计算机数控系统：组成与功能

计算机数控系统是机床实现自动加工的核心。它主要由计算机数控装置、数控加工程序输入/输出装置、主轴驱动系统、伺服单元及驱动装置、可编程序控制器（PLC）及电气逻辑控制装置、辅助装置、测量装置等组成。图1-4所示是计算机数控系统的组成框图。

图1-4　计算机数控系统的组成框图

计算机数控系统的核心是计算机数控装置。从外部特征看，计算机数控装置由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成。通过软件和硬件的配合，合理地组合、管理数控系统的程序输入、数据处理、插补运算和信息输出，控制执行部件，使数控机床按照操作人员的要求正常地工作。

1.计算机数控装置硬件的基本组成

图1-5所示为计算机数控装置硬件的基本组成。它既具有一般微型计算机的基本结构，又具有数控机床完成特有功能所需的功能模块和接口单元。从图1-5中可以看出，计算机数控装置主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口、键盘/显示器接口、位置控制接口等组成。

图1-5　计算机数控装置硬件的基本组成

中央处理器（CPU）实施对计算机数控装置的运算和管理；存储器用于存储系统软件（控制软件）和零件加工程序，并存储运算的中间结果以及处理后的结果，它一般包括存放系统程序的ROM或EEPROM和存放用户程序、中间数据的RAM两个部分；输入/输出接口用来在计算机数控装置和外部对象之间交换信息；键盘/显示器接口实现手动数据输入和将信息显示在显示器上；位置控制接口是计算机数控装置的一个重要组成部分，实现对主轴驱动的控制和对进给坐标轴的控制，用于完成速度控制和位置控制。

2.计算机数控装置软件的基本功能

在上述硬件基础上，必须为计算机数控装置编写相应的系统软件，用于指挥和协调硬件的工作。从本质特征来看，计算机数控装置系统软件是具有实时性和多任务性的专用操作系统；从功能特征来看，该操作系统由管理软件和控制软件两个部分组成，如图1-6所示。管理软件主要为某个系统建立一个软件环境，协调各软件模块之间的关系，并处理一些实时性不太强的事件，如I/O处理程序、显示程序和诊断程序等。控制软件主要完成系统中一些实时性要求较高的关键控制功能，包括译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序、位置控制程序和主轴控制程序等。

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图1-6　计算机数控装置系统软件的组成

3.计算机数控装置硬件、软件的相互关系

计算机数控装置的系统软件在系统硬件的支持下，合理地组织、管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能，使数控机床按照操作人员的要求有条不紊地进行加工。

计算机数控装置的硬件和软件构成了计算机数控装置的系统平台，如图1-7所示。

图1-7　计算机数控装置的系统平台

该平台提供计算机数控装置的必备功能，有以下两方面的作用。

（1）在该平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。

（2）计算机数控装置系统平台的构建方式决定计算机数控装置的体系结构。体系结构为系统的分析、设计和建构提供框架。

4.计算机数控装置的功能

计算机数控装置的功能是指满足用户操作和机床控制要求的方法和手段，包括基本功能和选择功能。基本功能是数控系统必备的功能，选择功能是用户根据实际要求选择的功能。计算机数控装置的主要功能有控制功能、准备功能、固定循环加工功能、插补功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具管理功能、补偿功能、人机对话及显示功能、自诊断功能、通信功能等。