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第 3 章 数控装置及系统 3.1.1 CNC技术的发展 3.1.1 CNC技术的发展 3.1.1 CNC技术的发展 RISC（Reduced Instruction Set Computing 的缩写） RISC：精简指令集，计算机CPU的一种设计模式。 早期，这种CPU指令集的特点是指令数目少，每条指令都采用标准字长、执行时间短、CPU的实现细节对于机器级程序是可见的等等。 实际上在后来的发展中，RISC与CISC在争吵的过程中相互学习，现在的RISC指令集也达到数百条，运行周期也不再固定……虽然如此，RISC设计的根本原则－－针对流水线化的处理器优化－－没有改变。 3.1.2 CNC系统的组成 3.1.3 CNC系统的组成 3.1.3 CNC装置的组成 CNC系统软件构成 CNC系统软件构成 3.1.3 CNC装置的组成和工作原理 3.2 CNC装置的硬件结构 3.2.1 CNC装置的体系结构 CNC装置的硬件结构： 一般分为单(微处理)机结构和多(微处理)机结构。 单(微处理)机结构用在经济型、一般型的数控装置中； 多(微处理)机结构则用在高级型的数控装置中。 一、单(微处理)机结构的CNC装置 单(微处理)机结构的CNC装置的特点是整个CNC装置中只有一个CPU；通过该CPU来集中管理和控制整个系统的资源（包括存储器、总线），并通过分时处理的方法，实现各种数控功能。 有些CNC装置中，虽然有两个或两个以上的CPU，但只有一个CPU对系统的资源拥有控制权和使用权，该CPU称为主CPU；其它CPU（称为从CPU）无权控制和使用系统资源，只能接受主CPU的控制命令和数据，或向主CPU发请求信号以获取所需要的数据，从而完成某一辅助功能，该结构称为主从结构，它也可归为单机结构。 3.2.2 单微处理器硬件结构图 3.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构 1．微处理器和总线 微处理器由控制器和运算器组成。控制器主要完成控制任务，运算器主要完成算术运算、逻辑运算。微处理器选择要根据CNC装置进行实时控制和处理速度的要求，并考虑CPU在字长、寻址能力、运算速度方面的性能。 总线是由一组传送数字信息的物理导线组成，按功能分为数据总线、地址总线、控制总线。 2.存储器 存储器包括：（1）只读存储器（ROM）。其中EPROM 或E 2 PROM用于存放系统程序，由CNC装置生产厂家通过专用的写入器写入（固化），即使断电程序也不丢失；程序只能CPU读出，不能随机写入，必要时经过紫外线/电抹除后再写。（2）随机存储器（RAM）。 用于存放运算的中间结果，需要显示的数据、运行中的状态、标志信息等。它能随机读写，断电后信息就消失。（3）带后备电池的CMOS RAM 或磁泡存储器。存在加工零件程序、机床参数、刀具参数；它能随机读出，也能根据操作需要写入或修改，断电后信息仍能保留。 3.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构 3．I/O接口（输入/输出接口）输入/输出接口指数控系统与机床、机床电气控制设备之间的电气连接部分。其中后者（机床电气控制设备）是由继电器、接触器组成的强电设备。 （1）数控机床上的接口规范按ISO4336-1982（E）标准，数控机床上的接口分为四类：第Ⅰ类：与驱动命令有关的连接电路第Ⅱ类：数控系统与检测系统和测量传感器的连接电路第Ⅲ类：电源及保护电路第Ⅳ类：通断信号和代码信号连接电路 3.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构 （2）I/O信号的分类 从机床(MT)向CNC装置传送的信号称为为输入信号。从CNC装置向机床(MT)传送的信号称为为输出信号。 I/O信号的类型有：1）直流数字量输入／输出信号；2）直流模拟量输入／输出信号。主要用于进给坐标轴、主轴的伺服控 制，或其他接收、发送模拟量信号的设备；3）交流输入／输出信号。主要用于直接控制功率执行器件； 后两类信号传送需要专门的接口电路。在实际用中，一般都用PLC，并配置专门的接口模板或插座才能实现。 3.2.3 单微处理机数控装置的硬件结构 （3）I/O接口电路的任务1）进行电平转换和功率放大。由于CNC装置内部信号为TTL电平，而机床设备信号是非TTL电平，因此二者需要进行电平转换；在重负载情况下，还要进行功率放大。2）防止噪声引起的误动作。一般用光电隔离器、继电器将CNC系统和机床之间的信号在电气上加以隔离。3）进行模拟量和数字量的转换。由于CNC装置的微处理器只能处理数