1、淺談計算機數控系統論文關鍵詞：計算機數控系統，cnc系統計算機數控系統（簡稱CNC系統）是在硬件數控的基礎上發展起來的，它用一臺計算機代替先前的數控裝置所完成的功能。所以，它是一種包含有計算機在內的數字控制系統， 根據計算機存儲的控制程序執行部分或全部數控功能。依照EIA所屬的數控標準化委員會的定義，CNC是用一個存儲程序的計算機，按照存儲在計算機內的讀寫存儲器中的控制程 序去執行數控裝置的一部分或全部功能，在計算機之外的唯一裝置是接口。目前在計算機數控系統中所用的計算機已不再是小型計算機，而是微型計算機，用微機控制的系統稱為MNC系統，亦統稱為CNC系統。由上述定義可知，CNC系統與傳統NC

2、系統的區別在于：CNC系統附加一個計算機作 為控制器的一部分，其組成框圖如圖3-1所示。圖中的計算機接收各種輸入信息（如鍵盤、 面板等輸入的指令信息），執行各種控制功能（如插補計算、運行管理等等）。而硬件電路完 成其他一些控制操作。me控制器圖3-1計算機數控系統方框圖二、CNC系統軟件這里指的是為實現CNC系統各項功能所編制的專用軟件，即存放于計算機內存中的系 統程序。它一般由輸入數據處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序等組 成。現分_三、 計算機數控系統的特點與NC系統相比，CNC系統主要的優點有：靈活性這是CNC系統的突出優點。對于傳統的NC系統，一旦提供了某些控制功

3、能，就不能被改變，除非改變相應的硬件。而對于CNC系統，只要改變相應的控制程序就可以補充和開發新的功能，并不必制造新的硬件。CNC系統能夠隨著工廠的發展而發展，也能適應將來改變工藝的要求。在CNC設備安裝之后，新的技術還可以補充到系統中去，這就延長了 系統的使用期限。因此，CNC系統具有很大的 柔性”一-活性。通用性在CNC系統中，硬件系統采用模塊結構，依靠軟件變化來滿足被控設備的各種不同要求。采用標準化接口電路，給機床制造廠和數控用戶帶來了許多方便。于是，用一種CNC系統就可能滿足大部分數控機床（包括車床、銃床、加工中心、鉆鏜床等）的要求，還能滿足某 些別的 設備應 用。當 用戶要 求某些

4、特殊功 能時 ，僅僅 是改變 某些軟 件而已 。由于 在工廠1訃算機、軟作功能41數控機床中使用同一類型的控制系統，培訓和學習也十分方便。可靠性在CNC系統中，加工程序常常是一次送入計算機存儲器內，避免了在加工過程中由于紙帶輸入機的故障而產生的停機現象（普通數控裝置的故障有一半以上發生在逐段光電輸入時）。同時，由于許多功能都由軟件實現，硬件系統所需元器件數目大為減少，整個系統 的可靠性大大改善，特別是隨著大規模集成電路和超大規模集成電路的采用，系統可靠性更為提高。據美國第13屆NCS年會統計的世界上數控系統平均無故障時間是：硬線NC系統為136h，小型計算機CNC系統為984h，而微處理機CN

5、C系統據日本發那科公司 宣稱已達23000h。易于實現許多復雜的功能CNC系統可以利用計算機的高度計算能力，實現一些高級的復雜的數控功能。刀具偏移、英公制轉換、固定循環等都能用適當的軟件程序予以實現；復雜的插補功能，例如拋物線插補、螺旋線插補等也能用軟件方法來解決； 刀具補償也可在加工過程中進行計算； 大量 的輔助功能都可以被編程；子程序概念的引入，大大簡化了程序編制。使用維修方便CNC系統的一個吸引人的特點是有一套診斷程序，當數控系統出現故障時，能顯示出故障信息，使操作和維修人員能了解故障部位，減少了維修的停機時間。三、CNC系統的硬件構成隨著大規模集成電路技術和表面安裝技術的發展，CNC系

6、統硬件模塊及安裝方式不斷改進。從CNC系統的總體安裝結構看，有整體式結構和分體式結構兩種。所謂整體式結構是把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機箱內。這種方式的優點是結構緊湊，便于安裝，但有時可能造成某些信號連線過 長。分體式結構通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一個部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個機箱內，兩者之間用導線或光纖連接。許多CNC機床把操作面板也單獨作為一個部件， 這是由于所控制機床的要求不同，操作面板相應地要改變，做成分體式的有利于更換和安裝。CNC操作面板在機床上的安裝形式有吊掛式、床頭式、控制柜式、控制臺式等多種。從組成CNC系統

7、的電路板的結構特點來看，有兩種常見的結構，即大板式結構和模塊 化結構。四、CNC系統的控制軟件結構特點CNC系統是一個專用的實時多任務計算機系統，在它的控制軟件中融合了當今計算機軟件技術中的許多先進技術，其中最突出的是多任務并行處理和多重實時中斷。五、CNC系統的控制軟件及其工作過程控制軟件是為完成特定CNC（或MNC）系統各項功能所編制的專用軟件，又稱為系統軟件（或系統程序）。因為CNC（或MNC）系統的功能設置與控制方案各不相同，各種系統軟件 在結構和規模上差別很大。系統程序的設計與各項功能的實現及其將來的擴展有最直接的關 系，是整個CNC（或MNC）系統研制工作中關鍵性的和工作量最大的部

8、分。前面曾提到，系統軟件一般由輸入、譯碼、數據處理（預計算）、插補運算、速度控制、輸出控制、管理程序及診斷程序等部分構成。下面分別加以介紹。1、輸入CNC系統中一般通過紙帶閱讀機、磁帶機、磁盤及鍵盤輸入零件程序，且其輸入大都采用中斷方式。在系統程序中有相應的中斷服務程序，如紙帶閱讀機中斷服務程序及鍵盤中斷服務程序等。當紙帶閱讀機讀入一個字符至接口中時，就向主機發出中斷，由中斷服務程序將該字符送入內存。 同樣，每按一個鍵則表示向主機申請一次中斷，調出一次鍵盤服務程序，對相應的鍵盤命令進行處理。2、譯碼由前面的討論可知，經過輸入系統的工作，已將數據段送入零件程序存儲器。下一步就是由譯碼程序將輸入的零件程序數據段翻譯成本系統能識別的語言。一個數據段從輸入到傳送至插補工作寄存器需經過以下幾個環節。3、預計算為了減輕插補工作的負擔， 提高系統的實時處理能力，常常在插補運算前先進行數據的預處理，例如，確定圓弧平面、刀具半徑補償的計算等。當采用數字積分法時，可預先進行 左移規格化的處理和積分次數的計算等，這樣，可把最直接、最方便形式的數據提供給插補運算。4、插補計算插補計算是CNC系統中最重要的計算工作之一。在傳統的NC裝置中，采用硬件電路（插補器）來實現各種軌跡的插補。為了在軟件系統中計算所需的插補軌跡，這些數字電路必須由計算機的程序