2 计算机数控系统
2．1 计算机数控（CNC）系统的基本概念
计算机数控（computerized numerical contro，简称 CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能．由一台计算机完成以前机床数控装置所完成的硬件功能，对机床运动进行实时控制。
CNC系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装置和进给（伺眼）驱动装置组成。由于使用了CNC装置，使系统具有软件功能，又用 PLC取代了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维修也方便，并且具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
2．2 微处理器数控（MNC）系统的组成
大多数CNC装置现在都采用微处理器构成的计算机装置，故也可称微处理器数控系统（MNC）。MNC一般由中央处理单元（CPU）和总线、存储器（ROM，RAM）、输入输出（IO）接口电路及相应的外部设备、PLC、主轴控制单元、速度进给控制单元等组成。图2.2.1为MNC 的组成原理图。
图2.2.1 MNC的组成原理图
2.2.1 中央处理单元（CPU）和总线(BUS）
CPU是微型计算机的核心，由运算器、控制器和内寄存器组组成。它对系统内的部件及操作进行统一的控制，按程序中指令的要求进行各种运算，使系统成为一个有机整体。
总线（BUS）是信息和电能公共通路的总称，由物理导线构成。CPU与存储器、IO 接口及外设间通过总线联系。总线按功能分为数据总线（DB）、地址总线（AB）和控制总线（CB）。 2.2.2 存储器(memory) (1)概述
存储器用于存储系统软件（管理软件和控制软件）和零件加工程序等，并将运算的中间结果和处理后的结果（数据）存储起来。数控系统所用的存储器为半导体存储器。
(2)半导体存储器的分类
①随机存取存储器（读写存储器）ＲＡＭ（random access memory）用来存储零件加工程序，或作为工作单元存放各种输出数据、输入数据、中间计算结果，与外存交换信息以及堆栈用等。其存储单元的内容既可以读出又可写入或改写。 ②只读存储器ROM(resd-only memory)专门存放系统软件（控制程序、管理程序、表格和常数）的存储器，使用时其存储单元的内容不可改变，即不可写入而只能读出，也不会因断电而丢失内容。
2.2.3 输入输出（IO）接口电路及相应的外部设备 (1)IO接口
指外设与CPU间的联接电路。微机与外设要有输入输出数据通道，以便交换信息。一般外设与存储器间不能直接通信，需靠CPU传递信息，通过CPU对IO接口的读或写操作，完成外设与CPU间输入或输出信息的操作。CPU向外设送出信息的接口称为输出接口，外设向CPU传递信息的接口称输入接口，此外还有双向接口。
微机中IO接口包括硬件电路和软件两部分。由于选用的IO设备或接口芯片不同，IO接口的操作方式也不同，因而应用程序也不同。IO接口硬件电路主要由地址译码、IO读写译码和IO接口芯片（如数据缓冲器和数据锁存器等）组成。在CNC系统中IO的扩展是为控制对象或外部设备提供输入输出通道，实
现机床的控制和管理功能，如开关量控制、逻辑状态监测、键盘、显示器接口等。IO接口电路同与其相连的外设硬件电路特性密切相关，如驱动功率、、电子匹配、干扰抑制等。
（2）外部IO设备及IO接口 ①MDICRT接口
手动数据输入（MDI）是通过数控面板上的键盘（常为软触键）进行操作的。当CPU扫描到按下键的信号时，就将数据送入移位寄存器，其输出经过报警检查。若不报警，数据经选择门、移位寄存器、数据总线送入RAM中；若报警则数据不送入RAM。
②数据输入输出串行接口
CNC装置控制对立的单台机床时，通常需要与下列设备相接并进行数据的输入输出。
(a)数据输入输出设备 如光电纸带阅读机（PTR）、纸带穿孔机（PP）、打印和穿复校设备（TTY）、零件的编程机和可编程控制器的编程机等。 (b)外部机床控制面板 尤其是大型机床，为操作方便常在机床上设外部的机床控制面板，可分为固定式或悬挂式两种。 (c)通用的手摇脉冲发生器。
(d)进给驱动和主轴驱动线路 一般情况下它们与CNC装置装在同一机柜或相邻机柜内，与CNC装置通过内部连线相连，它们之间不设置通用输出输入接口。
此外，ＣＮＣ装置还要与上级主计算机或ＤＮＣ计算机直接通信，或通过工厂局部网络相连，从而具有网络通信功能。 （3）机床的IO控制通道
机床的IO控制通道是指微机与机床之间的联接电路。计算机数控系统对机床的控制，通常由数控系统中的IO控制器和IO控制软件共同完成。 ① IO控制器的功能特点
（a）能够可靠地传送控制机床动作的相应控制信息，并能够输入控制机床所需的有关状态信息。
（b）能够进行相应的信息转换，以满足CNC系统的输入与输出要求。
（c）具有较强的阻断干扰信号进入计算机的能力，以提高系统的可靠性。
2.3 ＣＮＣ系统的硬件结构
2.3.1 单微处理机结构
这种结构只有１个微处理机，采用集中控制、分时方法处理数控的各个任务。有的ＣＮＣ装置虽有２个以上的微处理机，但其中只有１个微处理机能够控制系统总线，占有总线资源，而其他微处理机成为专用的智能部件，不能控制系统总线，不能访问主存储器，它们组成主从结构（如ＦＮＵＣ－６系统）。这类结构也属于单微机结构。
在这种单微机结构中，所有的数控功能和管理功能都由１个微机来完成，因此ＣＮＣ装置的功能将受到微处理器的字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的影响和限制。
2.3.2 CNC系统软件的组成与功能
下图2.3.1所示为 ＣＮＣ系统软件的组成。ＣＮＣ系统软件可分为管理软件与控制软件两部分。管理软件包括零件程序的输入、输出，显示，诊断和通信功能软件；控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、插补运算和位置控制等功能软件。
图2.3.1 CNC系统软件的组成 (1)输入程序