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复合加工机床--CNC机床的体系结构
日期：2009年09月28 来源：本站原创 关键字：CNC机床
随着大规模集成电路技术和表面安装技术的发展，CNC机床系统硬件模块及其安装方式也在不断改进。从CNC系统的总体安装结构来看，有整体式结构和分体式结构两种。
所谓整体式结构，是把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模块板组成的电路板等安装在同一机箱内。这种方式的优点是结构紧凑、便于安装，但有时可能造成某些信号的连线过长。分体式结构通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一个部件，而把功能模块组成的电路板安装在另一个机箱内，两者之间用导线或光纤连接。许多CNC机床把操作面板也单独作为一个部件，这是由于所控制机床的要求不同，操作面板也相应地改变，而分体式更有利于更换和安装。
CNC操作面板在机床上的安装形式有吊挂式、床头式、控制柜式、控制台式等多种。 从组成CNC机床系统的电路板的结构特点来看，有两种常见的结构，即大板式结构和模块化结构。大扳式结构的特点是一个系统一般都有一块大板(称为主板)。主板上装有主CPU和各轴的位置控制电路等。其他相关的子板(完成一定功能的电路板)，如ROM板、零件程序存储器板和PLC板，都直接插在主板上面，组成CNC系统的核心部分。由此可见，大板式结构紧凑、体积小、可靠性高、价格低，有很高的性能/价格比，也便于机床的一体化设计。大板结构虽有上述优点，但它的硬件功能不易变动，不利于组织生产。
模块化结构是～种柔性比较高的总线模块化的开放系统结构，其特点是将微处理机、存储器、输入／输出控制分别做成插件板(称为硬件模块)，甚至将微处理机、存储器、输入椭出控制组成独立的微计算机级的硬件模块，相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。粳、软件模块形成一个特定的功能单元，称为功62模块。功能模块间有明确定义的接口(接口是固定的)，成为工厂标准或工业标准，彼此可以进行信息交换。于是可用积木式组成CNC系统，设计简单，有良好的适应性和扩展性，试制周期短，调整维护方便，效率高。
从CNC系统使用的微机及结构来分，CNC机床系统的硬件结构一般分为单微处理机和多微处理机结构两大类。初期的CNC系统和现有一些经济型CNC系统采用单微处理机结构；而多微处理机结构可以满足数控机床高进给速度、高加工精度和许多复杂功能的要求，也适应井入FMS和CIMS运行的需要，从而得到了迅速的发展，它反映了当今数控系统的新水平．早期的CNC机床装置多为单微处理器结构，装置内的所有信息处理工作都由一个CPU集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式实现各种数控功能，它的优点是投资小、结构简单、易于实现。但系统功能则受CPU的字长，数据宽度、寻址能力和运算速度等因素限制。现在这种结构已被多微处理器系统的主从结构所取代。
多／做处理器CNC装置中有两个或两个以上的CPU，即CNC装置的某些功能模块自身也带有CPU，按照这些CPU之间相互关系的不同，可将其分为如下几种结构。
(1)主从结构。在谆装置中只有一个CPU(通称为主CPU)，对整个装置的资源(装置内的存储器、总线)有控制权和使用权；而其他带有CPU的功能部件<通称为智能部件)则无权控制和使用装置资源，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。总之，只有一个CPU处于主导地位，其他CPU处于从属地位。
(2)多主结构。在该装置中有两个或两个以上带CPU的功能部件对装置资源有控制权和使用权。功能部件之间采用紧耦合(即均挂靠在装置总线上，集中在一个机箱内)，有集中的操纵系统，通过总线仲裁器(软件和硬件)解决争用总线的问题，通过公共存储器交换装置内的倍息。
(3)分布式结构。该装置有两个或两个以上带有CPU的功能模块，每个功能模块有自己独立的运行环境(总线、存储器、操作系统等)，功能模块间采用松耦合，即在空间上可L上较为分散，各模块之间采用通信方式交换信息。
20世纪80年代中期，开始出现多微处理器数控装置产品，其中绝大部分是主从结构类型。由于多主结构和分布式结构较复杂，操作系统设计较困难，而主从结构装置则能满足数控加工的大多数要求，故多主结构和分布式结构在数控装置中应用相对较少。从硬件的体系结构看，单微处理器结构与主从结构极其相似，因为主从结构的从模块与单傲处理器结构中相应模块在功能上是等价的。
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