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二、CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)

(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

(1)單微處理器CNC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)。

(2)單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置幾乎都采用以總線為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)。CPU 通過(guò)總線與存儲(chǔ)器(RAM、EPROM)、可編程控制器PLC、位置控制器及各種接口相連。

(3)單微處理器CNC裝置中，微處理器(CPU)是核心;總線是CNC裝置各部分之間傳送信息的公共通道。

(4)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)：CNC裝置由主板和輔助功能板(卡)組成。

ⅰ)主板為大印刷電路板，CNC裝置的主要功能都集在這塊板上。

ⅱ)輔助功能板為小印刷電路板，如PLC板、I/O控制板、CRT顯示控制板、附加存儲(chǔ)板等。輔助功能板插在主板的插槽內(nèi)，受主板驅(qū)動(dòng)。

②模塊化結(jié)構(gòu)。是將CNC裝置的硬件按功能劃分成模板，每個(gè)功能模塊都制成尺寸相同的印刷電路板，稱為功能模板。

ⅰ)采用標(biāo)準(zhǔn)總線作為母版，將各功能模板插在母板上。

ⅱ)全部數(shù)控功能，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、顯示等都由一個(gè)微處理器完成，整個(gè)CNC裝置的功能將受到 CPU字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的影響。

2.多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置。

Ⅰ 特點(diǎn)：

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;具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。

Ⅱ 結(jié)構(gòu)：

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)。采用模塊化結(jié)構(gòu)，采取積木方式組成CNC裝置，發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)更換模塊。

Ⅲ 分類：

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。

Ⅳ 模塊之間結(jié)構(gòu)分類：

多微處理器CNC裝置各模塊之間的互連和通信主要采用共享總線和共享存儲(chǔ)器兩類結(jié)構(gòu)。

(1)在共享總線結(jié)構(gòu)中，將各功能模塊插在配有總線插座的機(jī)框內(nèi)，由系統(tǒng)總線把各個(gè)模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的功能。

共享總線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)配置靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，造價(jià)低，因此經(jīng)常被采用。缺點(diǎn)是由于各主模塊使用總線時(shí)會(huì)引起“競(jìng)爭(zhēng)”，而使信息傳輸效率降低，總線一旦出現(xiàn)故障會(huì)影響全局。

(2)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)采用多端口存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的互聯(lián)和通信。但是這種結(jié)構(gòu)功能擴(kuò)展比較困難并且多端口存儲(chǔ)器不易制造。

3.單微處理器結(jié)構(gòu)與多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的區(qū)別：

①單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置只有一個(gè)微處理器能夠控制總線，占有總線資源，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有多個(gè)微處理器。

②單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置采用以總線為中心的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置各模塊之間的互連和通信除了采用共享總線結(jié)構(gòu)外，還采用共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。

③單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置有大板和模塊兩種結(jié)構(gòu)形式，而多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置都采用模塊化結(jié)構(gòu)形式。

④單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的功能受微處理器的字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的限制，用于控制功能不十分復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床中。多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置適合多軸控制、高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控機(jī)床。

⑤與單微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置具有更好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。使故障對(duì)系統(tǒng)的影響更低。

(二)專用CNC裝置與開放式CNC裝置

1.特點(diǎn)：

(1)專用型CNC裝置結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、技術(shù)成熟，在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

(2)采用封閉式的體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)硬件是專用的，組成系統(tǒng)的功能板及其之間的連接方式都是專門設(shè)計(jì)而不能通用;系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)也是專用的，細(xì)節(jié)對(duì)外不公開，不能提供給用戶。所以帶來(lái)很大的不便。

2.CNC裝置開放化的體現(xiàn)：

(1)系統(tǒng)組成內(nèi)部的開放化，即系統(tǒng)內(nèi)部硬、軟的公開化。這樣，不僅降低了開發(fā)成本，而且還能開發(fā)出理想的、適合用戶需求的各種功能。

(2)系統(tǒng)組成各部分之間的開放化，即各組成部分(如CNC、伺服驅(qū)動(dòng)、主軸驅(qū)動(dòng)等)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)化。這樣就可以從眾多的組件生產(chǎn)廠家中選擇最佳組件構(gòu)成整機(jī)。

3.開放式CNC裝置(即PC—NC系統(tǒng))的組成方式分類：

(1)PC連接型CNC。這是一種將現(xiàn)有CNC與PC通過(guò)串行通信連接起來(lái)的一種形式。其優(yōu)點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)，CNC部分幾乎可以不加改動(dòng)，也可以使用通用軟件;其缺點(diǎn)是CNC部分不能實(shí)現(xiàn)開放化，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。

(2)PC內(nèi)藏型CNC。即在CNC內(nèi)部加裝PC，PC與CNC之間通過(guò)專用總線連接。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是CNC部分幾乎可以不加改動(dòng)地使用，數(shù)據(jù)傳輸快，系統(tǒng)響應(yīng)快;缺點(diǎn)是不能直接使用通用PC。

(3)CNC內(nèi)藏型PC。即在通用PC的擴(kuò)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。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是能夠充分保證系統(tǒng)性能，軟件通用性強(qiáng)而且編程處理靈活;缺點(diǎn)是很難利用現(xiàn)有的CNC資源和系統(tǒng)的可靠性。

(4)全軟件型NC。即CNC的全部功能都由PC完成。優(yōu)點(diǎn)是硬件通用性強(qiáng)，編程處理靈活;缺點(diǎn)是在通用PC上較難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，較難保證系統(tǒng)性能，而且難以利用現(xiàn)有CNC資源。

【例題8•單選題】 多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的基本功能模塊不包括( )。

A.CNC管理模塊

B.CNC插補(bǔ)模塊

C.總線控制模塊

D.位置控制模塊

答案：C

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。

【例題9•多選題】 當(dāng)今CNC裝置生產(chǎn)廠家推出的單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置 ( )。

A.都有大板結(jié)構(gòu)形式的硬件

B.都有總線結(jié)構(gòu)形式的硬件

C.都有共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)形式的硬件

D.都有模塊化結(jié)構(gòu)形式的硬件

E.都適合多軸控制、高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求

答案：BD

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