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二、CNC装置的硬件结构

(一)单微处理器结构与多微处理器结构CNC装置

1.单微处理器结构CNC装置

(1)单微处理器CNC装置只有一个微处理器，或虽然有两个以上的微处理器，但其中只有一个微处理器能够控制总线，而其他微处理器不能控制系统总线，不能访问主存储器，各微处理器组成主从结构。

(2)单微处理器结构的CNC装置几乎都采用以总线为中心的计算机结构。CPU 通过总线与存储器(RAM、EPROM)、可编程控制器PLC、位置控制器及各种接口相连。

(3)单微处理器CNC装置中，微处理器(CPU)是核心;总线是CNC装置各部分之间传送信息的公共通道。

(4)按照印刷电路插接方式的不同，单微处理器结构的 CNC 装置可以分为：

①大板结构：CNC装置由主板和辅助功能板(卡)组成。

ⅰ)主板为大印刷电路板，CNC装置的主要功能都集在这块板上。

ⅱ)辅助功能板为小印刷电路板，如PLC板、I/O控制板、CRT显示控制板、附加存储板等。辅助功能板插在主板的插槽内，受主板驱动。

②模块化结构。是将CNC装置的硬件按功能划分成模板，每个功能模块都制成尺寸相同的印刷电路板，称为功能模板。

ⅰ)采用标准总线作为母版，将各功能模板插在母板上。

ⅱ)全部数控功能，包括数据存储、插补运算、输入输出控制、显示等都由一个微处理器完成，整个CNC装置的功能将受到 CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的影响。

2.多微处理器结构CNC装置。

Ⅰ 特点：

与单微处理器结构CNC装置相比，运算速度更高，更适合于多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求;具有良好的适应性和扩展性。

Ⅱ 结构：

多微处理器结构CNC装置多采用模块化结构，每个功能模块分管各自的任务。采用模块化结构，采取积木方式组成CNC装置，发生故障时可及时更换模块。

Ⅲ 分类：

模块化结构的多微处理器结构CNC装置中的基本功能模块一般有以下六种。

(1)CNC管理模块。

(2)CNC插补模块。

(3)位置控制模块。

(4)存储器模块。

(5)PLC模块。

(6)指令、数据的输入输出及显示模块。

Ⅳ 模块之间结构分类：

多微处理器CNC装置各模块之间的互连和通信主要采用共享总线和共享存储器两类结构。

(1)在共享总线结构中，将各功能模块插在配有总线插座的机框内，由系统总线把各个模块有效地连接在一起，按照要求交换各种控制指令和数据，实现各种预定的功能。

共享总线结构系统配置灵活，结构简单，容易实现，造价低，因此经常被采用。缺点是由于各主模块使用总线时会引起“竞争”，而使信息传输效率降低，总线一旦出现故障会影响全局。

(2)共享存储器结构采用多端口存储器来实现各微处理器之间的互联和通信。但是这种结构功能扩展比较困难并且多端口存储器不易制造。

3.单微处理器结构与多微处理器结构CNC装置的区别：

①单微处理器结构CNC装置只有一个微处理器能够控制总线，占有总线资源，而多微处理器结构CNC装置有多个微处理器。

②单微处理器结构CNC装置采用以总线为中心的计算机结构，而多微处理器结构CNC装置各模块之间的互连和通信除了采用共享总线结构外，还采用共享存储器结构。

③单微处理器结构CNC装置有大板和模块两种结构形式，而多微处理器结构CNC装置都采用模块化结构形式。

④单微处理器结构CNC装置的功能受微处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制，用于控制功能不十分复杂的数控机床中。多微处理器结构CNC装置适合多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控机床。

⑤与单微处理器结构CNC装置相比，多微处理器结构CNC装置具有更好的适应性和扩展性。使故障对系统的影响更低。

(二)专用CNC装置与开放式CNC装置

1.特点：

(1)专用型CNC装置结构紧凑、布局合理、技术成熟，在制造业中得到广泛应用。

(2)采用封闭式的体系结构，系统硬件是专用的，组成系统的功能板及其之间的连接方式都是专门设计而不能通用;系统的软件结构也是专用的，细节对外不公开，不能提供给用户。所以带来很大的不便。

2.CNC装置开放化的体现：

(1)系统组成内部的开放化，即系统内部硬、软的公开化。这样，不仅降低了开发成本，而且还能开发出理想的、适合用户需求的各种功能。

(2)系统组成各部分之间的开放化，即各组成部分(如CNC、伺服驱动、主轴驱动等)之间的接口标准化。这样就可以从众多的组件生产厂家中选择最佳组件构成整机。

3.开放式CNC装置(即PC—NC系统)的组成方式分类：

(1)PC连接型CNC。这是一种将现有CNC与PC通过串行通信连接起来的一种形式。其优点是易实现，CNC部分几乎可以不加改动，也可以使用通用软件;其缺点是CNC部分不能实现开放化，系统响应速度慢。

(2)PC内藏型CNC。即在CNC内部加装PC，PC与CNC之间通过专用总线连接。这种结构形式的优点是CNC部分几乎可以不加改动地使用，数据传输快，系统响应快;缺点是不能直接使用通用PC。

(3)CNC内藏型PC。即在通用PC的扩展槽中插入专用CNC，专用CNC具有包括加工轨迹生成等几乎所有的CNC处理功能。这种结构形式的优点是能够充分保证系统性能，软件通用性强而且编程处理灵活;缺点是很难利用现有的CNC资源和系统的可靠性。

(4)全软件型NC。即CNC的全部功能都由PC完成。优点是硬件通用性强，编程处理灵活;缺点是在通用PC上较难实现实时处理，较难保证系统性能，而且难以利用现有CNC资源。

【例题8•单选题】 多微处理器结构CNC装置的基本功能模块不包括( )。

A.CNC管理模块

B.CNC插补模块

C.总线控制模块

D.位置控制模块

答案：C

模块化结构的多微处理器结构CNC装置中的基本功能模块一般有以下六种。

(1)CNC管理模块。

(2)CNC插补模块。

(3)位置控制模块。

(4)存储器模块。

(5)PLC模块。

(6)指令、数据的输入输出及显示模块。

【例题9•多选题】 当今CNC装置生产厂家推出的单微处理器结构和多微处理器结构的CNC装置 ( )。

A.都有大板结构形式的硬件

B.都有总线结构形式的硬件

C.都有共享存储器结构形式的硬件

D.都有模块化结构形式的硬件

E.都适合多轴控制、高进给速度、高精度、高效率的数控要求

答案：BD

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