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復(fù)合加工機床--CNC機床的體系結(jié)構(gòu)
日期：2009年09月28 來源：本站原創(chuàng) 關(guān)鍵字：CNC機床
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和表面安裝技術(shù)的發(fā)展，CNC機床系統(tǒng)硬件模塊及其安裝方式也在不斷改進。從CNC系統(tǒng)的總體安裝結(jié)構(gòu)來看，有整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)兩種。
所謂整體式結(jié)構(gòu)，是把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機箱內(nèi)。這種方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝，但有時可能造成某些信號的連線過長。分體式結(jié)構(gòu)通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一個部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在另一個機箱內(nèi)，兩者之間用導(dǎo)線或光纖連接。許多CNC機床把操作面板也單獨作為一個部件，這是由于所控制機床的要求不同，操作面板也相應(yīng)地改變，而分體式更有利于更換和安裝。
CNC操作面板在機床上的安裝形式有吊掛式、床頭式、控制柜式、控制臺式等多種。 從組成CNC機床系統(tǒng)的電路板的結(jié)構(gòu)特點來看，有兩種常見的結(jié)構(gòu)，即大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。大扳式結(jié)構(gòu)的特點是一個系統(tǒng)一般都有一塊大板(稱為主板)。主板上裝有主CPU和各軸的位置控制電路等。其他相關(guān)的子板(完成一定功能的電路板)，如ROM板、零件程序存儲器板和PLC板，都直接插在主板上面，組成CNC系統(tǒng)的核心部分。由此可見，大板式結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可靠性高、價格低，有很高的性能/價格比，也便于機床的一體化設(shè)計。大板結(jié)構(gòu)雖有上述優(yōu)點，但它的硬件功能不易變動，不利于組織生產(chǎn)。
模塊化結(jié)構(gòu)是～種柔性比較高的總線模塊化的開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特點是將微處理機、存儲器、輸入／輸出控制分別做成插件板(稱為硬件模塊)，甚至將微處理機、存儲器、輸入橢出控制組成獨立的微計算機級的硬件模塊，相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中。粳、軟件模塊形成一個特定的功能單元，稱為功62模塊。功能模塊間有明確定義的接口(接口是固定的)，成為工廠標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，彼此可以進行信息交換。于是可用積木式組成CNC系統(tǒng)，設(shè)計簡單，有良好的適應(yīng)性和擴展性，試制周期短，調(diào)整維護方便，效率高。
從CNC系統(tǒng)使用的微機及結(jié)構(gòu)來分，CNC機床系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)一般分為單微處理機和多微處理機結(jié)構(gòu)兩大類。初期的CNC系統(tǒng)和現(xiàn)有一些經(jīng)濟型CNC系統(tǒng)采用單微處理機結(jié)構(gòu)；而多微處理機結(jié)構(gòu)可以滿足數(shù)控機床高進給速度、高加工精度和許多復(fù)雜功能的要求，也適應(yīng)井入FMS和CIMS運行的需要，從而得到了迅速的發(fā)展，它反映了當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的新水平．早期的CNC機床裝置多為單微處理器結(jié)構(gòu)，裝置內(nèi)的所有信息處理工作都由一個CPU集中控制和管理整個系統(tǒng)資源，通過分時處理的方式實現(xiàn)各種數(shù)控功能，它的優(yōu)點是投資小、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)。但系統(tǒng)功能則受CPU的字長，數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素限制。現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)已被多微處理器系統(tǒng)的主從結(jié)構(gòu)所取代。
多／做處理器CNC裝置中有兩個或兩個以上的CPU，即CNC裝置的某些功能模塊自身也帶有CPU，按照這些CPU之間相互關(guān)系的不同，可將其分為如下幾種結(jié)構(gòu)。
(1)主從結(jié)構(gòu)。在諄裝置中只有一個CPU(通稱為主CPU)，對整個裝置的資源(裝置內(nèi)的存儲器、總線)有控制權(quán)和使用權(quán)；而其他帶有CPU的功能部件<通稱為智能部件)則無權(quán)控制和使用裝置資源，只能接受主CPU的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)�？傊�，只有一個CPU處于主導(dǎo)地位，其他CPU處于從屬地位。
(2)多主結(jié)構(gòu)。在該裝置中有兩個或兩個以上帶CPU的功能部件對裝置資源有控制權(quán)和使用權(quán)。功能部件之間采用緊耦合(即均掛靠在裝置總線上，集中在一個機箱內(nèi))，有集中的操縱系統(tǒng)，通過總線仲裁器(軟件和硬件)解決爭用總線的問題，通過公共存儲器交換裝置內(nèi)的倍息。
(3)分布式結(jié)構(gòu)。該裝置有兩個或兩個以上帶有CPU的功能模塊，每個功能模塊有自己獨立的運行環(huán)境(總線、存儲器、操作系統(tǒng)等)，功能模塊間采用松耦合，即在空間上可L上較為分散，各模塊之間采用通信方式交換信息。
20世紀(jì)80年代中期，開始出現(xiàn)多微處理器數(shù)控裝置產(chǎn)品，其中絕大部分是主從結(jié)構(gòu)類型。由于多主結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，操作系統(tǒng)設(shè)計較困難，而主從結(jié)構(gòu)裝置則能滿足數(shù)控加工的大多數(shù)要求，故多主結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)在數(shù)控裝置中應(yīng)用相對較少。從硬件的體系結(jié)構(gòu)看，單微處理器結(jié)構(gòu)與主從結(jié)構(gòu)極其相似，因為主從結(jié)構(gòu)的從模塊與單傲處理器結(jié)構(gòu)中相應(yīng)模塊在功能上是等價的。
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