cnc硬件結(jié)構(gòu)分類：
按體系結(jié)構(gòu)可分為：專用體系結(jié)構(gòu)和開放式體系結(jié)構(gòu)；
按功能可分為：經(jīng)濟(jì)型cnc裝置和高級型cnc裝置。
按照控制功能的復(fù)雜程度可分為：單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)。
按組成cnc裝置的印刷電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和插拔方式可分為：大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)兩類。
經(jīng)濟(jì)型cnc裝置一般采用單微處理器大板結(jié)構(gòu)，高級型cnc裝置常采用多處理器模塊化結(jié)構(gòu)。
cnc裝置采用了多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)，就能使數(shù)控機(jī)床向高速度、高精度和高智能化方向發(fā)展。
一、單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的cnc裝置
單微處理機(jī)數(shù)控裝置是以一個(gè)cpu（中央處理器）為核心，cpu通過總線與存儲(chǔ)器和各種接口相連接，采取集中控制、分時(shí)處理的工作方式，完成數(shù)控加工各個(gè)任務(wù)。
1. 微處理器
微處理器是cnc裝置的核心，由控制器和運(yùn)算器組成。在cnc裝置中，控制器的控制任務(wù)為：從程序儲(chǔ)存器中依次取出的指令，經(jīng)過解釋，向cnc裝置各部分按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號，使指令得以執(zhí)行。而且又接收執(zhí)行部件發(fā)回來的反饋信號，控制器根據(jù)程序中的指令信息及這些反饋信息，決定下一步命令操作。運(yùn)算器的任務(wù)主要是：零件加工程序的譯碼、刀補(bǔ)計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算、位置控制計(jì)算及其它數(shù)據(jù)的計(jì)算和邏輯運(yùn)算。
由于所有數(shù)控功能都由一個(gè)cpu來完成，因此cnc裝置的功能受微處理器的字長、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的限制。為了提高處理速度，增強(qiáng)數(shù)控功能，常采用以下措施：
⑴由硬件完成一部分插補(bǔ)工作；
⑵采用帶有微處理器的plc等智能部件。
2．總線
在單微處理器的cnc系統(tǒng)中常采用總線結(jié)構(gòu)?？偩€一般可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、和控制總 線三組。數(shù)據(jù)總線為各部分之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和傳送的數(shù)據(jù)寬度相等，采用雙方向線。地址總線傳送的是地址信號，與數(shù)據(jù)總線結(jié)合使用，以確定數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來源或目的地，采用單方向線?？刂瓶偩€傳輸?shù)氖且恍┛刂菩盘?，如?shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫控制、中斷復(fù)位及各種確認(rèn)信號，采用單方向線。
3．存儲(chǔ)器
cnc裝置的存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器（rom）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（ram）兩類。rom一般采用可擦除的 只讀存儲(chǔ)器（eprom），存儲(chǔ)器的內(nèi)容由cnc裝置的生產(chǎn)廠家固化寫入，即使斷電，eprom中信息也不會(huì)丟失。若要改變eprom中的內(nèi)容，必須用紫外線抹除之后重新寫入。ram中的信息可以隨時(shí)被cpu讀或?qū)?，但斷電后，信息也隨之消失。如果需要斷電后保留信息，一般需采用后備電池。
4．輸入/輸出（i／o）接口
cnc裝置和機(jī)床之間的信號傳輸是通過輸入（input）和輸出（output）接口電路來完成。信號經(jīng)接口電路送至系統(tǒng)寄存器的某一位，cpu定時(shí)讀取寄存器狀態(tài)，經(jīng)數(shù)據(jù)濾波后作相應(yīng)處理。同時(shí)cpu定時(shí)向輸出接口送出相應(yīng)的控制信號。i/o接口電路可以起到電氣隔離的作用，防止干擾信號引起誤動(dòng)作。一般在接口電路中采用光電耦合器或繼電器將cnc裝置和機(jī)床之間的信號在電氣上加以隔離。
5．位置控制器
cnc裝置中的位置控制器主要是對數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸位置進(jìn)行控制。坐標(biāo)軸控制是數(shù)控機(jī)床上要求最高的位置控制，不僅對單個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)和位置的精度有嚴(yán)格要求，在多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，還要求各移動(dòng)軸有很好的動(dòng)態(tài)配合。對于主軸的控制，要求在很寬的范圍內(nèi)速度連續(xù)可調(diào)，并且每一種速度下均能提供足夠的切削所需的功率和扭矩。在某些高性能的cnc機(jī)床上還要求能實(shí)現(xiàn)主軸的定向準(zhǔn)停，也就是主軸在某一給定角度位置停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
6．mdi／crt接口
mdi接口是通過操作面板上的鍵盤，手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)的接口。crt接口是在cnc軟件配合下，將字符和圖形顯示在顯示器上。顯示器一般是陰極射線管（crt），也可以是平板式液晶顯示器（lcd）。
7．可編程序控制器（plc）
可編程序控制器用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)床強(qiáng)電的繼電器邏輯控制，實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量（s、m、t）的控制。如主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停止，刀具交換，工件的夾緊及松開，切削液的開、關(guān)以及潤滑系統(tǒng)的運(yùn)行等，同時(shí)還包括主軸驅(qū)動(dòng)以及機(jī)床報(bào)警處理等。
8．通信接口
通信接口用來與外部設(shè)備進(jìn)行信息傳輸，如與上位計(jì)算機(jī)或直接數(shù)字控制器dnc等進(jìn)行數(shù)字通信，一般采用rs232c串口。
單微處理器結(jié)構(gòu)由于cpu通過總線與各個(gè)控制單元相連，完成信息交換，結(jié)構(gòu)比較簡單，但是由于只用一個(gè)微處理器來集中控制，cnc的功能受到微處理器字長、尋址功能和運(yùn)算速度等因素的限制。
二、單微處理器cnc裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):
1. cnc裝置內(nèi)只有一個(gè)微處理器，對存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、crt顯示等功能都由它集中控制，分時(shí)處理。
2. 微處理器通過總線與存儲(chǔ)器、輸入輸出控制等各種接口相連，構(gòu)成cnc裝置；
3. 結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)；
4. 單微處理器因?yàn)橹挥幸粋€(gè)微處理器進(jìn)行集中控制，其功能將受微處理器字長、數(shù)據(jù)寬度，尋址能力和運(yùn)算速度等因素限制。
二、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的cnc裝置
多微處理器結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上微處理器。多微處理器cnc裝置采用模塊化技術(shù)，由多個(gè)功能模塊組成。一般包括如下幾種功能模塊：
1．cnc管理模塊 管理和組織整個(gè)cnc系統(tǒng)的工作，包括系統(tǒng)初始化、中斷處理、總線沖突裁決、系統(tǒng)出錯(cuò)識別和處理、軟硬件診斷等功能。
2．cnc插補(bǔ)模塊 完成零件加工程序的譯碼、刀具半徑的補(bǔ)償、坐標(biāo)位移量的計(jì)算和進(jìn)給速度處理等插補(bǔ)前的預(yù)處理，以及進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，確定各坐標(biāo)軸的位置。
3．位置控制模塊 插補(bǔ)后的坐標(biāo)位置給定值與位置檢測裝置測得的位置實(shí)際值進(jìn)行比較，進(jìn)行自動(dòng)加減速、回基準(zhǔn)點(diǎn)、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補(bǔ)償，最后得到速度控制的模擬電壓，去驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電機(jī)。
4．存儲(chǔ)器模塊 主要用于存放程序和數(shù)據(jù)，也可以是各功能模塊間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的共享存儲(chǔ)器。
5．操作面板監(jiān)控和顯示模塊 包括零件的數(shù)控程序、參數(shù)、各種操作命令和數(shù)據(jù)的輸入、輸出、顯示所需要的各種接口電路。
6．plc模塊 零件程序中的開關(guān)功能和從機(jī)床來的信號在這個(gè)模塊中作邏輯處理，實(shí)現(xiàn)各開關(guān)功能和機(jī)床操作方式之間的對應(yīng)關(guān)系，如機(jī)床主軸的啟停、冷卻液的開關(guān)、刀具交換、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度、工件數(shù)量和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的計(jì)數(shù)等。
根據(jù)cnc裝置的需要，還可再增加相應(yīng)的模塊實(shí)現(xiàn)某些擴(kuò)展功能。
多微處理器cnc裝置在結(jié)構(gòu)上可分為共享總線型和共享存儲(chǔ)器型，通過共享總線或共享存儲(chǔ)器，來實(shí)現(xiàn)各模塊之間的互聯(lián)和通信。
1．共享總線結(jié)構(gòu) 共享總線結(jié)構(gòu)以系統(tǒng)總線為中心，把組成cnc裝置的各個(gè)功能部件劃分為帶有cpu的主模塊和不帶cpu的從模塊（如各種ram、rom模塊，i／o等）兩大類。所有主、從模塊都插在配有總線插座的機(jī)柜內(nèi)，共享標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線的作用是把各個(gè)模塊有效地連接在一起，按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議交換各種數(shù)據(jù)和控制信息，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的功能，如圖4-5所示。
在共享總線結(jié)構(gòu)中，只有主模塊有權(quán)控制使用系統(tǒng)總線。但由于有多個(gè)主模塊，可能會(huì)同時(shí)請求使用總線，而某一時(shí)刻只能由一個(gè)主模塊占有總線。為了解決這一矛盾，系統(tǒng)設(shè)有總線仲裁電路。按照每個(gè)主模塊負(fù)擔(dān)的任務(wù)的重要程度，預(yù)先安排各自的優(yōu)先級別順序?？偩€仲裁電路在多個(gè)主模塊爭用總線而發(fā)生沖突時(shí)，能夠判別出發(fā)生沖突的各個(gè)主模塊的優(yōu)先級別的高低，最后決定由優(yōu)先級高的主模塊優(yōu)先使用總線。
共享總線結(jié)構(gòu)中由于多個(gè)主模塊共享總線，易引起沖突，使數(shù)據(jù)傳輸效率降低；總線一旦出現(xiàn)故障，會(huì)影響整個(gè)cnc裝置的性能。但由于其結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)配置靈活、實(shí)現(xiàn)容易等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。
2．共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)
共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)通常采用多端口存儲(chǔ)器來實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的連接與信息交換，由多端口控制邏輯電路解決訪問沖突，其結(jié)構(gòu)框圖如圖4-6所示。
在共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中，各個(gè)主模塊都有權(quán)控制使用系統(tǒng)存儲(chǔ)器。即便是多個(gè)主模塊同時(shí)請求使用存儲(chǔ)器，只要存儲(chǔ)器容量有空閑，一般不會(huì)發(fā)生沖突。在各模塊請求使用存儲(chǔ)器時(shí)，由多端口的控制邏輯電路來控制。
共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)中多個(gè)主模塊共享存儲(chǔ)器時(shí)，引起沖突的可能較小，數(shù)據(jù)傳輸效率較高，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，所以也被廣泛采用。
3．多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)cnc裝置的優(yōu)點(diǎn)
(1)運(yùn)算速度快、性能價(jià)格比高；
(2)適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展容易；
(3)可靠性高；
(4)硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。
三、開放式體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)充分利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件資源，根據(jù)控制對象的不同要求，靈活地變更軟硬件組成，適應(yīng)不同用戶的需求。開放式體系結(jié)構(gòu)成為數(shù)控發(fā)展的趨勢。
主要目的：解決復(fù)雜變化的市場需求與控制系統(tǒng)專一的固定模式之問的矛盾，使數(shù)控系統(tǒng)易變、緊湊、廉價(jià)，并具很強(qiáng)的適應(yīng)性和二次開發(fā)性。
1．開放式體系結(jié)構(gòu)cnc系統(tǒng)的定義
參照ieee對開放式系統(tǒng)的規(guī)定，開放式體系結(jié)構(gòu)cnc系統(tǒng)必須具有提供不同應(yīng)用程序協(xié)調(diào)地運(yùn)行于系統(tǒng)平臺(tái)之上的能力，提供面向功能的動(dòng)態(tài)重構(gòu)工具，同時(shí)提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序界面。
2. 開放式cnc系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
開放式數(shù)控系統(tǒng)基本上有三種結(jié)構(gòu)形式：
（1）專用cnc+pc主板；
（2）通用pc+開放式運(yùn)動(dòng)控制器；
（3）完全pc型的全軟件形式的數(shù)控系統(tǒng)。
3.開放式數(shù)控系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)與多樣化和互換性的特征；
（2）允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成構(gòu)造，應(yīng)該是可移植的和透明的。