第五章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置5-1計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的定義是怎樣的?定義中包含幾層含義?答：計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是一種通過計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，用于控制機(jī)床或其他工業(yè)設(shè)備進(jìn)行精確的加工和操作。它將數(shù)字指令和程序與機(jī)床或設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件進(jìn)行高精度、高效率的加工和操作。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的定義包含以下幾層含義：計(jì)算機(jī)控制：系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制和管理，包括指令輸入、數(shù)據(jù)處理和輸出等功能。數(shù)字指令和程序：用戶可以通過編寫或輸入數(shù)字指令和程序，描述所需的操作步驟和加工路徑，以及相關(guān)的運(yùn)動(dòng)、速度和參數(shù)等信息。機(jī)床或設(shè)備控制：系統(tǒng)將數(shù)字指令和程序轉(zhuǎn)化為機(jī)床或設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的精確加工和操作。高精度和高效率：計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)具有精密的運(yùn)動(dòng)控制能力，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的加工和操作；同時(shí)，它還可以通過優(yōu)化程序和運(yùn)動(dòng)軌跡等方式提高加工效率。5-2CNC控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么?它的主要控制任務(wù)是哪些?答：CNC裝置的軟件由管理軟件和控制軟件組成，其特點(diǎn)是在硬件支持下執(zhí)行軟件的全過程。主要控制任務(wù)有程序的輸入/輸出、刀具補(bǔ)償計(jì)算、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制。5-3CNC裝置的主要功能有哪些?答：主要功能有控制功能、準(zhǔn)備功能、插補(bǔ)功能、固定循環(huán)加工功能、進(jìn)給功能、主軸功能、輔助功能、刀具功能、補(bǔ)償功能、顯示功能、通信功能以及自診斷功能。5-4單CPU結(jié)構(gòu)和多CPU結(jié)構(gòu)各有何特點(diǎn)?答：?jiǎn)蜟PU結(jié)構(gòu)是僅有一個(gè)CPU對(duì)系統(tǒng)的資源擁有控制權(quán)和使用權(quán)，其他CPU無(wú)權(quán)控制和使用系統(tǒng)資源，只能接收主CPU的控制命令和數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)請(qǐng)求信號(hào)以獲取所需要的數(shù)據(jù)。多CPU結(jié)構(gòu)是有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶CPU的功能部件對(duì)系統(tǒng)資源有控制權(quán)和使用權(quán)，實(shí)現(xiàn)并行處理，處理速度快，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)功能。5-5計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)有哪些組成,試用框圖來(lái)說明各部分的組成與功能。答：如圖所示，數(shù)控系統(tǒng)由程序、輸入/輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成。各部分的組成與功能如下：程序：通常采用特定的編程語(yǔ)言（如G代碼和M代碼）來(lái)描述運(yùn)動(dòng)軌跡、切削速度、進(jìn)給速度等。輸入/輸出設(shè)備：用于輸入程序和參數(shù)，以及輸出加工結(jié)果。計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置：將程序翻譯為機(jī)床或工具機(jī)的運(yùn)動(dòng)指令，控制加工過程中各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)、速度和位置?？删幊炭刂破鳎贺?fù)責(zé)邏輯控制、信號(hào)處理和設(shè)備之間的協(xié)調(diào)。主軸驅(qū)動(dòng)裝置：控制主軸的旋轉(zhuǎn)速度和方向，以實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行切削加工。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置：控制工件或刀具在各個(gè)軸上的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確的工件位置控制和進(jìn)給速度調(diào)節(jié)。5-6計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的工作流程分幾步?各部分的功能是什么?答：CNC裝置的工作過程是在硬件支持下執(zhí)行軟件的全過程。工作流程從輸入、譯碼、刀具補(bǔ)償、進(jìn)給速度處理、插補(bǔ)、位置控制、I/O處理、顯示和診斷。各部分功能如下：輸入：輸入CNC裝置的有零件程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。譯碼：不論系統(tǒng)工作在NC方式還是仔儲(chǔ)器方式，譯碼處理都是將零件程序以一個(gè)程序段為單位進(jìn)行處理，把其中的各種零件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等）、加工速度信息（F代碼）和其他輔助信息（M.S.T代碼等）按照一定的語(yǔ)法規(guī)則解釋成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。刀具補(bǔ)償：刀具補(bǔ)償包括刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。進(jìn)給速度處理：編程所給的刀具移動(dòng)速度，是在各坐標(biāo)的合成方向上的速度。插補(bǔ)：插補(bǔ)信息完成“數(shù)據(jù)密化"的工作，即數(shù)控裝置依據(jù)編程時(shí)的有限數(shù)據(jù)，按照一定方法產(chǎn)生基本線型（直線、圓弧等），并以此為基礎(chǔ)完成所需輪廓軌跡的擬合工作。位置控制：位置控制的主要任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與工作臺(tái)實(shí)際位置相比較，用其宏值去控制進(jìn)給電機(jī)。輸入輸出（I/O）處理：輸入輸出處理主要是處理CNC裝置和機(jī)床之間來(lái)往信號(hào)的輸入輸出控制。顯示：數(shù)控系統(tǒng)顯示主要是為操作者提供方便，通常應(yīng)有零件程序的顯示、參數(shù)顯示、刀具位置顯示、機(jī)床狀態(tài)顯示、報(bào)警顯示等。診斷：現(xiàn)代CNC裝置都具有聯(lián)機(jī)和脫機(jī)診斷的能力。5-7何為自修復(fù)診斷、通訊診斷?各有什么優(yōu)點(diǎn)?答：自修復(fù)診斷：自修復(fù)診斷是指數(shù)控系統(tǒng)通過捕捉故障信號(hào)、分析故障原因并采取相應(yīng)措施來(lái)自動(dòng)修復(fù)故障。它的主要優(yōu)點(diǎn)包括：自動(dòng)化修復(fù)：自修復(fù)診斷能夠自動(dòng)檢測(cè)和修復(fù)故障，無(wú)需人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。時(shí)間效率：自修復(fù)診斷能夠快速識(shí)別和處理故障，可以減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。通訊診斷：通訊診斷是指通過分析數(shù)控系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的通訊過程和數(shù)據(jù)傳輸情況，來(lái)判斷是否存在通訊故障或故障原因。它的主要優(yōu)點(diǎn)包括：故障定位：通訊診斷可以幫助確定故障發(fā)生的具體位置，包括硬件故障、軟件故障或網(wǎng)絡(luò)故障等，有助于更快地解決問題。維護(hù)便利：通過通訊診斷，維護(hù)人員可以通過遠(yuǎn)程訪問數(shù)控系統(tǒng)，診斷和解決問題，提高了維護(hù)的便利性和效率。自修復(fù)診斷和通訊診斷在數(shù)控系統(tǒng)中都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，可以提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和工作效率。根據(jù)具體情況和需求，可以選擇合適的故障診斷方法來(lái)應(yīng)對(duì)不同的故障情況。5-8常規(guī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件有幾部分組成?答：主要由控制器、驅(qū)動(dòng)器、傳感器、電機(jī)、機(jī)床、輸入設(shè)備以及顯示設(shè)備組成?？刂破髫?fù)責(zé)接收、解釋和執(zhí)行機(jī)床上的數(shù)控程序。驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)將控制器發(fā)出的指令轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，控制電機(jī)和執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)。傳感器用于獲取機(jī)床和工件的相關(guān)信息，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給控制器。電機(jī)是驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵組件。機(jī)床是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。輸入設(shè)備用于操作和輸入數(shù)控程序。顯示設(shè)備用于顯示機(jī)床狀態(tài)，加工過程和操作界面等信息。5-9常規(guī)的CNC系統(tǒng)軟件有哪幾種結(jié)構(gòu)模式?答：有單任務(wù)結(jié)構(gòu)、多任務(wù)結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。5-10何為常規(guī)與開放式的CNC?答：常規(guī)式CNC是指?jìng)鹘y(tǒng)的閉源、專有的數(shù)控系統(tǒng)，通常由硬件和軟件組成，在性能和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較好，但用戶不能很大程度上對(duì)其進(jìn)行定制和擴(kuò)展。開放式CNC是一種模塊化的通用數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)控制對(duì)象的不同要求，靈活地變更軟硬件組成，適用不同用戶的需求。5-11數(shù)控機(jī)床常用的輸入方法有幾種?各有何特點(diǎn)?答：常用的輸入方法有I/O接口和MDI（手動(dòng)輸入）。通過總線接口把微型計(jì)算機(jī)總結(jié)把外部設(shè)備和用戶電路連接起來(lái)，用戶只要按照總線排列的順序制作外部設(shè)備或用戶電路的插線析，即可實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備或用戶電路與系統(tǒng)總線的連接。MDI是則通過數(shù)控面板上的鍵盤來(lái)進(jìn)行操作的。5-12試述采用串行和并行方式進(jìn)行外部設(shè)備與數(shù)控機(jī)床間的數(shù)據(jù)通信的工作原理與特點(diǎn)。答：(1)串行方式：工作原理：串行方式是將數(shù)據(jù)逐位地按照順序發(fā)送和接收，一次只能傳輸一個(gè)位，數(shù)據(jù)位按照先后順序排列，通過連接的單個(gè)線路傳輸。在傳輸過程中，發(fā)送端將數(shù)據(jù)依次發(fā)送到接收端，接收端按照相同的順序接收并組合數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較慢，但傳輸距離較遠(yuǎn)；需要額外的控制線路來(lái)同步發(fā)送和接收端的操作；線路數(shù)量相對(duì)較少，便于布線和連接；適用于長(zhǎng)距離、低速率的數(shù)據(jù)傳輸，例如串口通信。(2)并行方式：工作原理：并行方式是將數(shù)據(jù)同時(shí)按照多個(gè)位并行發(fā)送和接收，每個(gè)位通過獨(dú)立的線路傳輸。在傳輸過程中，發(fā)送端將不同位的數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到接收端的對(duì)應(yīng)位，接收端直接接收并處理數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較快，但傳輸距離較短；需要較多的并行線路，線路數(shù)量與數(shù)據(jù)位數(shù)相同；對(duì)線路的要求較高，要求各個(gè)線路的延遲和幅度差異較??；適用于短距離、高速率的數(shù)據(jù)傳輸，例如內(nèi)部總線通信。5-13開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么?答：主要解決復(fù)雜變化的市場(chǎng)需求與控制系統(tǒng)專一的固定模式之間的矛盾，使數(shù)控系統(tǒng)易變、緊湊、廉價(jià)并具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和二次開發(fā)性，以工業(yè)PC作為CNC系統(tǒng)的支撐平臺(tái)，根據(jù)需要裝入自己的控制卡和數(shù)控軟件組成數(shù)控系統(tǒng)。5-14試用框圖來(lái)分析開放式CNC軟件結(jié)構(gòu)的組成與優(yōu)缺點(diǎn)。答：開放式CNC軟件的整個(gè)系統(tǒng)軟件分為兩大部分：前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。前臺(tái)程序是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序，承擔(dān)了全部的實(shí)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床動(dòng)作直接相關(guān)的功能，如插補(bǔ)、位置控制、機(jī)床相關(guān)邏輯和監(jiān)控等。后臺(tái)程序是一個(gè)循環(huán)執(zhí)行程序在這個(gè)程序中，主要處理一些實(shí)時(shí)性要求不高的工作，如輸入、譯碼、數(shù)據(jù)預(yù)處理等插補(bǔ)準(zhǔn)備工作和相關(guān)的管理工作。如下圖所示，在后臺(tái)程序循環(huán)運(yùn)行的過程中，前臺(tái)程序以實(shí)時(shí)中斷的方式，按照一定的周期不斷插入，二者密切配合，共同完成數(shù)控系統(tǒng)要求的全部功能。開放式CNC軟件的優(yōu)缺點(diǎn)如下。優(yōu)點(diǎn)：開放源碼：開放式CNC軟件是開源的，可以讓更多的人參與進(jìn)來(lái)，不斷改進(jìn)和完善。模塊化設(shè)計(jì)：模塊化設(shè)計(jì)使得開放式CNC軟件更容易擴(kuò)展和修改，可以根據(jù)需求添加或刪除模塊。跨平臺(tái)性：開放式CNC軟件可在不同平臺(tái)運(yùn)行，包括Windows，Linux等。硬件適應(yīng)性：