参考资料：/%C5%C9%BF%CB652/blog/item/040742fc5ab3e50eb17e c577.html一、ＣＮＣ系统的基本构成ＣＮＣ系统是一种用计算机执行其存储器内的程序来实现部分或全部数控功能的数字控制系统。

由于采用了计算机，使许多过去难以实现的功能可以通过软件来实现，大大提高了ＣＮＣ系统的性能和可靠性。

ＣＮＣ系统的控制过程是根据输入的信息，进行数据处理、插补运算，获得理想的运动轨迹信息，然后输出到执行部件，加工出所需要的工件。

ＣＮＣ系统由硬件和软件组成，软件和硬件各有不同的特点。

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。

ＣＮＣ的工作是在硬件的支持下，由软件来实现部分或大部分的数控功能。

二、ＣＮＣ系统的硬件结构ＣＮＣ系统的硬件结构可分为单微处理器结构和多微处理器结构两大类。

早期的ＣＮＣ系统和现有的一些经济型ＣＮＣ系统采用单微处理器结构。

随着ＣＮＣ系统功能的增加，机床切削速度的提高，单微处理器结构已不能满足要求，因此许多ＣＮＣ系统采用了多微处理器结构，以适应机床向高精度、高速度和智能化方向的发展，以及适应计算机网络化及形成ＦＭＳ和ＣＩＭＳ的更高要求，使ＣＮＣ系统向更高层次发展。

１．单微处理器结构图６－３ＣＮＣ系统硬件的组成框图所谓单微处理器结构，即采用一个微处理器来集中控制，分时处理ＣＮＣ系统的各个任务。

某些ＣＮＣ系统虽然采用了两个以上的微处理器，但能够控制系统总线的只是其中的一个微处理器，它占有总线资源，其他微处理器作为专用的智能部件，不能控制系统总线，也不能访问存储器，是一种主从结构，故也被归入单微处理器结构中。

单微处理器结构的ＣＮＣ系统由计算机部分（ＣＰＵ及存储器）、位置控制部分、数据输入／输出等各种接口及外围设备组成。

ＣＮＣ系统硬件的组成框图可参见图６－３。

（１）计算机部分计算机部分由微处理器ＣＰＵ及存储器（ＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ）等组成。

微处理器执行系统程序，首先读取加工程序，对加工程序段进行译码、预处理计算等，然后根据处理后得到的指令，对该加工程序段进行实时插补和对机床进行位置伺服控制；它还将辅助动作指令通过可编程控制器（ＰＬＣ）发给机床，同时接收由ＰＬＣ返回的机床各部分信息并予以处理，以决定下一步的操作。

（２）位置控制部分位置控制部分又分为位置控制和速度控制两大单元。

位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内的位移量，并产生伺服电动机速度指令发往速度控制单元。

速度控制单元还接收速度反馈信号，用速度指令与反馈信号的差值来控制伺服电动机，使其以恒定速度运转。

位置控制单元根据接收到的实际位置反馈信号，来修正速度指令，实现机床运动的准确控制。

（３）数据输入／输出接口与外围设备数据输入／输出接口与外围设备是数控系统与操作者之间信息交换的桥梁。

例如，通过纸带阅读机或ＭＤＩ设备，可以将零件加工程序送入系统，并可实现其他手动操作；通过ＣＲＴ显示器或穿孔机可得到零件加工程序或其他信息。

２．多微处理器结构在多微处理器结构中，由两个或两个以上的微处理器来构成处理部件。

各处理部件之间通过一组公用地址和数据总线进行连接，每个微处理器共享系统的公用存储器或Ｉ／Ｏ接口，分担系统的一部分工作，从而将在单微处理器结构的ＣＮＣ系统中顺序完成的工作转变为多微处理器的并行、同时完成的工作，因而大大提高了整个系统的处理速度。

多微处理器结构的ＣＮＣ系统大都采用模块化结构，微处理器、存储器、输入输出控制等可分别做成硬件模块，相应的软件也是模块化结构，固化在硬件中。

软硬件模块形成一个具有特定功能的单元，称为功能模块。

功能模块之间有明确定义的固定接口，按工厂或工业标准制造，于是可以组成积木式的ＣＮＣ系统。

如果某一个模块出了故障，其他模块仍能照常工作，可靠性高。

ＣＮＣ系统一般有６种基本功能模块，若需要扩充功能，还可以再增加相应的功能模块。

（１）ＣＮＣ管理模块该功能模块执行管理和组织整个ＣＮＣ系统工作过程的职能，例如，系统的初始化、中断管理、总线裁决、系统出错的识别和处理、系统软硬件故障诊断等。

（２）ＣＮＣ插补模块这个模块对零件加工程序进行译码、刀具补偿、坐标位移量计算等插补前的预处理工作，然后按规定的插补类型的轨迹坐标，通过插补计算为各个坐标轴提供位置给定值。

（３）位置控制模块该模块将插补后的坐标位置指令值与位置检测单元反馈回来的位置实际值进行比较，并进行自动加减速、回基准点、伺服驱动系统滞后量的监视和漂移补偿，最后得到速度控制的模拟电压，去驱动进给电动机。

（４）ＰＬＣ模块该模块对零件加工程序中的开关功能和由机床送来的信号进行逻辑处理，实现各功能和操作方式之间的联锁，例如，机床电器的起／停、刀具交换、回转台分度等。

（５）数据输入／输出和显示模块这里包含零件加工程序、参数和数据、各种操作命令的输入（如通过纸带阅读机、键盘或上级计算机等）和输出（如通过穿孔机、打印机）、显示（如通过ＣＲＴ显示器、液晶显示器等）所需要的各种接口电路。

（６）存储器模块这是程序和数据的主存储器，也可以是功能模块间传递数据用的共享存储器。

图６－４是一个具有多微处理器结构ＣＮＣ系统的典型框图。

其中有四个微处理模块，在主处理器的统一管理下分担不同的控制任务。

每个微处理器都有各自的存储器及控制程序，当需要占用总线及其他公共资源（如存储器、Ｉ／Ｏ设备）时，需申请占用总线，由主处理器按各个微处理器的优先级决定谁有权使用系统总线。

图中微处理器均为１６位的８０８６ＣＰＵ。

图６－４多微处理器结构ＣＮＣ系统的典型框图微处理器１为主处理器，主要处理与外围设备之间的输入／输出，同时负责系统总线的管理和任务调配。

微处理器２完成零件加工程序的译码、预处理计算，负责刀具补偿、工作循环和子程序的管理工作。

微处理器３完成直线和圆弧插补以及位置控制。

微处理器４实现可编程序控制器的功能。

此外，还有主存储器模块、操作面板显示模块等。

三、ＣＮＣ系统的软件结构ＣＮＣ系统的软件是为了实现ＣＮＣ系统各项功能而编制的专用软件，称为系统软件。

在系统软件的控制下，ＣＮＣ系统对输入的加工程序自动进行处理并发出相应的控制指令。

系统软件由管理软件和控制软件两部分组成。

管理软件包括零件加工程序的输入／输出、Ｉ／Ｏ处理、系统的显示和诊断；控制软件可完成从译码、刀具补偿、速度处理到插补运算和位置控制等方面的工作。

这两大部分通常是同时工作的。

ＣＮＣ系统是一个大的多重中断系统，其中断管理主要由硬件完成，而系统软件的结构则取决于系统的中断结构。

ＣＮＣ系统的中断来源有多种，主要有外部中断、内部中断、硬件故障中断、程序性中断等。

ＣＮＣ有两种类型的软件结构，一种是前后台型结构，一种是中断型结构。

１．前后台型结构（１）工作原理在前后台型结构的ＣＮＣ系统中，整个系统软件分为两大部分，即前台程序和后台程序。

前台程序是一个实时中断服务程序，承担了几乎全部的实时功能，实现与机床动作直接相关的功能，如插补、位置控制、机床相关逻辑和监控等，就好像是前台表演的演员。

后台程序是一个循环执行程序，一些实时性要求不高的功能，如输入译码、数据处理等插补准备和管理工作等均由后台程序承担，就好像配合演员演出的舞台背景，因此又称背景程序。

在背景程序循环运行的过程中前台的实时中断程序不断定时插入，二者密切配合，共同完成零件加工任务。

（２）工作特点前后台型结构对微处理器的运行速度和指令功能要求较高，一般适合单微处理器集中式控制的数控系统。

２．中断型结构（１）工作原理图６－５所示为中断型ＣＮＣ系统软件结构原理图。

中断型ＣＮＣ系统软件结构中，除了初始化程序外，整个系统是一个中断控制系统。

所有各种功能的子程序（如工件程序的输入、编辑、译码、数据处理、插补和伺服控制等功能）均被安排成优先级别不同的中断服务程序。

（２）工作特点中断型软件结构采用模块化结构，便于修改和扩充，编制较为方便。

更重要的是这种结构便于向多微处理器数控系统发展。

四、ＣＮＣ系统可执行的功能及其特点１．ＣＮＣ系统可执行的功能ＣＮＣ系统的功能通常包括基本功能和选择功能。

基本功能是必备的数控功能；选择功能是图６－５中断型ＣＮＣ系统软件结构原理图可供用户根据机床特点和工作用途进行选择的功能。

（１）基本功能ＣＮＣ系统的基本功能有以下几方面：１）控制功能控制功能主要反映ＣＮＣ系统能够控制以及能够同时控制的轴数（即联动轴数）。

如数控车床一般为两根联动轴（Ｘ轴、Ｚ轴），数控铣床以及加工中心一般需要３根或３根以上的控制轴。

控制轴数越多，特别是联动轴数越多，ＣＮＣ系统就越复杂，编制其系统软件也越复杂。

２）准备功能准备功能（Ｇ功能）是指定机床动作方式的功能。

主要有基本移动、程序暂停、坐标平面选择、坐标设定、刀具补偿、固定循环、基准点返回、公英制转换和绝对值增量值转换等指令。

Ｇ代码的使用有模态（续效）和非模态（一次性）两种。

３）插补功能插补功能指ＣＮＣ系统可以实现的插补加工线型的能力，如直线插补、圆弧插补和其他二次曲线与多坐标插补能力。

４）进给功能进给功能包括切削进给、同步进给、快速进给、进给倍率等。

它反映刀具进给速度，一般用Ｆ代码直接指定各轴的进给速度。

５）刀具功能刀具功能用来选择刀具，用Ｔ和它后面的２位或４位数字表示。

６）主轴功能主轴功能就是指定主轴转速、转向的功能，用Ｓ代码指定转速，例如２０００ｒ／ｍｉｎ可表示为Ｓ２０００。

主轴的转向要用Ｍ０３（正向）、Ｍ０４（反向）指定。

７）辅助功能辅助功能也称Ｍ功能，用来规定主轴的起停和转向、切削液的接通和断开、刀库的起停、刀具的更换、工件的夹紧或松开等。

８）字符显示功能ＣＮＣ系统可通过软件和接口在ＣＲＴ显示器上实现字符显示，如显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置和故障信息等。

９）自诊断功能ＣＮＣ系统有各种诊断程序，在故障出现后可迅速查明故障类型和部位，减少因故障引起的停机时间。

（２）选择功能ＣＮＣ系统的选择功能有以下几方面：１）补偿功能ＣＮＣ系统可以备有补偿功能，对加工过程中由于刀具磨损或更换以及机械传动的丝杠螺距误差和反向间隙所引起的加工误差予以补偿。

ＣＮＣ系统的存储器中存放着刀具长度或半径的相应补偿量，加工时按补偿量重新计算刀具的运动轨迹和坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。

２）固定循环功能该功能是指ＣＮＣ系统为常见的加工工艺所编制的、可以多次循环加工的功能。

固定循环使用前，要由用户选择合适的切削用量和重复次数等参数，然后按固定循环约定的功能进行加工。

用户若需编制适用于自己的固定循环，可借助用户宏程序功能。

３）图形显示功能图形显示功能一般需要高分辨率的ＣＲＴ显示器。

某些ＣＮＣ系统可配置１４英寸彩色ＣＲＴ显示器，能显示人机对话编程菜单、零件图形、动态刀具轨迹等。

４）通信功能ＣＮＣ系统通常备有ＲＳ－２３２Ｃ接口，有的还备有ＤＮＣ接口，设有缓冲存储器，可以按数控格式输入，也可以按二进制格式输入，进行高速传输。