第二節(jié) CNC裝置
一、CNC裝置所具備的功能
由計(jì)算機(jī)（硬件和軟件）、可編程序控制器（PLC）和接口電路。
控制功能、準(zhǔn)備功能、插補(bǔ)功能、進(jìn)給功能、主軸功能、輔助功能、選刀和工作臺(tái)分度功能、字符顯示功能、診斷功能屬于數(shù)控機(jī)床必備的基本功能，價(jià)格比較便宜；
補(bǔ)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(dòng)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)
微處理器（CPU）是CNC裝置的核心，由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。主要指標(biāo)是主頻和字長(zhǎng)。
（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。
結(jié)構(gòu)：?jiǎn)挝⑻幚砥鰿NC裝置只有一個(gè)微處理器，或雖然有兩個(gè)以上的微處理器，但其中只有一個(gè)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(wèn)主存儲(chǔ)器，各微處理器組成主從結(jié)構(gòu)。
采用以總線為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。
分類(lèi)：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)；（2）模塊化結(jié)構(gòu)?！ ?BR> 2.多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置。
與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，運(yùn)算速度更高，更適合于多軸控制、高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。
多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)功能模塊分管各自的任務(wù)。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，采取積木方式組成CNC裝置，因此具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)更換模塊。
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(bǔ)模塊。
（3）位置控制模塊。
（4）存儲(chǔ)器模塊。
（5）PLC模塊。
（6）指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。
多微處理器CNC裝置各模塊之間的連接和通信主要采用共享總線和共享存儲(chǔ)器兩類(lèi)結(jié)構(gòu)。
（二）專(zhuān)用CNC裝置與開(kāi)放式CNC裝置
CNC裝置的開(kāi)放化主要體現(xiàn)在：
（1）系統(tǒng)組成內(nèi)部的開(kāi)放化，（2）系統(tǒng)組成各部分之間的開(kāi)放化，
開(kāi)放式CNC裝置，常稱為PC—NC系統(tǒng)，其組成方式一般有以下幾種：PC連接型CNC；PC內(nèi)藏型CNC；CNC內(nèi)藏型PC；全軟件型NC。
三、CNC裝置的軟件
（一）CNC 裝置的控制流程
數(shù)控機(jī)床在工作的全過(guò)程中，接受CNC裝置的兩類(lèi)控制：實(shí)現(xiàn)各坐標(biāo)軸運(yùn)行的“數(shù)字控制”，即NC控制；完成各種應(yīng)答動(dòng)作的“輔助控制”?！ ?BR> 圖5－9 CNC裝置控制流程圖
（二）CNC裝置的多任務(wù)并行處理
控制任務(wù)包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)、位置控制等，這類(lèi)任務(wù)要求很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；
管理任務(wù)包括人機(jī)界面管理、程序的輸入輸出、顯示、診斷等。相對(duì)于控制任務(wù)而言，管理任務(wù)的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性要求不高。
四、可編程序控制器
（一）PLC概述
1.組成：包括硬件和軟件兩部分。
PLC硬件包括基本組成部分、I/O擴(kuò)展部分和外部設(shè)備三大部分。軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。
2.PLC的基本技術(shù)指標(biāo)
存儲(chǔ)器容量、掃描速度、I/O點(diǎn)數(shù)、編程語(yǔ)言
3.PLC的特點(diǎn)。PLC作為一種新型的工業(yè)控制器具有以下特點(diǎn)：
（1）控制程序可變，具有良好的柔性。
（2）采用面向過(guò)程的語(yǔ)言，編程方便。
（3）功能完善。
（4）擴(kuò)充方便，配置靈活。
（5）系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便。
（6）可靠性高。
（二）PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用
作用：接受來(lái)自零件加工程序的開(kāi)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）以及機(jī)床操作面板上的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理，完成輸出控制功能，實(shí)現(xiàn)各功能以及操作方式的連鎖。
內(nèi)裝型PLC和獨(dú)立型PLC之間的區(qū)別：
（1）內(nèi)裝型PLC的硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)，其性能指標(biāo)由所屬的CNC裝置的性能，規(guī)格確定。而獨(dú)立型PLC是根據(jù)數(shù)控機(jī)床對(duì)控制功能要求進(jìn)行靈活選購(gòu)或自行開(kāi)發(fā)的單獨(dú)的PLC機(jī)。
（2）內(nèi)裝型PLC可以與CNC共用一個(gè)微處理器，而獨(dú)力型PLC不能與CNC共用一個(gè)微處理器。
（3）內(nèi)裝型PLC與CNC其它電路同裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，共用一個(gè)電源和地線。而獨(dú)立型PLC本身采用模塊化結(jié)構(gòu)，單獨(dú)裝在插板式籠箱內(nèi)，I/O點(diǎn)數(shù)可通過(guò)I/O模塊或插板的增減靈活配置。
（4）內(nèi)裝型PLC對(duì)外沒(méi)有單獨(dú)配置的I/O接口電路，而是使用CNC裝置本身的I/O接口電路。而獨(dú)立型PLC有自己的I/O接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機(jī)床側(cè)都通過(guò)I/O接口電路連接。
（5）獨(dú)立型PLC可以擴(kuò)展CNC的控制功能，可以形成兩個(gè)以上的附加軸控制。而內(nèi)裝型PLC不可以。
（6）在性能/價(jià)格比上，內(nèi)裝型PLC高于獨(dú)立型。
五、CNC裝置的選擇
1.根據(jù)數(shù)控機(jī)床的加工類(lèi)別，有針對(duì)性的選擇。
2.根據(jù)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)指標(biāo)和性價(jià)比進(jìn)行選擇。
3.具備基本功能的CNC裝置相對(duì)便宜，而帶有選擇功能的CNC裝置比較貴。所以，對(duì)于選擇功能，需要的再選。
4.一次考慮周全，不要遺漏。
一、CNC裝置所具備的功能
由計(jì)算機(jī)（硬件和軟件）、可編程序控制器（PLC）和接口電路。
控制功能、準(zhǔn)備功能、插補(bǔ)功能、進(jìn)給功能、主軸功能、輔助功能、選刀和工作臺(tái)分度功能、字符顯示功能、診斷功能屬于數(shù)控機(jī)床必備的基本功能，價(jià)格比較便宜；
補(bǔ)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(dòng)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)
微處理器（CPU）是CNC裝置的核心，由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。主要指標(biāo)是主頻和字長(zhǎng)。
（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。
結(jié)構(gòu)：?jiǎn)挝⑻幚砥鰿NC裝置只有一個(gè)微處理器，或雖然有兩個(gè)以上的微處理器，但其中只有一個(gè)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(wèn)主存儲(chǔ)器，各微處理器組成主從結(jié)構(gòu)。
采用以總線為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。
分類(lèi)：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)；（2）模塊化結(jié)構(gòu)?！ ?BR> 2.多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置。
與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，運(yùn)算速度更高，更適合于多軸控制、高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。
多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)功能模塊分管各自的任務(wù)。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，采取積木方式組成CNC裝置，因此具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)更換模塊。
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(bǔ)模塊。
（3）位置控制模塊。
（4）存儲(chǔ)器模塊。
（5）PLC模塊。
（6）指令、數(shù)據(jù)的輸入輸出及顯示模塊。
多微處理器CNC裝置各模塊之間的連接和通信主要采用共享總線和共享存儲(chǔ)器兩類(lèi)結(jié)構(gòu)。
（二）專(zhuān)用CNC裝置與開(kāi)放式CNC裝置
CNC裝置的開(kāi)放化主要體現(xiàn)在：
（1）系統(tǒng)組成內(nèi)部的開(kāi)放化，（2）系統(tǒng)組成各部分之間的開(kāi)放化，
開(kāi)放式CNC裝置，常稱為PC—NC系統(tǒng)，其組成方式一般有以下幾種：PC連接型CNC；PC內(nèi)藏型CNC；CNC內(nèi)藏型PC；全軟件型NC。
三、CNC裝置的軟件
（一）CNC 裝置的控制流程
數(shù)控機(jī)床在工作的全過(guò)程中，接受CNC裝置的兩類(lèi)控制：實(shí)現(xiàn)各坐標(biāo)軸運(yùn)行的“數(shù)字控制”，即NC控制；完成各種應(yīng)答動(dòng)作的“輔助控制”?！ ?BR> 圖5－9 CNC裝置控制流程圖
（二）CNC裝置的多任務(wù)并行處理
控制任務(wù)包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)、位置控制等，這類(lèi)任務(wù)要求很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性；
管理任務(wù)包括人機(jī)界面管理、程序的輸入輸出、顯示、診斷等。相對(duì)于控制任務(wù)而言，管理任務(wù)的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性要求不高。
四、可編程序控制器
（一）PLC概述
1.組成：包括硬件和軟件兩部分。
PLC硬件包括基本組成部分、I/O擴(kuò)展部分和外部設(shè)備三大部分。軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。
2.PLC的基本技術(shù)指標(biāo)
存儲(chǔ)器容量、掃描速度、I/O點(diǎn)數(shù)、編程語(yǔ)言
3.PLC的特點(diǎn)。PLC作為一種新型的工業(yè)控制器具有以下特點(diǎn)：
（1）控制程序可變，具有良好的柔性。
（2）采用面向過(guò)程的語(yǔ)言，編程方便。
（3）功能完善。
（4）擴(kuò)充方便，配置靈活。
（5）系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便。
（6）可靠性高。
（二）PLC在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用
作用：接受來(lái)自零件加工程序的開(kāi)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）以及機(jī)床操作面板上的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，進(jìn)行邏輯處理，完成輸出控制功能，實(shí)現(xiàn)各功能以及操作方式的連鎖。
內(nèi)裝型PLC和獨(dú)立型PLC之間的區(qū)別：
（1）內(nèi)裝型PLC的硬件和軟件被作為CNC裝置的基本功能統(tǒng)一設(shè)計(jì)，其性能指標(biāo)由所屬的CNC裝置的性能，規(guī)格確定。而獨(dú)立型PLC是根據(jù)數(shù)控機(jī)床對(duì)控制功能要求進(jìn)行靈活選購(gòu)或自行開(kāi)發(fā)的單獨(dú)的PLC機(jī)。
（2）內(nèi)裝型PLC可以與CNC共用一個(gè)微處理器，而獨(dú)力型PLC不能與CNC共用一個(gè)微處理器。
（3）內(nèi)裝型PLC與CNC其它電路同裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，共用一個(gè)電源和地線。而獨(dú)立型PLC本身采用模塊化結(jié)構(gòu)，單獨(dú)裝在插板式籠箱內(nèi)，I/O點(diǎn)數(shù)可通過(guò)I/O模塊或插板的增減靈活配置。
（4）內(nèi)裝型PLC對(duì)外沒(méi)有單獨(dú)配置的I/O接口電路，而是使用CNC裝置本身的I/O接口電路。而獨(dú)立型PLC有自己的I/O接口電路，PLC與CNC裝置、PLC與機(jī)床側(cè)都通過(guò)I/O接口電路連接。
（5）獨(dú)立型PLC可以擴(kuò)展CNC的控制功能，可以形成兩個(gè)以上的附加軸控制。而內(nèi)裝型PLC不可以。
（6）在性能/價(jià)格比上，內(nèi)裝型PLC高于獨(dú)立型。
五、CNC裝置的選擇
1.根據(jù)數(shù)控機(jī)床的加工類(lèi)別，有針對(duì)性的選擇。
2.根據(jù)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)指標(biāo)和性價(jià)比進(jìn)行選擇。
3.具備基本功能的CNC裝置相對(duì)便宜，而帶有選擇功能的CNC裝置比較貴。所以，對(duì)于選擇功能，需要的再選。
4.一次考慮周全，不要遺漏。