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第二章 计算机数控系统结构 2.1 数控系统基本构成 计算机数控系统（CNC系统）是用计算机通过执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。 它由数控程序、输入输出设备、CNC装置、PLC、主轴驱动装置、进给驱动装置（包括位置检测装置）等组成，其中CNC装置是核心。 图片 全编码键盘，每按下一键，键识别由键盘的硬件逻辑自动提供被按键的ASCII代码或其它编码，并能产生一个选通脉冲向CPU申请中断，CPU响应后将键代码输入内存，通过译码执行该键功能。 优点：使用方便，不占用CPU内存资源。 缺点：价格昂贵。 非编码键盘：硬件仅提供键的行、列矩阵，译码与识别工作全由软件执行。 按键识别方法：行扫描法、线反转法。 a）行扫描法：这种识别方法采用输出步进的1信号，轮流对各行按键开关进行检测，看是否有键被按下。 b）线反转法：这种识别方法需利用一个可编程的键盘接口，键盘为N行×N列的点阵，将这两组N位的行列线连接到键盘接口上，通过接口来控制行、列线的指定及代码的反转传送。 按键识别时软件需解决的问题 : （a）识别按下的键，并产生与之相对应的编码； （b）消除按键时产生的抖动干扰，防止键盘操作中串键的错误。 三、CNC装置 上图为数控装置的工作过程，数控装置的主要作用是，读入数控加工程序，将其转换成控制机床运动和辅助功能要求的格式，分别送给进给电机控制单元、主轴电机控制单元和PLC，具有内置PLC功能的数控装置本身具有逻辑量解算功能，直接将解算结果送给机床强电控制系统。具有闭环控制功能的数控系统还会读入机床位置检测装置发出的实际位置信号，与指令位置比较后，用其差值控制机床的移动，可以获得较高的位置控制精度。 （三） 数控装置软件和硬件的功能界面 在现代CNC装置中，软件和硬件的界面关系是固定的。 早期的NC装置中，数控系统的全部功能都由硬件来实现，随着计算机技术的发展，计算机参与了数控系统的工作，构成了计算机数控（CNC）系统，数控工作便由软件来完成。 CNC装置软件和硬件各有不同特点，软件设计灵活，适应性强，但处理速度慢；硬件处理速度快，但成本高。随着产品、功能要求的不同，软件和硬件界面是不一样的，三种典型CNC装置的软、 硬件界面关系如图所示。 （四） CNC装置的特点及可执行的功能 四、数控机床用PLC 五、主轴驱动装置 六、进给驱动装置 实现对机床坐标轴的控制 2.2.1、CNC装置硬件结构 一、结构类型 1、单微处理器 只有一个微处理器集中控制系统总线，分时处理数控 装置的各个任务。如图 2、多微处理器 有两个或两个以上的微处理器都通过系统总线连接，共享系统公用存储器和I/O接口，每个微处理理器分担系统任务的一部分工作。如图 二、硬件各组成部分的功用与原理 CNC装置硬件各组成部分主要有：CPU及总线、存储器、位置控制器、各种设备接口（输入输出设备接口、显示设备接口、PLC接口、通信及网络接口等）。 实物图片 1、 CPU及总线 （1） CPU a）功能：执行计算、控制 b）组成：控制单元、算数逻辑单元、暂存寄存器 常用的CPU为8位、16位、32位和64位。如：Intel公司的8086、80186-80486、奔腾处理器；Motorola公司的6800、68120等等。 应根据CNC装置的功能和处理速度选择 CPU的字长、数据宽度、运算速度和寻址能力。 c）CPU的工作过程： 工作时，其控制单元从存储器中不断取出加工指令，译码后向CNC装置的各个部分按顺序发出执行操作的控制指令，同时接收执行部件中发出的反馈信号，与程序中指令信号比较后，决定下一步执行的操作。 运算过程中，算术逻辑单元不断从存储器中提取数据，并将运算结果送回存储器保存。通过运算结果的分析判断，设置状态寄存器的相应状态。 （2）总线的概念及类型 总线：计算机系统内部各独立模块之间传递各种信号的公用通道，现在使用的一般都是标准总线。 分类 片总线：元件级总线，是组成一个小系统或CPU插 件各芯片之间的连接总线。 片总线包括 地址总线 数据总线 三总线结构 控制总线