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第二節　CNC 裝置

一、CNC裝置所具備的功能

1.功能：

根據輸入的零件加工程序、數據和參數，完成數值計算和邏輯判斷，進行輸入、輸出控制。

2.功能分類：

(1)基本功能：

控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、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，用戶可根據需要加以選用。

二、CNC裝置的硬件結構

(一)單微處理器結構與多微處理器結構CNC裝置(重點)

1.單微處理器結構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總線，不能訪問主存儲器，各微處理器組成主從結構。

(2)單微處理器結構的CNC裝置幾乎都采用以總線為中心的計算機結構。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，單微處理器結構的 CNC 裝置可以分為：

①大板結構：CNC裝置由主板和輔助功能板(卡)組成。

②模塊化結構。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.多微處理器結構CNC裝置。

多微處理器結構CNC裝置多采用模塊化結構，每個功能模塊分管各自的任務。

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構。

3.單微處理器結構與多微處理器結構CNC裝置的區別：

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

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

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

④單微處理器結構CNC裝置的功能受微處理器的字長、數據寬度、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控機床中。多微處理器結構CNC裝置適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數控機床。

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

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、參數以及加工數據通過輸入設備送入 CNC 的存儲裝置中。加工時再從存儲器調出，按程序段進行譯碼，將零件加工程序轉變成為 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)主軸轉速功能 S(主軸轉速設定);

(3)刀具功能 T(刀具選擇)。

低速輔助信息由 PLC 處理和輸出，實現輔助控制。

2.高速軌跡信息(數字控制信息)

(1)刀具補償處理(將零件輪廓軌跡轉換為刀具中心軌跡);

(2)進給速度處理(各運動坐標分速度的計算和限速處理)。

高速軌跡信息經過預處理后再進行插補和位置控制，經過控制伺服系統實現坐標軸的協同運動，以實現NC控制。

(二)CNC裝置的多任務并行處理

1.任務種類：

CNC裝置的系統軟件除了要執行必要的控制任務外，還必須具有管理任務。

2.控制任務內容：

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

3.管理任務內容：

包括人機界面管理、程序的輸入輸出、顯示、診斷等。相對于控制任務而言，管理任務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必須同時進行，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 實質上是一種專用工業控制計算機，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擴展部分和外部設備三大部分。

(1)基本組成部分是構成PLC的最小系統，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

當用戶所需要的輸入、輸出點數超過基本系統的輸入輸出點數時，由 I/O擴展部分擴大系統的總點數。

(3)外部設備

是開發 PLC控制系統的輔助設備，主要包括：

編程器、 EPROM 寫入器 、磁帶機、打印機、監視器等。

Ⅱ 軟件組成：

PLC 軟件包括系統軟件和應用軟件兩部分。

(1)系統軟件由生產廠家編制，用于管理、協調 PLC 各部分的工作，通常被固化在ROM 中。

(2)應用軟件是用戶根據控制的需要，用 PLC 語言編寫的程序。

應用軟件一般存在 RAM 中，并使用鋰電池進行掉電保護;不經常變化的應用軟件可以固化在 PLC 提供EPROM 模塊中。

2.PLC的基本技術指標

(1)存儲器容量。

(2)掃描速度。

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

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

(二)PLC在數控機床中的應用

在中、高檔數控機床中，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功能信息(M、S、T 即輔助功能、主軸轉速功能和刀具功能)、機床操作面板上的開關量信號，進行邏輯處理，完成輸出控制功能，實現各功能以及操作方式的連鎖。

數控機床使用的PLC有內裝型和獨立型。

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

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（責任編輯：中大編輯）