第二節(jié)CNC裝置
一、CNC裝置所具有的功能
CNC裝置的基本功能包括控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、字符顯示功能及診斷功能等;還有一些功能，屬于CNC裝置的選擇功能，如補償功能、固定循環(huán)功能、圖形顯示功能、通信功能、在線自動編程功能等。
二、單微處理器結構和多微處理器結構CNC裝置的結構、特點及區(qū)別
CNC裝置的硬件有單微處理器和多微處理器結構兩種結構形式。
單微處理器結構CNC裝置采用以總線為中心的計算機結構，微處理器通過總線與存儲器、PLC、位置控制器及各種接口相連。CNC裝置的接口包括與機床側的信號輸入輸出接口、與上位計算機的通信接口及與標準輸入輸出設備的接口。
單微處理器CNC裝置只有一個微處理器。有的CNC裝置雖然有兩個或兩個以上微處理器，但只有一個微處理器能夠控制總線，占有總線資源，其他微處理器不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，只作為智能部件工作，這種CNC裝置也屬于單微處理器結構。由于只有一個微處理器，因此多采用集中控制、分時處理的方式完成數(shù)控的各項功能。由于所有數(shù)控功能由一個微處理器完成，因此CNC裝置的功能將受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制。CNC裝置的檔次主要由微處理器的品質決定。
按印刷電路板插接方式的不同單微處理器結構CNC裝置分為大板結構和模塊化結構。
多微處理器結構CNC裝置都采用模塊化結構，有多個微處理器，每個微處理器分管各自的任務，形成特定的功能單元，即功能模塊?；竟δ苣K包括CNC管理模塊、CNC插補模塊、位置控制模塊、存儲器模塊、PLC模塊和指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。進一步擴展功能，可增加相應模塊。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。
多微處理器結構CNC裝置采用積木方式組成CNC裝置，具有良好的適應性和擴展性。插件模塊更換方便，可使故障對系統(tǒng)的影響降到最低。運算速度高，更適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求.
單微處理器結構和多微處理器結構CNC裝置的區(qū)別歸納如下：
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.
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。
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。
單微處理器結構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。多微處理器結構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。
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(tǒng)的影響更低。
二、開放式CNC裝置的組成方式
CNC裝置的開放化是制造業(yè)最終用戶、機床生產廠家以及CNC生產廠家共同的需求。開放化具體體現(xiàn)在：系統(tǒng)組成內部的開放化，亦即系統(tǒng)內部硬、軟的公開化;系統(tǒng)組成各部分之間的開放化，即使各組成部分之間的接口標準化。其組成方式一般有：
PC連接型CNC，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。
PC內藏型CNC，即在CNC內部加裝PC，PC與CNC之間通過專用總線連接。
CNC，內藏型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。
全軟件型NC，即CNC的全部功能都由PC完成，并通過裝在PC擴展槽中的接口卡進行伺服驅動控制。
三、CNC裝置的控制流程及CNC軟件的特點
CNC裝置需要執(zhí)行兩種控制，即數(shù)字控制和順序控制。因此，CNC軟件要處理兩種，即輔助控制和數(shù)字控制。各種控制指令、參數(shù)及加工數(shù)據(jù)通過輸入設備送入CNC裝置的存儲器中，加工時從存儲器中調出零件加工程序，按程序段進行譯碼，將零件加工程序轉變?yōu)镃NC裝置能夠接受的代碼。譯碼后分成兩路;一路是輔助控制，包括輔助功能M、主軸轉速功能S和刀具功能T，該路通過PLC處理并輸出;另一路是數(shù)字控制，通過預處理后，進行插補計算、位置控制，控制伺服系統(tǒng)實現(xiàn)坐標軸的協(xié)同移動。
CNC軟件的特點是多任務并行處理：CNC系統(tǒng)軟件需要完成多項任務，包括輸入、I/O處理、顯示、診斷等管理任務和譯碼、刀具補償、速度處理、插補、位置控制等控制任務。在許多情況下CNC裝置中的管理和控制的某些任務必須同時執(zhí)行，即所謂的并行處理。
四、PLC的組成、技術指標
可編程序控制器PLC實質上是一種專用工業(yè)控制計算機，其組成包括硬件和軟件兩大部分。其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。基本部分包括CPU及存儲器、輸入輸出接口、電源等。I/O擴展部分是為系統(tǒng)擴展輸入輸出點數(shù)而設計的;外部設備是開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的輔助設備，主要有編程器、EPROM寫入器、磁帶機、打印機、監(jiān)視器等。PLC軟件包括系統(tǒng).軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件由PLC生產廠家編制，一般固化在ROM中，隨機給用戶。應用軟件由用戶根據(jù)控制需要編寫，可存儲在帶鋰電池保護的RAM中、EPROM模塊中或盒式磁帶中。PLC機插入裝有用戶程序的EPROM模塊，則執(zhí)行EPROM模塊中的程序，沒有EPROM模塊插入二則執(zhí)行RAM中的程序。
PLC的主要技術指標包括存儲容量、掃描速度、I/O點數(shù)、編程語言等。
五、PLC的特點
PLC的特點有控制程序可變，具有良好的柔性;采用面向過程的語言編程，編程方便;功能完善;擴展方便，配置靈活;系統(tǒng)構成簡單，安裝調試方便;可靠性高等。正因為它具有上述特點才在數(shù)控機床及機械制造中得到廣泛應用。
六、應用于數(shù)控機床中的兩種PLC的型式、特點、區(qū)別
可編程序控制器應用于數(shù)控機床中有兩種型式，即內裝型和獨立型。
內裝型PLC的特點是：
它的性能指標由所屬的CNC裝置的性能規(guī)格確定。其硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設計，具有結構緊湊、適配性強等優(yōu)點。
它有與CNC共用微處理器和具有專用微處理器兩種類型。前者利用CNC微處理器的余力來完成PLC的功能，I/O點數(shù)較少;后者由于有獨立的微處理器，多用于順序程序復雜及動作速度要求快的場合。
它與CNC其他電路同裝在一個機箱內，共用一個電源和地線。
它的硬件電路可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以單獨制成一塊附加印刷電路板。
它對外沒有單獨配置的I/0接口電路，而是使用CNC裝置本身的I/0接口電路。
采用內裝型PLC，擴大了CNC內部直接處理的窗口通信功能，可以采用梯形圖和傳送高級控制功能，且造價低，提高了CNC的性能/價格比。
獨立型PLC的特點是：
①可根據(jù)數(shù)控機床對控制功能的要求靈活選購或自行開發(fā)。
②有自己的I/0接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側的連接都通過I/0接口電路連接。PLC本身采用模塊化結構，裝在插板式籠箱內，I/0點數(shù)可通過I/0模塊或插板的增減靈活配置。
③可以擴大CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。
④在性能/價格比上不如內裝型PLC。
由內裝型和獨立型PLC的特點不難看出它們之間的區(qū)別：
①內裝型PLC其硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設計，其性能指標由所屬的CNC裝置的性能，規(guī)格確定。而獨立型PLC是根據(jù)數(shù)控機床對控制功能要求進行靈活選購或自行開發(fā)的單獨的PLC機。
②內裝型PLC可以與CNC共用一個微處理器，而獨立型PLC不與CNC共用一個微處理器。
③內裝型PLC與CNC其他電路同裝在一個機箱內，共用一個電源和地線。而獨立型PLC本身采用模塊化結構，單獨裝在插板式籠箱內，I/0點數(shù)可通過I/0模塊或插板的增減靈活配置。
④內裝型PLC對外沒有單獨配置的I/0接口電路而是使用CNC裝置本身的I/0接口電路。而獨立型PLC有自己的I/0接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側的連接都通過I/0接口電路連接。
⑤獨立型PLC可以擴展CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。而內裝型PLC則不可以。
⑥在性能/價格比上，內裝型PLC高于獨立型。
七、PLC在工業(yè)控制中的應用
PLC廣泛應用于工業(yè)控制中，可以應用PLC進行順序控制和開關邏輯控制、閉環(huán)過程控制、組合數(shù)字控制，可以組成多級控制系統(tǒng)及控制機器人等;PLC也可以用于位置控制中。
一、CNC裝置所具有的功能
CNC裝置的基本功能包括控制功能、準備功能、插補功能、進給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、字符顯示功能及診斷功能等;還有一些功能，屬于CNC裝置的選擇功能，如補償功能、固定循環(huán)功能、圖形顯示功能、通信功能、在線自動編程功能等。
二、單微處理器結構和多微處理器結構CNC裝置的結構、特點及區(qū)別
CNC裝置的硬件有單微處理器和多微處理器結構兩種結構形式。
單微處理器結構CNC裝置采用以總線為中心的計算機結構，微處理器通過總線與存儲器、PLC、位置控制器及各種接口相連。CNC裝置的接口包括與機床側的信號輸入輸出接口、與上位計算機的通信接口及與標準輸入輸出設備的接口。
單微處理器CNC裝置只有一個微處理器。有的CNC裝置雖然有兩個或兩個以上微處理器，但只有一個微處理器能夠控制總線，占有總線資源，其他微處理器不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，只作為智能部件工作，這種CNC裝置也屬于單微處理器結構。由于只有一個微處理器，因此多采用集中控制、分時處理的方式完成數(shù)控的各項功能。由于所有數(shù)控功能由一個微處理器完成，因此CNC裝置的功能將受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素的限制。CNC裝置的檔次主要由微處理器的品質決定。
按印刷電路板插接方式的不同單微處理器結構CNC裝置分為大板結構和模塊化結構。
多微處理器結構CNC裝置都采用模塊化結構，有多個微處理器，每個微處理器分管各自的任務，形成特定的功能單元，即功能模塊?；竟δ苣K包括CNC管理模塊、CNC插補模塊、位置控制模塊、存儲器模塊、PLC模塊和指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。進一步擴展功能，可增加相應模塊。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。
多微處理器結構CNC裝置采用積木方式組成CNC裝置，具有良好的適應性和擴展性。插件模塊更換方便，可使故障對系統(tǒng)的影響降到最低。運算速度高，更適合多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求.
單微處理器結構和多微處理器結構CNC裝置的區(qū)別歸納如下：
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.
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。
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。
單微處理器結構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。多微處理器結構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。
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(tǒng)的影響更低。
二、開放式CNC裝置的組成方式
CNC裝置的開放化是制造業(yè)最終用戶、機床生產廠家以及CNC生產廠家共同的需求。開放化具體體現(xiàn)在：系統(tǒng)組成內部的開放化，亦即系統(tǒng)內部硬、軟的公開化;系統(tǒng)組成各部分之間的開放化，即使各組成部分之間的接口標準化。其組成方式一般有：
PC連接型CNC，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。
PC內藏型CNC，即在CNC內部加裝PC，PC與CNC之間通過專用總線連接。
CNC，內藏型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。
全軟件型NC，即CNC的全部功能都由PC完成，并通過裝在PC擴展槽中的接口卡進行伺服驅動控制。
三、CNC裝置的控制流程及CNC軟件的特點
CNC裝置需要執(zhí)行兩種控制，即數(shù)字控制和順序控制。因此，CNC軟件要處理兩種，即輔助控制和數(shù)字控制。各種控制指令、參數(shù)及加工數(shù)據(jù)通過輸入設備送入CNC裝置的存儲器中，加工時從存儲器中調出零件加工程序，按程序段進行譯碼，將零件加工程序轉變?yōu)镃NC裝置能夠接受的代碼。譯碼后分成兩路;一路是輔助控制，包括輔助功能M、主軸轉速功能S和刀具功能T，該路通過PLC處理并輸出;另一路是數(shù)字控制，通過預處理后，進行插補計算、位置控制，控制伺服系統(tǒng)實現(xiàn)坐標軸的協(xié)同移動。
CNC軟件的特點是多任務并行處理：CNC系統(tǒng)軟件需要完成多項任務，包括輸入、I/O處理、顯示、診斷等管理任務和譯碼、刀具補償、速度處理、插補、位置控制等控制任務。在許多情況下CNC裝置中的管理和控制的某些任務必須同時執(zhí)行，即所謂的并行處理。
四、PLC的組成、技術指標
可編程序控制器PLC實質上是一種專用工業(yè)控制計算機，其組成包括硬件和軟件兩大部分。其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。基本部分包括CPU及存儲器、輸入輸出接口、電源等。I/O擴展部分是為系統(tǒng)擴展輸入輸出點數(shù)而設計的;外部設備是開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的輔助設備，主要有編程器、EPROM寫入器、磁帶機、打印機、監(jiān)視器等。PLC軟件包括系統(tǒng).軟件和應用軟件。系統(tǒng)軟件由PLC生產廠家編制，一般固化在ROM中，隨機給用戶。應用軟件由用戶根據(jù)控制需要編寫，可存儲在帶鋰電池保護的RAM中、EPROM模塊中或盒式磁帶中。PLC機插入裝有用戶程序的EPROM模塊，則執(zhí)行EPROM模塊中的程序，沒有EPROM模塊插入二則執(zhí)行RAM中的程序。
PLC的主要技術指標包括存儲容量、掃描速度、I/O點數(shù)、編程語言等。
五、PLC的特點
PLC的特點有控制程序可變，具有良好的柔性;采用面向過程的語言編程，編程方便;功能完善;擴展方便，配置靈活;系統(tǒng)構成簡單，安裝調試方便;可靠性高等。正因為它具有上述特點才在數(shù)控機床及機械制造中得到廣泛應用。
六、應用于數(shù)控機床中的兩種PLC的型式、特點、區(qū)別
可編程序控制器應用于數(shù)控機床中有兩種型式，即內裝型和獨立型。
內裝型PLC的特點是：
它的性能指標由所屬的CNC裝置的性能規(guī)格確定。其硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設計，具有結構緊湊、適配性強等優(yōu)點。
它有與CNC共用微處理器和具有專用微處理器兩種類型。前者利用CNC微處理器的余力來完成PLC的功能，I/O點數(shù)較少;后者由于有獨立的微處理器，多用于順序程序復雜及動作速度要求快的場合。
它與CNC其他電路同裝在一個機箱內，共用一個電源和地線。
它的硬件電路可與CNC其他電路制作在同一塊印刷電路板上，也可以單獨制成一塊附加印刷電路板。
它對外沒有單獨配置的I/0接口電路，而是使用CNC裝置本身的I/0接口電路。
采用內裝型PLC，擴大了CNC內部直接處理的窗口通信功能，可以采用梯形圖和傳送高級控制功能，且造價低，提高了CNC的性能/價格比。
獨立型PLC的特點是：
①可根據(jù)數(shù)控機床對控制功能的要求靈活選購或自行開發(fā)。
②有自己的I/0接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側的連接都通過I/0接口電路連接。PLC本身采用模塊化結構，裝在插板式籠箱內，I/0點數(shù)可通過I/0模塊或插板的增減靈活配置。
③可以擴大CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。
④在性能/價格比上不如內裝型PLC。
由內裝型和獨立型PLC的特點不難看出它們之間的區(qū)別：
①內裝型PLC其硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設計，其性能指標由所屬的CNC裝置的性能，規(guī)格確定。而獨立型PLC是根據(jù)數(shù)控機床對控制功能要求進行靈活選購或自行開發(fā)的單獨的PLC機。
②內裝型PLC可以與CNC共用一個微處理器，而獨立型PLC不與CNC共用一個微處理器。
③內裝型PLC與CNC其他電路同裝在一個機箱內，共用一個電源和地線。而獨立型PLC本身采用模塊化結構，單獨裝在插板式籠箱內，I/0點數(shù)可通過I/0模塊或插板的增減靈活配置。
④內裝型PLC對外沒有單獨配置的I/0接口電路而是使用CNC裝置本身的I/0接口電路。而獨立型PLC有自己的I/0接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機床側的連接都通過I/0接口電路連接。
⑤獨立型PLC可以擴展CNC的控制功能，可以形成兩個以上的附加軸控制。而內裝型PLC則不可以。
⑥在性能/價格比上，內裝型PLC高于獨立型。
七、PLC在工業(yè)控制中的應用
PLC廣泛應用于工業(yè)控制中，可以應用PLC進行順序控制和開關邏輯控制、閉環(huán)過程控制、組合數(shù)字控制，可以組成多級控制系統(tǒng)及控制機器人等;PLC也可以用于位置控制中。