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二、CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

(一)單微處理器結(jié)構(gòu)與多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置

1.單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置

(1)單微處理器CNC裝置只有一個微處理器，或雖然有兩個以上的微處理器，但其中只有一個微處理器能夠控制總線，而其他微處理器不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，各微處理器組成主從結(jié)構(gòu)。

(2)單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置幾乎都采用以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)。CPU 通過總線與存儲器(RAM、EPROM)、可編程控制器PLC、位置控制器及各種接口相連。

(3)單微處理器CNC裝置中，微處理器(CPU)是核心;總線是CNC裝置各部分之間傳送信息的公共通道。

(4)按照印刷電路插接方式的不同，單微處理器結(jié)構(gòu)的 CNC 裝置可以分為：

①大板結(jié)構(gòu)：CNC裝置由主板和輔助功能板(卡)組成。

ⅰ)主板為大印刷電路板，CNC裝置的主要功能都集在這塊板上。

ⅱ)輔助功能板為小印刷電路板，如PLC板、I/O控制板、CRT顯示控制板、附加存儲板等。輔助功能板插在主板的插槽內(nèi)，受主板驅(qū)動。

②模塊化結(jié)構(gòu)。是將CNC裝置的硬件按功能劃分成模板，每個功能模塊都制成尺寸相同的印刷電路板，稱為功能模板。

ⅰ)采用標準總線作為母版，將各功能模板插在母板上。

ⅱ)全部數(shù)控功能，包括數(shù)據(jù)存儲、插補運算、輸入輸出控制、顯示等都由一個微處理器完成，整個CNC裝置的功能將受到 CPU字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的影響。

2.多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置。

Ⅰ 特點：

與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，運算速度更高，更適合于多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求;具有良好的適應性和擴展性。

Ⅱ 結(jié)構(gòu)：

多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個功能模塊分管各自的任務。采用模塊化結(jié)構(gòu)，采取積木方式組成CNC裝置，發(fā)生故障時可及時更換模塊。

Ⅲ 分類：

模塊化結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置中的基本功能模塊一般有以下六種。

(1)CNC管理模塊。

(2)CNC插補模塊。

(3)位置控制模塊。

(4)存儲器模塊。

(5)PLC模塊。

(6)指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。

Ⅳ 模塊之間結(jié)構(gòu)分類：

多微處理器CNC裝置各模塊之間的互連和通信主要采用共享總線和共享存儲器兩類結(jié)構(gòu)。

(1)在共享總線結(jié)構(gòu)中，將各功能模塊插在配有總線插座的機框內(nèi)，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各種預定的功能。

共享總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)配置靈活，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，造價低，因此經(jīng)常被采用。缺點是由于各主模塊使用總線時會引起“競爭”，而使信息傳輸效率降低，總線一旦出現(xiàn)故障會影響全局。

(2)共享存儲器結(jié)構(gòu)采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理器之間的互聯(lián)和通信。但是這種結(jié)構(gòu)功能擴展比較困難并且多端口存儲器不易制造。

3.單微處理器結(jié)構(gòu)與多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的區(qū)別：

①單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置只有一個微處理器能夠控制總線，占有總線資源，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有多個微處理器。

②單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用以總線為中心的計算機結(jié)構(gòu)，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置各模塊之間的互連和通信除了采用共享總線結(jié)構(gòu)外，還采用共享存儲器結(jié)構(gòu)。

③單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有大板和模塊兩種結(jié)構(gòu)形式，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置都采用模塊化結(jié)構(gòu)形式。

④單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的功能受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制，用于控制功能不十分復雜的數(shù)控機床中。多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控機床。

⑤與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置具有更好的適應性和擴展性。使故障對系統(tǒng)的影響更低。

(二)專用CNC裝置與開放式CNC裝置

1.特點：

(1)專用型CNC裝置結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、技術(shù)成熟，在制造業(yè)中得到廣泛應用。

(2)采用封閉式的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)硬件是專用的，組成系統(tǒng)的功能板及其之間的連接方式都是專門設計而不能通用;系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)也是專用的，細節(jié)對外不公開，不能提供給用戶。所以帶來很大的不便。

2.CNC裝置開放化的體現(xiàn)：

(1)系統(tǒng)組成內(nèi)部的開放化，即系統(tǒng)內(nèi)部硬、軟的公開化。這樣，不僅降低了開發(fā)成本，而且還能開發(fā)出理想的、適合用戶需求的各種功能。

(2)系統(tǒng)組成各部分之間的開放化，即各組成部分(如CNC、伺服驅(qū)動、主軸驅(qū)動等)之間的接口標準化。這樣就可以從眾多的組件生產(chǎn)廠家中選擇最佳組件構(gòu)成整機。

3.開放式CNC裝置(即PC—NC系統(tǒng))的組成方式分類：

(1)PC連接型CNC。這是一種將現(xiàn)有CNC與PC通過串行通信連接起來的一種形式。其優(yōu)點是易實現(xiàn)，CNC部分幾乎可以不加改動，也可以使用通用軟件;其缺點是CNC部分不能實現(xiàn)開放化，系統(tǒng)響應速度慢。

(2)PC內(nèi)藏型CNC。即在CNC內(nèi)部加裝PC，PC與CNC之間通過專用總線連接。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點是CNC部分幾乎可以不加改動地使用，數(shù)據(jù)傳輸快，系統(tǒng)響應快;缺點是不能直接使用通用PC。

(3)CNC內(nèi)藏型PC。即在通用PC的擴展槽中插入專用CNC，專用CNC具有包括加工軌跡生成等幾乎所有的CNC處理功能。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點是能夠充分保證系統(tǒng)性能，軟件通用性強而且編程處理靈活;缺點是很難利用現(xiàn)有的CNC資源和系統(tǒng)的可靠性。

(4)全軟件型NC。即CNC的全部功能都由PC完成。優(yōu)點是硬件通用性強，編程處理靈活;缺點是在通用PC上較難實現(xiàn)實時處理，較難保證系統(tǒng)性能，而且難以利用現(xiàn)有CNC資源。

【例題8•單選題】 多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的基本功能模塊不包括( )。

A.CNC管理模塊

B.CNC插補模塊

C.總線控制模塊

D.位置控制模塊

答案：C

模塊化結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置中的基本功能模塊一般有以下六種。

(1)CNC管理模塊。

(2)CNC插補模塊。

(3)位置控制模塊。

(4)存儲器模塊。

(5)PLC模塊。

(6)指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。

【例題9•多選題】 當今CNC裝置生產(chǎn)廠家推出的單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置 ( )。

A.都有大板結(jié)構(gòu)形式的硬件

B.都有總線結(jié)構(gòu)形式的硬件

C.都有共享存儲器結(jié)構(gòu)形式的硬件

D.都有模塊化結(jié)構(gòu)形式的硬件

E.都適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求

答案：BD

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