一、cnc系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)
計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡稱cnc系統(tǒng)）是在硬件數(shù)控（nc）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它用一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成數(shù)控裝置的所有功能。cnc系統(tǒng)由硬件和軟件組成，其組成框圖如圖1所示。
圖1cnc系統(tǒng)的組成框圖
根據(jù)上述組成框圖，cnc系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：
（1）靈活性
（2）通用性
（3）可靠性
（4）數(shù)控功能多樣化
（5）使用維護(hù)方便
二、cnc系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)控系統(tǒng)的硬件由數(shù)控裝置、輸入/輸出裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)床電器邏輯控制裝置等組成，這四部分之間通過i/o接口互連。
數(shù)控裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，其軟件和硬件來控制各種數(shù)控功能的實(shí)現(xiàn)。
數(shù)控裝置的硬件結(jié)構(gòu)按cnc裝置中的印制電路板的插接方式可以分為大板結(jié)構(gòu)和功能模塊（小板）結(jié)構(gòu)；按cnc裝置硬件的制造方式，可以分為型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)；按cnc裝置中微處理器的個(gè)數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。
（一）大板結(jié)構(gòu)和功能模板結(jié)構(gòu)
1．大板結(jié)構(gòu)
大板結(jié)構(gòu)cnc系統(tǒng)的cnc裝置由主電路板、位置控制板、pc板、圖形控制板、附加i/o板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路版，其它電路板是小板，插在大印制電路板上的插槽內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)類似于微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)。
2．功能模塊結(jié)構(gòu)
（二）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)
1．單微處理器結(jié)構(gòu)
在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)微處理器，以集中控制、分時(shí)處理數(shù)控裝置的各個(gè)任務(wù)。圖2-2是單微處理器結(jié)構(gòu)圖。
2．多微處理器結(jié)構(gòu)
隨著數(shù)控系統(tǒng)功能的增加、數(shù)控機(jī)床的加工速度的提高，單微處理器數(shù)控系統(tǒng)已不能滿足要求，因此，許多數(shù)控系統(tǒng)采用了多微處理器的結(jié)構(gòu)。若在一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器，每個(gè)微處理器通過數(shù)據(jù)總線或通信方式進(jìn)行連接，共享系統(tǒng)的公用存儲(chǔ)器與i/o接口，每個(gè)微處理器分擔(dān)系統(tǒng)的一部分工作，這就是多微處理器系統(tǒng)。如圖2-3所示的數(shù)控系統(tǒng)帶有4個(gè)cpu。目前使用的多微處理器系統(tǒng)有三種不同的結(jié)構(gòu)，即主從式結(jié)構(gòu)、總線式多主cpu結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)。
三、cnc系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
（一）cnc系統(tǒng)軟件的組成
cnc軟件分為應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。
cnc系統(tǒng)軟件是為實(shí)現(xiàn)cnc系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的軟件，也叫控制軟件，存放在計(jì)算機(jī)eprom內(nèi)存中。各種cnc系統(tǒng)的功能設(shè)置和控制方案各不相同，它們的系統(tǒng)軟件在結(jié)構(gòu)上和規(guī)模上差別很大，但是一般都包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。下面分別敘述它們的作用。
1．輸入數(shù)據(jù)處理程序
它接收輸入的零件加工程序，將標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，或?yàn)椴逖a(bǔ)運(yùn)算和速度控制等進(jìn)行預(yù)計(jì)算。通常，輸入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入、譯碼和數(shù)據(jù)處理三項(xiàng)內(nèi)容。
（1）輸入程序
（2）譯碼程序
（3）數(shù)據(jù)處理程序
2．插補(bǔ)計(jì)算程序
cnc系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類、起點(diǎn)、終點(diǎn)等進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，分別向各坐標(biāo)軸發(fā)出進(jìn)給脈沖。這個(gè)過程稱為插補(bǔ)運(yùn)算。進(jìn)給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或刀具作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，完成程序規(guī)定的加工任務(wù)。
cnc系統(tǒng)是一邊插補(bǔ)進(jìn)行運(yùn)算，一邊進(jìn)行加工，是一種典型的實(shí)時(shí)控制方式，所以，插補(bǔ)運(yùn)算的快慢直接影響機(jī)床的進(jìn)給速度，因此應(yīng)該盡可能地縮短運(yùn)算時(shí)間，這是編制插補(bǔ)運(yùn)算程序的關(guān)鍵。
3．速度控制程序
速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，以保預(yù)定的進(jìn)給速度。在速度變化較大時(shí)，需要進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，以避免因速度突變而造成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失步。
4．管理程序
管理程序負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算等為加工過程服務(wù)的各種程序進(jìn)行調(diào)度管理。管理程序還要對(duì)面板命令、時(shí)鐘信號(hào)、故障信號(hào)等引起的中斷進(jìn)行處理。
5．診斷程序
診斷程序的功能是在程序運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出故障的類型。也可以在運(yùn)行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（cpu、存儲(chǔ)器、接口、開關(guān)、伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。
（二）cnc系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)
cnc系統(tǒng)是在同一時(shí)間或同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作，因此需要對(duì)系統(tǒng)軟件的各功能模塊實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行處理。為此，在cnc軟件設(shè)計(jì)中，常采用資源分時(shí)共享并行處理和資源重疊流水并行處理技術(shù)。資源分時(shí)共享并行處理適用于單微處理器系統(tǒng)，主要采用對(duì)cpu的分時(shí)共享來解決多任務(wù)的并行處理。資源重疊流水并行處理適用于多微處理器系統(tǒng)，資源重疊流水并行處理是指在一段時(shí)間間隔內(nèi)處理兩個(gè)或多個(gè)任務(wù)，即時(shí)間重疊。由于兩種技術(shù)處理方式不同，相應(yīng)的cnc軟件也可設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)形式。不同的軟件結(jié)構(gòu)，對(duì)各任務(wù)的安排方式也不同，管理方式也不同。較常見的cnc軟件結(jié)構(gòu)形式有前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)和中斷型軟件結(jié)構(gòu)。
1．前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)
前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)將整個(gè)cnc系統(tǒng)軟件分為前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。
2．中斷型軟件結(jié)構(gòu)