微处理器(运算、控制)、存储器、总线、接口；

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2.2 CNC装置的硬件结构

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：加工的零件程序、机床参

数、刀具参数 。

位置控制单元

?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

?刀库位置控制(简易位置控制)

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2.2 CNC装置的硬件结构

2. 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

故障后，通过系统重组仍可断继续工作。

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2.2 CNC装置的硬件结构

结构形式：可分：分布式、主从式、总线式。

分布式：各CPU独立、完整，通过外部通信链路连接起来，

数据交换和资源共享通过网络技术实现。

主从式：主控CPU、从控CPU，主控CPU才能控制和访问总

线，通过总线对从控CPU控制、监视、协调。

总线式(多主式)：主