2024年4月20日发(作者：仰天韵)
第五章 数控系统的软硬件结构
§5.1概述
以上各章从数控系统如何处理输入的零件加工程序出发,阐述了数控系统的工作原
理。 在本章,我们讨论构成数控系统的软硬件都有那些特点,它是如何实现以上所述的功
能。 本质上, 数控系统是一种位置控制系统, 它是根据输入的数据段插补出理想的运动轨
迹, 然后输出到执行部件,加工出所需的零件。数控系统是由软件和硬件两大部分组成,其核
心 是数控装置。 数控系统 (Computer Neumerical Control – 简称 CNC 系统 硬件一般
包括一下几 个部分:中央处理器(CPU 、存储器(ROM/RAM 、输入输出设备(I/O 、操作
面板、显 示器和键盘、纸带阅读机、可编程逻辑控制器等。
图5-1 CNC系统的结构框图 图 5-1 CNC系统的硬件结构框图
图 5-1所示为整个 CNC 系统的结构框图。 数控系统主要是指图 5
-1中的 CNC 控制器, CNC 控制器由计算机硬件、 系统软件和相应的 I/O接口、 可
编程逻辑控制器构成。 前者处理 机床的轨迹运动的数字控制, 后者处理开关量的逻辑控制,
如主轴的启停、 冷却液的开、 关、 刀具的更换等。
从计算机实时操作系统的角度来看, CNC 系统是一种典型的多任务强实时系统, 所使
用 的实时控制也是比较成熟的。在 CNC 操作系统中,我们把具体完成某项作业任务的程
序称 为实时处理程序,即操作系统所指的用户程序。这些程序负责完成诸如译码、轨迹计
算、速 度计算、插补等任务。而负责对这些程序进行实时监控管理服务的程序称为实时
系统程序。 这些程序包括中断管理、监控、内存管理等程序等。整个 CNC 系统就是由这
些实时处理程 序(用户程序和实时系统程序(中断服务程序共同组成了 CNC 实时操作系
统。 用户的零件加工程序是以数据段为单位编制的。 一个数据段就是一个作业。 每个作
业都 是由一系列任务组成。在系统程序的调度管理下,实时处理程序执行系统赋予的这些
任务, 经过装入 —→ 编译—— → 预处理—— → 插补—— → 输出这样的运行过程, 完成
一个作业。 而 一次加工是由 N 个类似的作业构成的。 完成一个加工就需要 N 次这样的
作业循环。 我们可以 把它分为如图几步。
图5-2 框图 图 5-2 CNC的零件程序作业框图
§5.2 CNC系统的硬件结构
CNC 装置是在硬件和软件的有机结合下来完成控制任务的。其控制功能在相当程度
上 取决于硬件的结构。当初期的控制功能和精度要求不是很高时,多采用单微处理器结
构。现 在中高档 CNC 装置,大部分采用的是多微处理器结构。
2024年4月20日发(作者：仰天韵)
第五章 数控系统的软硬件结构
§5.1概述
以上各章从数控系统如何处理输入的零件加工程序出发,阐述了数控系统的工作原
理。 在本章,我们讨论构成数控系统的软硬件都有那些特点,它是如何实现以上所述的功
能。 本质上, 数控系统是一种位置控制系统, 它是根据输入的数据段插补出理想的运动轨
迹, 然后输出到执行部件,加工出所需的零件。数控系统是由软件和硬件两大部分组成,其核
心 是数控装置。 数控系统 (Computer Neumerical Control – 简称 CNC 系统 硬件一般
包括一下几 个部分:中央处理器(CPU 、存储器(ROM/RAM 、输入输出设备(I/O 、操作
面板、显 示器和键盘、纸带阅读机、可编程逻辑控制器等。
图5-1 CNC系统的结构框图 图 5-1 CNC系统的硬件结构框图
图 5-1所示为整个 CNC 系统的结构框图。 数控系统主要是指图 5
-1中的 CNC 控制器, CNC 控制器由计算机硬件、 系统软件和相应的 I/O接口、 可
编程逻辑控制器构成。 前者处理 机床的轨迹运动的数字控制, 后者处理开关量的逻辑控制,
如主轴的启停、 冷却液的开、 关、 刀具的更换等。
从计算机实时操作系统的角度来看, CNC 系统是一种典型的多任务强实时系统, 所使
用 的实时控制也是比较成熟的。在 CNC 操作系统中,我们把具体完成某项作业任务的程
序称 为实时处理程序,即操作系统所指的用户程序。这些程序负责完成诸如译码、轨迹计
算、速 度计算、插补等任务。而负责对这些程序进行实时监控管理服务的程序称为实时
系统程序。 这些程序包括中断管理、监控、内存管理等程序等。整个 CNC 系统就是由这
些实时处理程 序(用户程序和实时系统程序(中断服务程序共同组成了 CNC 实时操作系
统。 用户的零件加工程序是以数据段为单位编制的。 一个数据段就是一个作业。 每个作
业都 是由一系列任务组成。在系统程序的调度管理下,实时处理程序执行系统赋予的这些
任务, 经过装入 —→ 编译—— → 预处理—— → 插补—— → 输出这样的运行过程, 完成
一个作业。 而 一次加工是由 N 个类似的作业构成的。 完成一个加工就需要 N 次这样的
作业循环。 我们可以 把它分为如图几步。
图5-2 框图 图 5-2 CNC的零件程序作业框图
§5.2 CNC系统的硬件结构
CNC 装置是在硬件和软件的有机结合下来完成控制任务的。其控制功能在相当程度
上 取决于硬件的结构。当初期的控制功能和精度要求不是很高时,多采用单微处理器结
构。现 在中高档 CNC 装置,大部分采用的是多微处理器结构。