数控装置硬件结构.docVIP

一、数控装置硬件结构 1. 数控装置组成 计算机数控(CNC)装置是数控系统中的核心。数控系统的全部数控功能，均在CNC装置控制下完成。图 是CNC装置硬件的组成图。 图 CNC装置硬件的组成 从图中可看出，CNC装置有以下部分组成： (1)微处理器CPU，它是CNC装置的核心，在CNC装置中常用的有8位、16位、32位的微处理器。对于中、低档的数控系统一般采用8位或16位微处理器(如M6800，Z80、MCS-51等芯片)；对于高档的数控系统一般采用32位微处理器，如Intel80386等微处理器。 (2)存储器，存储器分为固化存储器(ROM)和随机存储器(RAM)。ROM主要用来存储数控系统的控制软件，RAM用来存储用户的零件加工程序和数据。存储器容量的大小，由系统的复杂程度和用户加工零件的程序长度来确定。 (3)输入／输出设备接口，这部分主要指与纸带阅读机、键盘、显示器等人机对话设备的接口电路，以及数据通信接口电路。 (4)开关量输入／输出接口。 (5)位置控制装置，实现对驱动装置进行控制的电路。 2.CNC装置的工作内容 CNC装置的工作是在硬件的支持下进行的。在运行软件的全过程中，对于一个通用数控系统来讲，它一般要完成以下工作： (1)输入 输入CNC装置的有零件程序、控制参数和补偿数据。输入方法有光电阅读机纸带输入、键盘输入、磁盘输入和连接上级计算机的DNC接口输入。CNC输入有两种方式：存储式方式和NC工作方式。前一种是一次将全部程序输入到CNC装置中，加工时一段段程序调出运行；后一种是一边输入程序一边运行程序。CNC装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。 (2)译码 它是将零件程序以一个程序段为单位进行处理，把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工信息(F代码等)和其他辅助代码信息(M、S、T代码等)，按照一定的语法规则解释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间中。在译码过程中，还要对数控代码进行语法检查，若有语法错误，便立即报警。 (3)刀具补偿 刀具补偿包括刀具长度和刀具半径补偿。通常CNC装置的零件程序是以零件轮廓轨迹来编程的。刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。 (4)进给速度处理 速度处理是将进给的合成速度分解成各坐标方向的速度。另外，包括自动换向和停止时的增减速处理。 (5)插补 插补是在已知起点和终点的轨迹上实现“数据点密化”，并将计算结果分配给控制轴。目前在一般的CNC装置中，仅能对直线、圆弧和螺旋线进行插补计算。但在一些专用或高档的CNC装置中，还能完成对椭圆、抛物线、正弦线和一些专用曲线的插补计算。 (6)位置控制 位置控制是处在伺服回路的位置环上，这部分工作可以由软件来做，也可以由硬件来完成。对闭环系统，它的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值来控制进给电机。对开环系统，将插补后的结果直接送驱动装置。 (7)I／O处理 I／O处理主要是处理CNC装置与机床之间强电信号的输入、输出(换刀、换档、冷却等)。该部分实现辅助机能控制信号的传递与转换，实现如主轴变速(S功能)、换刀(T功能)、冷却液和润滑液的开停(M功能)的强电控制，同时接收机床上的行程开关、按钮等输入信号，经接口变换电平后送到CPU处理。 (8)显示 CNC装置的显示主要是为操作者方便了解机床的状态；通常应有零件程序的 显示、参数显示、刀位位置显示、机床状态显示、报警显示等。显示方式有数码管和CRT显示器两种。 (9)诊断 诊断程序用于诊断CNC装置各部件的运行状态。 3. CNC硬件对微机的要求及选择 在选用微机和设计电路之前，首先要根据数控系绕的工作内容和控制对象来决定选用哪类机型。一般来讲，数控系统对微机有以下要求。 (1)较完善的中断系统 中断是计算机中非常有用的一种信息交换方式，它能解决CPU高速运算速度与低速外设的信息交换的问题，在高速运算同时完成与外设信息交换，提高CPU的工作效率。应用中断，可处理一些事先预料不到的情况，能及时处理实时信息。 (2)足够的内存 在数控系统中，微机内存一般存放许多内容，其中有：系统控制程序、数控源程序以及有关数据，而这些程序的长度取决于控制对象及控制方式。所以，在设计控制系统时，必须充分考虑机器的内存容量，否则就很难实现控制目的。 (3)一定数量的输入／输出通道(接口) 微机在数控系统中有许多输入、输出设备，例如阅读机、键盘、各种开关等。同时为了满足被控对象的控制需要有