第三章 CNC系统结构及控制方法 §3—2 计算机数控系统硬件结构

发布日期:[09-01-08 16:33:58] 浏览人次:[]

§3—2 计算机数控系统硬件结构

一、CNC系统的硬件构成

随着大规模集成电路技术和表面安装技术的发展,CNC系统硬件模块及安装方式不断改进。从CNC系统的总体安装结构看,有整体式结构和分体式结构两种。

所谓整体式结构是把 CRT 和 MDI 面板、操作面板以及功能模块板组成的电路板等安装在同一机箱内。这种方式的优点是结构紧凑,便于安装,但有时可能造成某些信号连线过长。分体式结构通常把 CRT 和 MDI 面板、操作面板等做成一个部件,而把功能模块组成的电路板安装在一个机箱内,两者之间用导线或光纤连接。许多 CNC 机床把操作面板也单独作为一个部件,这是由于所控制机床的要求不同,操作面板相应地要改变,做成分体式的有利于更换和安装。

CNC 操作面板在机床上的安装形式有吊挂式、床头式、控制柜式、控制台式等多种。

从组成CNC系统的电路板的结构特点来看,有两种常见的结构,即大板式结构和模块化结构。

大板式结构的特点是,一个系统一般都有一块大板,称为主板。主板上装有主 CPU 和各轴的位置控制电路等。其他相关的子板 ( 完成一定功能的电路板 ) ,如 ROM 板、零件程序存储器板和 PLC 板都直接插在主板上面,组成 CNC 系统的核心部分。由此可见,大板式结构紧凑,体积小,可靠性高,价格低,有很高的性能 / 价格比,也便于机床的一体化设计。大板结构虽有上述优点,但它的硬件功能不易变动,不利于组织生产。

另外一种柔性比较高的结构就是总线模块化的开放系统结构,其特点是将微处理机、存储器、输入输出控制分别做成插件板 ( 称为硬件模块 ) ,甚至将微处理机、存储器、输入输出控制组成独立微计算机级的硬件模块,相应的软件也是模块结构,固化在硬件模块中。硬软件模块形成一个特定的功能单元,称为功能模块。功能模块间有明确定义的接口,接口是固定的,成为工厂标准或工业标准,彼此可以进行信息交换。于是可以积木式组成 CNC 系统,使设计简单,有良好的适应性和扩展性,试制周期短,调整维护方便,效率高。

从 CNC 系统使用的微机及结构来分, CNC 系统的硬件结构一般分为单微处理机和多微处理机结构两大类。初期的 CNC 系统和现有一些经济型 CNC 系统采用单微处理机结构。而多微处理机结构可以满足数控机床高进给速度、高加工精度和许多复杂功能的要求,也适应于并入 FMS 和 CIMS 运行的需要,从而得到了迅速的发展,它反映了当今数控系统的新水平。

二、单微处理机结构

在单微处理机结构中,只有一个微处理机,实行集中控制,并分时处理数控的各个任务。其结构特点如下:

(1) CNC装置内仅有一个微处理机,由它对存储、插补运算、输入输出控制、CRT显示等功能集中控制分时处理。

(2) 微处理机通过总线与存储器、输入输出控制等各种接口相连,构成CNC装置。

(3) 结构简单,容易实现。

(4) 正是由于只有一个微处理机集中控制,其功能将受微处理机字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。

(5) 图3-2给出的是即是单微处理机的结构框图。

三、多微处理机结构

多微处理机结构的CNC是把机床数字控制这个总任务划分为子任务(也称为子功能模块)。在硬件方面,以多个微处理机配以相应的接口形成多个子系统,把划分的子任务分配给不同的子系统承担,由各子系统之间的协调动作完成数控。在多微处理机的结构中,有两个或两个以上的微处理机构成的子系统,子系统之间采用紧耦合,有集中的操作系统,共享资源;或者有两个或两个以上的微处理机构成的功能模块,功能模块之间采用松耦合,有多重操作系统有效地实现并行处理。应注意的是,有的CNC装置虽然有两个以上的微处理机,但其中只有一个微处理机能够控制系统总线,占有总线资源,

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