数控车床 >> 行业动态

尼日利亚国家将组团参观采购5月“杭州机床展览会”
　　2008年5月23日，“第七届中国（杭州）国际机床模具展览会”将在杭州和平国际会展中心如期举行。

　　日前，记者从主办方了解到最新消息，由于展览会在专业性和针对性方面的巨大吸引力，相比往届，已经吸引了更大范围内的国内外的专业观众前来参会、采购，来自国外的专业观众所涉及到的国家范围进一步增加，并且国外专业观众基本以团体的形式参观采购，且采购数量巨大，其中尼日利亚百余人的组团此次以数控机床、加工中心的采购为主，通过在展览会期间，参观洽谈各个展台，直接下单采购，或者在展览会结束后去参展单位参观协商，然后下单采购，尼日利亚国家如此大规模地组团来杭州参观机床展览会尚属首次，对于众多参加本届展览会的单位来说，实在是个令人兴奋的消息。
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森精机上市5轴控制立式加工中心
　　森精机制作所开始接受加工大型工件复杂形状加工的5轴控制立式加工中心（MC）“NMV8000 DCG”的订单。载重量为1000kg。可加工直径最大1000mm的圆柱形工件和对角线最长1000mm的长方体工件。主要面向飞机、汽车、建筑机械以及模具等领域。

　　工作台采用大口径轴承确保加工精度。主轴类型方面，准备有适合高速加工的40号主轴和适合于难切削材料加工的50号主轴。可根据工件任选其一。
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2007年度机床行业十大新闻
　　西门子数控(南京) 成立十周年

　　2007年8月29日，西门子自动化与驱动集团举行了“西门子数控(南京)有限公司三期厂房落成典礼暨公司成立十周年” 庆典。德国总理默克尔女士、西门子新任的全球总裁兼首席执行官罗旭德先生出席。
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世界最大自由锻造油压机进入调试阶段
　　日前从陕西省有关方面获悉，由中国重型机械研究院（原西安重型机械研究所）设计并技术总负责、上海重型机器厂有限公司制造的16500吨自由锻造油压机已在上海重机厂安装完毕，并顺利进入调试阶段。这标志着由我国自行设计制造、具有完全自主知识产权、当今世界上最大的自由锻造油压机生产线建设进入最后冲刺阶段。

　　该油压机自动化程度大大提高，具有锻造600吨以上锻件能力，可满足大型核电、火电、水电、船舶、化工、机械制造等关系我国经济建设和国防安全的重点工程项目所需大型锻件的需求。该油压机在研制过程中充分借鉴国内外自由锻造液压机的成功发展经验，采用世界先进的控制技术和手段，并根据国内大型设备制造的实际情况，从大型铸锻件材料的选择、加工、热处理、起重、运输、安装、调试等各方面着手，攻克了十多项关键技术，并有多项技术创新，大大提高了我国研制特大型锻压装备的能力。16500吨自由锻造油压机的成功研制，既符合国际上自由锻造液压机的发展趋势，也满足大型自由锻造向数控化、高精度化和专业化发展的需要。油泵直接传动的阀控压机较水泵蓄势站传动的水压机具有锻造速度的可控性、控制系统的可靠性、能源消耗的节约性、生产运行的经济性和维护使用的便利性等优势，达到了技术领先、性能可靠、节能减排的目的。在此之前中国重型院和上海重机厂联合先后研制成功了我国目前仅有的10000吨和12500吨双动油压铝挤压装备，为我国的大型工业铝型材的生产提供了保障。
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数控系统的发展

 

引言

数控系统及相关的自动化产品主要是为数控机床配套。数控机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透而形成的机电一体化产品：数控系统装备的机床大大提高了零件加工的精度、速度和效率。这种数控的工作母机是国家工业现代化的重要物质基础之一。
数值控制(简称“数控”或“NC”)的概念是把被加工的机械零件的要求，如形状、尺寸等信息转换成数值数据指令信号传送到电子控制装置，由该装置控制驱动机床刀具的运动而加工出零件。而在传统的手动机械加工中，这些过程都需要经过人工操纵机械而实现，很难满足复杂零件对加工的要求，特别对于多品种、小批量的零件，加工效率低、精度差。
1952年，美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作，发明了世界上第一台三坐标数控铣床。控制装置由 2000多个电子管组成，约一个普通实验室大小。伺服机构采用一台小伺服马达改变液压马达斜盘角度以控制液动机速度。其插补装置采用脉冲乘法器。这台NC 机床的研制成功标志着NC技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。
现代CNC系统的功能、性能大大提高，故障率已降至 0.01次/(月·台)。以FANUC公司为例，1991年开发成功的FS15系统与1971年开发的FS220系统相比，体积只有后者的十分之一，而加工精度提高了10倍，加工速度提高了20倍，可靠性提高了30倍以上。现在，NC技术已成为先进制造技术的基础和关键技术。
NC技术的发展已有50多年历史，它是在多种技术交叉的基础上发展起来的。这里主要介绍十种关键技术。

1 电子元件技术的发展

微电子技术的发展，对数控技术起着极大的推动作用。日本FANUC公司在1956年开始采用电子管研究NC，1959年就采用锗晶体管组成NC，1963年采用硅晶体管研制出FS220、FS240等系统，1969年又采用中小规模IC更新了FS220、FS240等系统。20世纪70年代，开始采用3SI 推出了FS5、FS7、FS3、FS6、FS0、FS18、FS16、FS20、FS21、FS15等一系列CNC系统，从4位的位片机(FS7)到16 位的8086(FS6)和32位的80486(FS0)。1996年，FANUC采用最新专用芯片352Pin的微电子工艺BGA封装及采用MCM工艺生产的微处理器，推出了小型化高性能的i系列数控系统，大小只有原有系统的1/4，大大减小了占用的空间，提高了系统的性能及可靠性。

2 软件的应用

在1970 年的芝加哥展览会上，首次展出了由小型机组成的CNC数控系统。大约在同时，英特尔公司发明了微处理器。1974年，美、日等国相继研制出以微处理器为核心的CNC，有时也称为MNC。它运用计算机存贮器里的程序完成数控要求的功能。其全部或部分控制功能由软件实现，包括译码、刀具补偿、速度处理、插补、位置控制等。采用半导体存贮器存贮零件加工程序，可以代替打孔的零件纸带程序进行加工，这种程序便于显示、检查、修改和编辑，因而可以减少系统的硬件配置，提高系统的可靠性。采用软件控制大大增加了系统的柔性，降低了系统的制造成本。

3 数控标准的引入

随着NC成为机械自动化加工的重要设备，在管理和操作之间，都需要有统一的术语、技术要求、符号和图形，即有统一的标准，以便进行世界性的技术交流和贸易。NC技术的发展，形成了多个国际通用的标准：即ISO国际标准化组织标准、IEC国际电工委员会标准和EIA美国电子工业协会标准等。最早制订的标准有NC机床的坐标轴和运动方向、NC机床的编码字符、NC机床的程序段格式、准备功能和辅助功能、数控纸带的尺寸、数控的名词术语等。这些标准的建立，对NC技术的发展起到了规范和推动作用。最近，ISO基于用户的需要和对下一个5年间信息技术的预测，又在酝酿推出新标准“CNC控制器的数据结构”。它把AMT(先进制造技术)的内容集中在两个主要的级别和它们之间的连接上：第一级CAM，为车间和它的生产机械：第二级是上一级，为数据生成系统，由CAD、CAP、 CAE和NC编程系统及相关的数据库组成。

4 伺服技术的发展

伺服装置是数控系统的重要组成部分。20世纪50年代初，世界第一台NC机床的进给驱动采用液压驱动。由于液压系统单位面积产生的力大于电气系统所产生的力(约为20:1)，惯性小、反应快，因此当时很多 NC系统的进给伺服为液压系统。70年代初期，由于石油危机，加上液压对环境的污染以及系统笨重、效率低等原因，美国GETTYS公司开发出直流大惯量伺服电动机，静力矩和起动力矩大，性能良好，FANUC公司很快于1974年引进并在NC机床上得到了应用。从此，开环的系统逐渐被闭环的系统取代，液压伺服系统逐渐被电气伺服系统取代。
电伺服技术的初期阶段为模拟控制，这种控制方法噪声大、漂移大。随着微处理器的采用，引入了数字控制。它有以下优点：①无温漂，稳定性好。②基于数值计算，精度高。③通过参数对系统设定，调整减少。④容易做成ASIC电路。对现代数控系统，伺服技术取得的最大突破可以归结为：交流驱动取代直流驱动、数字控制取代模拟控制、或者称为软件控制取代硬件控制。20世纪90年代，许多公司又研制了直线电动机，由全数字伺服驱动，刚性高，频响好，因而可获得高速度。

5 自动编程的采用

编程的方法有手工编程和自动编程两种。据统计分析，采用手工编程，一个零件的编程时间与机床加工之比，平均约为30:1。为了提高效率，必须采用计算机或程编机代替手工编程。自动编程需要有自动化编程语言，其中麻省理工学院研制的APT语言是最典型的一种数控语言，它大大地提高了编程效率。从70年代开始出现的图象数控编程技术有效地解决了几何造型、零件几何形状的显示、交互设计、修改及刀具轨迹生成、走刀过程的仿真显示、验证等，从而推动了CAD和CAM向一体化方向发展。

6 DNC概念的引入及发展

DNC 概念从“直接数控”到“分布式数控”的变化，其内涵也发生了变化。“分布式数控”表明可用一台计算机控制多台数控机床。这样，机械加工从单机自动化的模式扩展到柔性生产线及计算机集成制造系统。从通信功能而言，可以在CNC系统中增加DNC接口，形成制造通信网络。网络的最大特点是资源共享，通过DNC功能形成网络可以实现：①对零件程序的上传或下传。②读、写CNC的数据。③PLC数据的传送。④存贮器操作控制。⑤系统状态采集和远程控制等。

7 可编程控制器的采用

在20 世纪70年代以前，NC控制器与机床强电顺序控制主要靠继电器进行。60年代出现了半导体逻辑元件，1969年美国DEC公司研制出世界上第一台可编程序控制器PLC。PLC很快就显示出优越性：设计的图形与继电器电路相似，形象直观，可以方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存贮和传送：PLC没有继电器电路那种接触不良，触点熔焊、磨损、线圈烧断等缺点。因此很快在NC机床上得到应用。目前，在NC机床上指令执行时间可达到0.085µs/步，最大步数为32000步。而且，使用PLC还可以大大减少系统的占用空间，提高系统的快速性和可靠性。

8 传感器技术的发展

一台NC系统与机械连结在一起时，它能控制的几何精度除受机械因素的影响外，闭环系统还主要取决于所采用的传感器，特别是位置和速度传感器，如可测量直线位移和旋转角度的直线感应同步器和圆感应同步器、直线和圆光栅、磁尺、利用磁阻的传感器等。这些传感器由光学、精密机械、电子部件组成，一般分辨率为 0.01～0.001mm，测量精度为±0.02～0.002mm/m，机床工作台速度为20m/min以下。随着机床精度的不断提高，对传感器的分辨率和精度也提出了更高的要求。于是出现了具有“细分”电路的高分辨率传感器，比如FANUC公司研制的编码器通过细分可做到分辨率为10-7r。利用它构成的高精度数控系统为超精控制及加工创造了条件。

9 开放技术的产生

1987 年美国空军发表了著名的“NGC(下一代控制器)”计划，首先提出了开放体系结构的控制器概念。这个计划的重要内容之一便是提出了“开放系统体系结构标准规格(SOSAS)”。美国空军把开放的体系结构定义为：在竞争的环境中允许多个制造商销售可相互交换和相互操作的模块。机床制造商可以在开放系统的平台上增加一定的硬件和软件构成自己的系统。当前在市场上开放系统基本上有两种结构：①CNC+PC主板：把一块PC主板插入传统的CNC机器中，PC板主要运行非实时控制，CNC主要运行以坐标轴运动为主的实时控制。②PC+运动控制板：把运动控制板插入PC机的标准插槽中作实时控制用，而PC机主要作非实时控制。为了增加开放性，主流数控系统生产厂家往往采用方案①，即在不改变原系统基本结构的基础上增加一块PC板，提供键盘使用户能把PC和CNC联系在一起，大大提高了人机界面的功能。典型的如FANUC公司的150/160/180/210系统。有些厂家也把这种装置称为融合系统(fusion system)，由于它工作可靠，界面开放，越来越受到机床制造商的欢迎，成为NC技术的发展趋势之一。

10 制造技术的发展

CNC 机床的发展建立在NC技术、机械构造技术和制造技术的基础上，这三种技术的进步和发展也互相推动。而且，NC本身的发展也是建立在机械的发展基础上。①机械加工速度和精度的提高，要求NC系统的功能不断扩大、改进和完善，特别是高速高精加工的要求产生了高速高精控制系统，包括快速程序输入、高速高精插补、控制及输出。②机械结构的简化与改进及新加工功能的完善，要求NC的软件功能越来越复杂，元部件性能越来越高。比如，采用宽调速、高速、大转矩的进给系统和大功率的主轴系统以简化机械结构和提高机床的加工效率及精度。③机械加工的连续运行、连线、协调，要求NC系统可靠性不断提高，加工和系统信息不但可以控制、处理、传送、管理而且通过网络可以共享。

结语

目前，我国的机床工业正从生产大国逐渐变为机床强国，主要体现在数控机床产品的技术水平和质量不断发展及提高。其中，特别是数控系统和数控机床的可靠性不断提高。由于对产品结构进行了调整，新的数控产品不断涌现，如多坐标联动、高速、高精等数控机床的研制成功。北京发那科机电有限公司作为一家中国国内的数控系统制造和销售企业，有必要为我国机床工业的发展提供更加可靠、功能更多的数控产品以满足我国机床工业的需要。

2008/3/14 | 数控,系统,发展 | PDF
并行工程在失效分析中应用的可行性及实施要素分析

 

［摘要］　根据现代失效分析所具有的整体性、综合性、客观性、时效性、社会性和法律性的基本特点，分析了在失效分析中应用“并行工程”的可行性及其实施要素，并探讨了其具体的实施方法，为达到失效分析结论“定位准确，机理清楚，模拟再现，举一反三”提供了新型的思维模式与分析方法。
关键词　失效分析　并行工程　分析方法

Application Investigation of Concurrent Engineering
in Failure Analysis

Taqo Chunhu　Xi Niansheng　

2008/3/14 | 并行,工程,失效,分析,应用,可行性,实施,要素 | PDF
模块机器人及计算机辅助设计

　摘　要　本文利用新一代计算机辅助设计方法，开展模块机器人的设计方法论和CAD系统的研究，旨在提出解决柔性加工系统的计算机辅助设计智能软件的思路和框架．本文以模块机器人的设计为突破口，提出了以面向任务为特征、基于事例的设计方法在机械概念化设计中的应用．论文中介绍了近年来发展迅速的模块机器人的标准模块和基本拓扑关系，根据模块机器人概念化设计的特征，结合人工智能应用中基于事例的推理机制，提出了面向任务和基于事例的计算机辅助设计方法和应用软件的框架，以及实现自上而下的计算机推理的流程．文中还介绍了面向用户的机器人任务和工作环境的表示．
　　关键词　机器人，模块，基于事例推理，智能CAD

　

MODULAR ROBOTS AND COMPUTER-AIDED DESIGN

LIU Sining CHEN Yong
(Dept. of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, 610031)

ZHANG Wenjun

2008/3/14 | 模块,机器人,计算机,辅助设计 | PDF
改装车床加工重型盘类零件

 

制造大型碾砂机，碾砂机底盘是难加工工件。底盘铸件毛坯呈圆盘状(图1中的1所示)，直径为2.2m，边缘高0.3m，底盘及边缘厚0.1m，重量达3t。

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1.工件 2.接盘

2008/3/14 | 改装,车床,加工,重型,零件 | PDF
不同切削力预测建模方法的比较研究

 

1 引言

在切削技术研究及实际切削加工中，有关切削力的数据是计算切削功率、设计和使用机床、刀具和夹具、开发切削数据库、实现加工中切削力控制等的重要依据。在实际生产中，为了在粗加工时充分利用机床功率，在精加工时有效保证工件质量，均需合理选择切削条件，并对选定切削条件下的切削力进行预测。
预测切削力的经验模型主要建立在最小二乘回归法的基础上，近年来，人工神经网络法和灰色理论建模法的应用也越来越多。这些建模方法具有不同的特点及使用条件，并各有利弊。本文结合实例对人工神经网络法和灰色理论建模法的建模特点及其优劣进行了较深入的分析，并与常用的最小二乘回归法进行比较，旨在为合理选择建模方法提供参考依据。

2 基于径向基神经网络的切削力预测建模

基于Kolmogorov定理的三层BP神经网络可较精确地拟合任意连续函数，当输入节点数为n时，隐层节点数为(2n+1)且常选择Sigmoid型传递函数。在实际应用中，往往需要大量的BP隐层节点，通过增加隐层数可减少各隐层上的节点数，但迄今尚无选取BP网络隐层数及其节点数的统一方法。此外，标准BP以及各种改进型BP算法均存在局部极小和收敛速度的问题。
径向基神经网络(RBF)精确拟合任意连续(或不连续)目标函数的能力及学习速度均优于BP网络。RBF的隐层节点采用径向基传递函数，其节点数不像BP网络那样需预先设定，而是在学习过程中不断增加直到满足误差指标为止。
根据切削力及其影响因素的特点，设计如下图所示的RBF网络。由图可知，RBF网络包括输入层、一个RBF隐层和输出层。输出层包含一个用于输出预测切削力的线性节点。隐层包含S1个RBF节点且S1值在学习过程中动态增加。输入层的R×Q阶输入矢量阵P表示有R个输入节点，在每个节点处输入Q个样本(Q等于试验组数m)。每个输入节点代表切削力的一个影响因子，且切削力的所有可量化影响因子均可抽象为一个输入节点。若考虑切削深度、进给量、切削速度、工件材料的剪切屈服应力、刀具材料、刀具的负倒棱宽度、主偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径、刀具磨损、切削液等各种影响因素，则可有多个输入节点。根据实际建模经验，可主要考虑切削深度和进给量的影响，此时输入节点数R=2。
2008/3/14 | 装置,硬件,结构 | PDF
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切削力预测的径向基神经网络结构图

2008/3/14 | 不同,切削,预测,建模,方法,比较,研究 | PDF
CNC装置的硬件结构

一、概述

CNC装置的硬件结构，按CPU的多少来分，分为单机系统和多机系统。 1． 单机系统：整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系统资源通过分时处理的方式来实现各种数控功能。 优点：投资少、结构简单、易于实现。 缺点：功能受CPU字长、数据宽度、寻址能力和运算速度的限制。 2． 多机系统：CNC装置中有两个或两个以上的CPU。根据CPU间的相互关系不同，又可分为： （1）主从结构系统。系统中只有一个CPU（主CPU）对系统资源（存储器、总线）有控制和使用权，而其他CPU的功能部件（智能部件），其CPU无权控制和使用系统资源，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向CPU发出请求信息以获得所需数据。是一个CPU处于主导地位，其他CPU处于从属地位的结构。 （2）多主结构系统。系统有两个或两个以上的带有CPU的功能部件对系统资源有控制和使用权。功能部件采用紧偶合（挂在同一系统总线，集中在一个机箱内），有集中的操作系统，通过总线仲裁器（软件、硬件）来解决争用总线问题，通过公用存储器来交换信息。 （3）分布式结构系统。系统有两个或两个以上的带有CPU的功能模块，每个模块都有自己独立的运行环境（总线、存储器、操作系统），模块之间采用松偶合，在空间上可较为分散，采用通信方式交换信息。 从硬件体系结构看，单机结构与主从结构极其相似，CPU模块与单机结构中的功能模块是等价的，只是功能更强而已。所以，称单机结构和主从结构为单主结构的系统。

二、单机或主结构模块的功能介绍

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图1  硬件结构框图 图1为其硬件结构框图。这类CNC装置的硬件是由若干功能不同的模块组成，各模块既是系统的组成部分，又有相对的独立性，属模块化结构。 模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的单元模块。每个模块配上相应的驱动软件。按功能的要求选择不同的功能模块，将其插入控制单元母板上，就组成一个完整的控制系统。单元母板一般为总线结构的无源母板，它提供模块间互联的信号通道。 下面介绍CNC装置中各硬件模块的作用。 （一） 计算机主板和系统总线（母板） 1． 计算机主板 它是CNC装置的核心。目前CNC装置普遍采用基于PC机的系统体系结构，即CNC装置的计算机系统在功能上完全与标准的PC机一样，各硬件模块均与PC机总线标准兼容。其目的是利用PC机丰富的软件和硬件OEM资源。这样提高系统的适应性、开放性，降低价格，缩短开发周期。 在结构上CNC装置的计算机系统与PC机略有不同。主板与系统总线分离，总线是无源母板，主板做成插卡形式，集成度更高：ALL-IN-ONE主板。 包括一下功能结构： （1） CPU芯片及其外围芯片； （2） 内存单元、cache及其外围芯片； （3） 通信接口（串口、并口、键盘接口）； （4） 软、硬驱动器接口。 作用：对输入到CNC装置中的各种数据、信息（零件加工程序、各种    I/O信息）进行相应的算术和逻辑运算。并根据处理结果，向其它功能模块发出控制命令、传送数据，是用户指令得以执行。 2． 系统总线 有一组传送数字信息的物理导线组成。是计算机内部进行数据和信息交换的通道，从功能上分三组： （1）数据总线：各模块间数据交换的通道。线的根数与数据宽度相等。是双向总线。 （2）地址总线：是传送数据存放地址的总线。与数据总线结合，可确定数据总线上数据的来源地和目的地。单向总线。 （3）控制总线：是一组传送管理或控制信号的总线（数据的读、写、控制，中断、复位、I/O读写及各种确认信号等）。单向总线。  (二)  显示模块（显示卡） 是通用性很强的模块，有VGA卡、SVGA卡，早期有：CGA、EGA等。无需用户自己开发。 作用：接受来自CPU的控制命令和显示用的数据，经与CRT的扫瞄信号调制后，产生CRT所需要的视频信号。 （三） 输入/输出模块（多功能卡） 该模块也是标准的PC机模块，无需用户自己开发。这个模块是CNC装置与外界进行数据和信息交换的接口板。通过该接口，从外部输入设备获取数据，也将数据输送给外部设备。 输入设备：纸带阅读机； 输出设备：打印机、纸带穿孔机； 输入/输出设备：磁盘驱动器、录音机、磁带机； 通信接口：RS232。 ALL-IN-ONE主板可省略此板。 以上三部分，配上键盘、电源、机箱，就是通用计算机系统，它是CNC装置的核心，确定其档次和性能。 （四）电子盘（存储模块） 电子盘是CNC装置特有的存储模块，存放一下数据和参数： （1）系统软件和固有数据。 （2）系统的配置参数（进给轴数、轴的定义、系统增益等） （3）用户的零件加工程序 目前存储器件有三类： （1）磁性存储器件：软、硬磁盘，可随机读写。 （2）光存贮器件：光盘。 （3）半导体（电子）存贮器件：RAM、ROM、FLASH等。 前两类一般作外存储器，容量大、价格低，电子存贮器件一般作内存储器。电子存储器件一般用作内存储器。 按其读写性能，可分为三类： （1） 只读存储元件（ROM、PROM、EPROM）：特点是只能读出其存放的数据，而不能随时修改它。用于固化系统软件和系统固有的参数。 （2）易失性随机读写存储元件（RAM）：特点是可随时进行读写操作，但掉电其存储信息将全部丢失。主要用作计算机系统的缓寸器cache。 （3）非易失性读写存储元件（E2PROM、FLASH、带后备电池的RAM）：特点是可随时进行读写操作，且掉电其存储信息也不会丢失。用于存放系统的配置参数、零件加工程序。 CNC装置常用电子存储器件作为外存储器，而不采用磁性存储器件。因为CNC装置的工作环境有可能受电磁干扰，用磁性存储器件可靠性低，电子存储器件抗电磁干扰能力强些。 由电子存储器件组成的存储单元是按磁盘管理方式进行管理的，故称作电子盘。 （五）设备辅助控制接口模块       CNC装置对机床的加工控制有两类：       一是对机床各坐标轴的运动速度和位置的控制，即轨迹控制。是实现G指令所规定的运动。       二是对机床的诸如主轴的启停、换向，更换刀具，工件的夹紧、松开，液压、冷却、润滑系统的运行等进行控制。这是根据CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关量信号状态，按预先规定的逻辑顺序所进行的控制，即顺序控制。是实现M指令规定的动作。      设备辅助控制接口模块就是实现顺序控制的模块。 CNC装置要对机床的辅助动作进行顺序控制，一要接受来自机床上的外部信号（行程开关、传感器、按钮、继电器等）；二是要用产生的指令去驱动相应器件实现辅助动作。但CNC装置既不能直接接受来自机床外部的信号，因为这些信号在形式、电平与CNC能接受的信号不匹配，而且还会夹带干扰信号；又不能直接驱动辅助动作执行器件，因为CNC的输出指令在形式、电平、功率也不能满足执行器件的输入要求。所以，需要有一个信号的转换接口，这就是设备辅助控制接口模块。该模块的作用是： （1）对CNC的输入输出信号进行相应的转换，包括输电平转换、模/数转换、数/模转换、数/脉转换、功率匹配转换。 （2）阻断外部干扰信号进入CNC计算机，在电气上将CNC与外部信号隔离。 所要转换的信号有三类：开关量、模拟量和脉冲量。 1 图2  PMC模块硬件逻辑框图 设备辅助控制接口的实现方式主要有： （1）简单I/O接口板。图2，光电隔离器件起电器隔离和电平转换作用；调理电路对输入信号进行整形、滤波处理。 （2）PLC控制： 一类是内装型PLC，与CNC综合起来设计的，是CNC张只的一部分，与CNC的信息交换在CNC内部进行，不能独立工作。可与CNC共用一个CPU，也可以单独的CPU。由于CNC的功能与PLC的功能在设计时统一考虑，PLC的硬、软件整体结构合理，实用、性价比高。适用与类型变换不大的数机床。由于PLC与CNC连线较少且信息能CNC的显示器显示，十PLC编程更方便、故障诊断功能有提高，提高CNC系统的可靠性。 另一类是独立型PLC，由专业话生产厂家生产的PLC来实现顺序控制；独立于CNC，具有完整的硬、软件功能，能独立完成控制任务。选型时主要考虑：输入/输出信号接口技术规范、输入/输出点数、程序存储容量、运算和控制功能等。生产厂家多，选择余地大，功能扩张比较方便。 （六）      位置控制模块    位置控制模块是进给伺服系统的重要组成部分，是CNC与伺服系统连接的接口。作用是：接受CNC插补运算后输出的位置指令，经相应调节运算，输出速度控制指令，然后进行相应的变换后，输出速度指令电压给速度控制单元，去控制伺服电机运行；对于闭环和半闭环控制，还要回收实际位置和实际速度信号，供位置和速度闭环控制使用。常用的位置控制模块有如下类型： 1． 开环位置控制模 1 图3  PLC系统的基本结构 如图3所示，数字/脉冲变换的功能是将CNC送来的进给指令（数字量）转换成相应频率（与进给速度相适应）的指令脉冲量（具有记数器功能的芯片实现）；脉冲整形的功能是调整输出脉冲的占空比，提高脉冲波形的质量（由D触发器和相应的门电路组成）；环行分配器的功能是将指令脉冲，按步进电机要求的通电方式进行分配使之按规定的方式通电和断电，从而控制步进电机旋转。 2． 闭环位置控制模块 闭环位置控制模块由三部分组成： 速度指令转换部分：由锁存器、光电隔离器、D/A转换器和方向控制与功率放大组成。锁存器接受来自CPU计算的速度指令值并进行锁存，该数据经光电隔离器进行电气隔离，由D/A转换器将速度指令值这一数字量转换成模拟量，再经功率放大后得到速度指令电压，由它控制进给速度的大小。方向控制电路控制进给速度的方向。 位置反馈脉冲回收部分：由幅值比较电路、倍频电路、展宽选通电路、光电隔离器和记数器组成。幅值比较电路接受来自光电脉冲编码盘的三组脉冲信号，输出A、B、C三相脉冲。作用是：改善脉冲波形前沿，滤掉干扰信号。A、B两相脉冲输入到四倍频器，从CK端输出波形频率是A、B的四倍的信号，从Q端输出电机旋转方向的信号（当A超前B，电机正转，Q=0，反之，Q=1），作为方向选通信号。CK端输出的脉冲经展宽电路后，送入选通电路，该电路将根据Q的极性分别将反馈脉冲送入正向计数器或负向计数器；经光电隔离后，计数器对反馈脉冲进行计数，CPU则定时从计数器读取计数值。经运算处理得电机的实际位移。 速度反馈电压转换部分：由四倍频器CK端输出的脉冲频率正比于电机的转速，利用线性的频率/电压转换（F/V变换）电路将该脉冲信号转换成正比于电机转速的电压信号，经方向控制和功率放大电路变换，获得带极性的速度反馈电压信号。 （七）      功能接口模块 实现用户特定要求的接口板。如：仿形控制器、刀具监控系统中的信号采集器等。

三、多主结构的CNC装置硬件简介

     多主CPU结构，有两个或两个以上的CPU部件，且对系统资源有使用控制权，部件之间采用紧偶合，有集中的操作系统，通过总线仲裁器来解决总线争用问题，通过公共存储器来进行信息交换。 特点：并行处理、处理速度快、可实现较复杂的系统功能。容错能力强。 多主CNC装置的信息交换方式决定其结构形式： （一）      共享总线结构 以系统总线为中心，把CNC装置内各功能模块划分成带有CPU或DMA（直接数据存取控制器）的各种主模块和从模块（RAM/ROM、I/O模块），所有主从模块都插在严格定义的标准系统总线上，由于所有主模块都有权使用系统总线，而在任何时刻只能允许一个主模块占用总线，因此。有一个总线仲裁机构来裁定多个模块同时请求使用系统总线的竞争问题。 共享总线结构的典型代表是FANUC 15系统。 优点：结构简单、系统组配灵活、成本相对较底、可靠性高。 缺点：由于系统总线是“瓶颈”，一旦总线出故障，整个系统受影响。由于使用总线要经仲裁，使信息传输率降低。 （二）      共享存储器结构 采用多端口存储器作为公共存储器来实现各主模块之间的互连和通信。由于同一时刻只能允许有一个主模块对多端口存储器进行访问，所以，有一套多端口控制逻辑来解决访问冲突。 由于多端口存储器设计较复杂，且端口多还会因争用存储器造传输信息阻塞，故一般采用双端口存储器。 美国GE公司的MTC1-CNC采用的就是共享存储器结构。共有三个CPU：中央CPU负责数控程序的编辑、译码、刀具和机床参数的输入；显示CPU把CPU的指令和显示数据送到视频电路显示，定时扫描键盘和倍率开关状态并送CPU进行处理。插补CPU完成插补运算、位置控制、I/O控制和RS232C通信等任务。中央CPU与显示CPU和插补CPU之间各有512字节的公用存储器用于信息交换。