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数控系统的基本结构.doc
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第二讲 数控系统的基本结构
数控系统由基本硬件与控制软件组成。目前各数控厂家的产品可以归纳为两种风格:
一种是采用专用硬件,其控制软件简单;另一种是采用通用硬件,其控制软件复杂。
一、基本硬件构成
数控系统(CNC) 基本硬件通常由微机基本系统、人机界面接口、通信接口、进给轴
位置控制接口、主轴控制接口以及辅助功能控制接口等部分组成,如图 2—1 所示。
FANUC 0i 数控装置构成框图如图 2—2 所示。
FANUC 3MA 数控装置构成框图如图 2—3 所示。
图 2—1 数控系统总体结构示意图
㈠、微机基本系统
通常微机基本系统是由 CPU、存储器(EPROM、RAM)、定时器、中断控制器等几
个主要部分组成。
1、CPU
CPU 是整个数控系统的核心,常见的中低档数控系统基本上采用 8 位或 16 位 CPU,
如 8088/8086、8031 等。随着 CPU 系统向高精度方向发展,要求其最小设定单位越来越
小,同时又要求 CPU 系统能满足大型机床的需要,当最小设定单位是 1μm 时,16 位二进
制数所表示的最大坐标为-32.767~+32.767mm,这显然是不够的,而采用 32 位二进制数
时,最大坐标范围约为-2000~+2000m,因此数控系统一般采用 24 位二进制数,其坐标
范围为-8388.607~+8388.607mm。因此选用 8 位 CPU 就需要三个或四个字节运算,这就
严重影响了运算速度,当最小设定单位为 0.1μm 时,这个问题将更加严重。因此现代数控
系统大多采用 16 位或 32 位的 CPU,以满足其性能指标,如采用 8 位 CPU,则为多 CPU 结
构。例如 FANUC 15 、SIEMENS 840、FAGOR 8050 等系统均为 32 位 CPU,而 FAGOR
8025 系统则采用 8 位多 CPU 结构。
2、EPROM
EPROM 用于固化系统控制软件,数控系统的所有功能都是固化在 EPROM 中的程序的
控制下完成的。在数控系统中,硬软件有密切的关系,由于软件的执行速度较硬件慢,当
CPU 功能较弱时,则需要专用硬件解决问题或采用多 CPU 结构。现代数控系统常采用标准
化与通用化总线结构,因此不同的机床数控系统可以采用基本相同的硬件结构,并且系统
的改进与扩展十分方便。
在硬件相对不变的情况下,软件仍有相当大的灵活性。扩充软件就可以扩展 CNC 的功
能,而且软件的这种灵活性有时会对数控系统的功能产生极大的影响。在国外,软件的成
本甚至超过硬件。例如 FANUC 3T 与 3M 的差别仅在 EPROM 中的软件,FANUC 3M 二轴
半联动变为三轴联动也仅需要更换 EPROM 中的软件。
图 2—2 FANUC 0i 数控装置构成框图
3、RAM
RAM 中存放可能改写的信息,在图 2—4 中,除中断堆栈存放区和控制软件(系统)
数据暂存区外,均有后备电池掉电保护功能,即当电源消失后,由电池来维持 RAM 芯片
电压,以保持其中信息,其原理示意如图 2—5 所示。
现 在 大 量 使 用 的 CMOS 半 导 体 RAM 芯 片 如
62648(8K), 62256(32K), 628128(128K),其维持功耗很低。如日立 HM628128
芯片,其电源电压大于 2V 即可维持信息不丢失,并且维持电流小于 lμA 左右,这就大大延
长了电池的使用寿命。
图 2—3 FANUC 3MA 数控装置构成框图
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