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第二讲数控系统的基本结构

数控系统由基本硬件与控制软件组成。目前各数控厂家的产品可以归纳为两种风格：一

种是采用专用硬件，其控制软件简单；另一种是采用通用硬件，其控制软件复杂。

一、基本硬件构成

数控系统（CNC）基本硬件通常由微机基本系统、人机界面接口、通信接口、进给轴

位置控制接口、主轴控制接口以及辅助功能控制接口等部分组成，如图2—1所示。

图2—1数控系统总体结构示意图

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FANUC0i数控装置构成框图如图2—2所示。

FANUC3MA数控装置构成框图如图2—3所示。

图2—2FANUC0i数控装置构成框图

㈠、微机基本系统

通常微机基本系统是由CPU、存储器（EPROM、RAM）、定时器、中断控制器等几个

主要部分组成。

1、CPU

CPU是整个数控系统的核心，常见的中低档数控系统基本上采用8位或16位CPU，如

8088／8086、8031等。随着CPU系统向高精度方向发展，要求其最小设定单位越来越小，

同时又要求CPU系统能满足大型机床的需要，当最小设定单位是1μm时，16位二进制数所

表示的最大坐标为－32.767～＋32.767mm，这显然是不够的，而采用32位二进制数时，最

大坐标范围约为－2000～＋2000m，因此数控系统一般采用24位二进制数，其坐标范围为

－8388.607～＋8388.607mm。因此选用8位CPU就需要三个或四个字节运算，这就严重影

响了运算速度，当最小设定单位为0.1μm时，这个问题将更加严重。因此现代数控系统大多

采用16位或32位的CPU，以满足其性能指标，如采用8位CPU，则为多CPU结构。例如

FANUC15、SIEMENS840、FAGOR8050等系统均为32位CPU，而FAGOR8025系统则

采用8位多CPU结构。

2、EPROM

EPROM用于固化系统控制软件，数控系统的所有功能都是固化在EPROM中的程序的

控制下完成的。在数控系统中，硬软件有密切的关系，由于软件的执行速度较硬件慢，当

CPU功能较弱时，则需要专用硬件解决问题或采用多CPU结构。现代数控系统常采用标准

化与通用化总线结构，因此不同的机床数控系统可以采用基本相同的硬件结构，并且系统的

改进与扩展十分方便。

在硬件相对不变的情况下，软件仍有相当大的灵活性。扩充软件就可以扩展CNC的功

能，而且软件的这种灵活性有时会对数控系统的功能产生极大的影响。在国外，软件的成本

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甚至超过硬件。例如FANUC3T与3M的差别仅在EPROM中的软件，FANUC3M二轴半

联动变为三轴联动也仅需要更换EPROM中的软件。

图2—3FANUC3MA数控装置构成框图

3、RAM

RAM中存放可能改写的信息，在图2—4中，除中断堆栈存放区和控制软件（系统）数

据暂存区外，均有后备电池掉电保护功能，即当电源消失后，由电池来维持RAM芯片电压，

以保持其中信息，其原理示意如图2—5所示。

现在大量使用的CMOS半导体RAM芯片如62648（8K），62256（32K），628128（128K），

其维持功耗很低。如日立HM628128芯片，其电源电压大于2V即可维持信息不丢失，并且

维持电流小于lμA左右，这就大大延长了电池的使用寿命。

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图2—4数控系统RAM区分配示意图