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第二節(jié)　CNC 裝置

一、CNC裝置所具備的功能

1.功能：

根據(jù)輸入的零件加工程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)，完成數(shù)值計算和邏輯判斷，進(jìn)行輸入、輸出控制。

2.功能分類：

(1)基本功能：

控制功能、準(zhǔn)備功能、插補功能、進(jìn)給功能、主軸功能、輔助功能、刀具和工作臺分度功能、字符顯示功能、診斷功能屬于數(shù)控機床必備的基本功能，價格比較便宜;

(2)選擇功能：

補償功能、固定循環(huán)功能、圖形顯示功能、通信功能及在線自動編程功能屬于選擇功能，用戶可根據(jù)需要加以選用。

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(重點)

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。

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。

2.多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置。

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(wù)。

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)。

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(fù)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(jìn)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(yīng)性和擴展性。使故障對系統(tǒng)的影響更低。

三、CNC裝置的軟件(重點)

(一)CNC 裝置的控制流程

控制流程：

機床所需要的各種控制指令、參數(shù)以及加工數(shù)據(jù)通過輸入設(shè)備送入 CNC 的存儲裝置中。加工時再從存儲器調(diào)出，按程序段進(jìn)行譯碼，將零件加工程序轉(zhuǎn)變成為 CNC 裝置能夠接受的代碼。

譯碼后分為兩路：

1.低速輔助信息

(1)輔助功能 M(主軸起、停，冷卻液通、斷，刀具更換等);

(2)主軸轉(zhuǎn)速功能 S(主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定);

(3)刀具功能 T(刀具選擇)。

低速輔助信息由 PLC 處理和輸出，實現(xiàn)輔助控制。

2.高速軌跡信息(數(shù)字控制信息)

(1)刀具補償處理(將零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換為刀具中心軌跡);

(2)進(jìn)給速度處理(各運動坐標(biāo)分速度的計算和限速處理)。

高速軌跡信息經(jīng)過預(yù)處理后再進(jìn)行插補和位置控制，經(jīng)過控制伺服系統(tǒng)實現(xiàn)坐標(biāo)軸的協(xié)同運動，以實現(xiàn)NC控制。

(二)CNC裝置的多任務(wù)并行處理

1.任務(wù)種類：

CNC裝置的系統(tǒng)軟件除了要執(zhí)行必要的控制任務(wù)外，還必須具有管理任務(wù)。

2.控制任務(wù)內(nèi)容：

控制任務(wù)包括譯碼、刀具補償、速度處理、插補、位置控制等，這類任務(wù)要求很強的實時性;

3.管理任務(wù)內(nèi)容：

包括人機界面管理、程序的輸入輸出、顯示、診斷等。相對于控制任務(wù)而言，管理任務(wù)的特點是實時性要求不高。

4.并行處理：

在許多情況下，CNC裝置中的控制和管理的某些任務(wù)必須同時進(jìn)行，即并行處理。

四、可編程序控制器(重點)

(一)PLC概述

1.PLC 的組成

PLC 實質(zhì)上是一種專用工業(yè)控制計算機，其組成包括硬件和軟件兩部分。

Ⅰ 硬件組成：

PLC 硬件包括基本組成部分、I/O擴展部分和外部設(shè)備三大部分。

(1)基本組成部分是構(gòu)成PLC的最小系統(tǒng)，包括CPU及存儲器、輸入接口、輸出接口、電源等。

(2)I/O擴展部分

當(dāng)用戶所需要的輸入、輸出點數(shù)超過基本系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)時，由 I/O擴展部分?jǐn)U大系統(tǒng)的總點數(shù)。

(3)外部設(shè)備

是開發(fā) PLC控制系統(tǒng)的輔助設(shè)備，主要包括：

編程器、 EPROM 寫入器 、磁帶機、打印機、監(jiān)視器等。

Ⅱ 軟件組成：

PLC 軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩部分。

(1)系統(tǒng)軟件由生產(chǎn)廠家編制，用于管理、協(xié)調(diào) PLC 各部分的工作，通常被固化在ROM 中。

(2)應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)控制的需要，用 PLC 語言編寫的程序。

應(yīng)用軟件一般存在 RAM 中，并使用鋰電池進(jìn)行掉電保護(hù);不經(jīng)常變化的應(yīng)用軟件可以固化在 PLC 提供EPROM 模塊中。

2.PLC的基本技術(shù)指標(biāo)

(1)存儲器容量。

(2)掃描速度。

(3)I/O點數(shù)。I/O點數(shù)是指PLC外部輸入、輸出端子總數(shù)，這是PLC最重要的一項技術(shù)指示。

(4)編程語言。編程語言的指令條數(shù)是衡量PLC軟件功能強弱的主要指標(biāo)，指令越多，編程功能越強。

(二)PLC在數(shù)控機床中的應(yīng)用

在中、高檔數(shù)控機床中，PLC 是CNC裝置的重要組成部分。作用是：接受來自零件加工程序的開關(guān)功能信息(M、S、T 即輔助功能、主軸轉(zhuǎn)速功能和刀具功能)、機床操作面板上的開關(guān)量信號，進(jìn)行邏輯處理，完成輸出控制功能，實現(xiàn)各功能以及操作方式的連鎖。

數(shù)控機床使用的PLC有內(nèi)裝型和獨立型。

總的來看，單微處理器的CNC裝置采用內(nèi)裝型PLC為多，而獨立型PLC主要用在多微處理器CNC裝置。

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