淺談?dòng)?jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

1、淺談?dòng)?jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)論文關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，cnc系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC系統(tǒng)）是在硬件數(shù)控的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它用一臺(tái)計(jì)算機(jī)代替先前的數(shù)控裝置所完成的功能。所以，它是一種包含有計(jì)算機(jī)在內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)， 根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的控制程序執(zhí)行部分或全部數(shù)控功能。依照EIA所屬的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的定義，CNC是用一個(gè)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，按照存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的讀寫存儲(chǔ)器中的控制程 序去執(zhí)行數(shù)控裝置的一部分或全部功能，在計(jì)算機(jī)之外的唯一裝置是接口。目前在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中所用的計(jì)算機(jī)已不再是小型計(jì)算機(jī)，而是微型計(jì)算機(jī)，用微機(jī)控制的系統(tǒng)稱為MNC系統(tǒng)，亦統(tǒng)稱為CNC系統(tǒng)。由上述定義可知，CNC系統(tǒng)與傳統(tǒng)NC

2、系統(tǒng)的區(qū)別在于：CNC系統(tǒng)附加一個(gè)計(jì)算機(jī)作 為控制器的一部分，其組成框圖如圖3-1所示。圖中的計(jì)算機(jī)接收各種輸入信息（如鍵盤、 面板等輸入的指令信息），執(zhí)行各種控制功能（如插補(bǔ)計(jì)算、運(yùn)行管理等等）。而硬件電路完 成其他一些控制操作。me控制器圖3-1計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)方框圖二、CNC系統(tǒng)軟件這里指的是為實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專用軟件，即存放于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的系 統(tǒng)程序。它一般由輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序等組 成。現(xiàn)分_三、 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)與NC系統(tǒng)相比，CNC系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)有：靈活性這是CNC系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)。對于傳統(tǒng)的NC系統(tǒng)，一旦提供了某些控制功

3、能，就不能被改變，除非改變相應(yīng)的硬件。而對于CNC系統(tǒng)，只要改變相應(yīng)的控制程序就可以補(bǔ)充和開發(fā)新的功能，并不必制造新的硬件。CNC系統(tǒng)能夠隨著工廠的發(fā)展而發(fā)展，也能適應(yīng)將來改變工藝的要求。在CNC設(shè)備安裝之后，新的技術(shù)還可以補(bǔ)充到系統(tǒng)中去，這就延長了 系統(tǒng)的使用期限。因此，CNC系統(tǒng)具有很大的 柔性”一-活性。通用性在CNC系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)采用模塊結(jié)構(gòu)，依靠軟件變化來滿足被控設(shè)備的各種不同要求。采用標(biāo)準(zhǔn)化接口電路，給機(jī)床制造廠和數(shù)控用戶帶來了許多方便。于是，用一種CNC系統(tǒng)就可能滿足大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床（包括車床、銃床、加工中心、鉆鏜床等）的要求，還能滿足某 些別的 設(shè)備應(yīng) 用。當(dāng) 用戶要 求某些

4、特殊功 能時(shí) ，僅僅 是改變 某些軟 件而已 。由于 在工廠1訃算機(jī)、軟作功能41數(shù)控機(jī)床中使用同一類型的控制系統(tǒng)，培訓(xùn)和學(xué)習(xí)也十分方便?？煽啃栽贑NC系統(tǒng)中，加工程序常常是一次送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)，避免了在加工過程中由于紙帶輸入機(jī)的故障而產(chǎn)生的停機(jī)現(xiàn)象（普通數(shù)控裝置的故障有一半以上發(fā)生在逐段光電輸入時(shí)）。同時(shí)，由于許多功能都由軟件實(shí)現(xiàn)，硬件系統(tǒng)所需元器件數(shù)目大為減少，整個(gè)系統(tǒng) 的可靠性大大改善，特別是隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的采用，系統(tǒng)可靠性更為提高。據(jù)美國第13屆NCS年會(huì)統(tǒng)計(jì)的世界上數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時(shí)間是：硬線NC系統(tǒng)為136h，小型計(jì)算機(jī)CNC系統(tǒng)為984h，而微處理機(jī)CN

5、C系統(tǒng)據(jù)日本發(fā)那科公司 宣稱已達(dá)23000h。易于實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的功能CNC系統(tǒng)可以利用計(jì)算機(jī)的高度計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)一些高級的復(fù)雜的數(shù)控功能。刀具偏移、英公制轉(zhuǎn)換、固定循環(huán)等都能用適當(dāng)?shù)能浖绦蛴枰詫?shí)現(xiàn)；復(fù)雜的插補(bǔ)功能，例如拋物線插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)等也能用軟件方法來解決； 刀具補(bǔ)償也可在加工過程中進(jìn)行計(jì)算； 大量 的輔助功能都可以被編程；子程序概念的引入，大大簡化了程序編制。使用維修方便CNC系統(tǒng)的一個(gè)吸引人的特點(diǎn)是有一套診斷程序，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能顯示出故障信息，使操作和維修人員能了解故障部位，減少了維修的停機(jī)時(shí)間。三、CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和表面安裝技術(shù)的發(fā)展，CNC系

6、統(tǒng)硬件模塊及安裝方式不斷改進(jìn)。從CNC系統(tǒng)的總體安裝結(jié)構(gòu)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(jī)箱內(nèi)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝，但有時(shí)可能造成某些信號連線過 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(gè)部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，兩者之間用導(dǎo)線或光纖連接。許多CNC機(jī)床把操作面板也單獨(dú)作為一個(gè)部件， 這是由于所控制機(jī)床的要求不同，操作面板相應(yīng)地要改變，做成分體式的有利于更換和安裝。CNC操作面板在機(jī)床上的安裝形式有吊掛式、床頭式、控制柜式、控制臺(tái)式等多種。從組成CNC系統(tǒng)

7、的電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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)。四、CNC系統(tǒng)的控制軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CNC系統(tǒng)是一個(gè)專用的實(shí)時(shí)多任務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在它的控制軟件中融合了當(dāng)今計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中的許多先進(jìn)技術(shù)，其中最突出的是多任務(wù)并行處理和多重實(shí)時(shí)中斷。五、CNC系統(tǒng)的控制軟件及其工作過程控制軟件是為完成特定CNC（或MNC）系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專用軟件，又稱為系統(tǒng)軟件（或系統(tǒng)程序）。因?yàn)镃NC（或MNC）系統(tǒng)的功能設(shè)置與控制方案各不相同，各種系統(tǒng)軟件 在結(jié)構(gòu)和規(guī)模上差別很大。系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)與各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)及其將來的擴(kuò)展有最直接的關(guān) 系，是整個(gè)CNC（或MNC）系統(tǒng)研制工作中關(guān)鍵性的和工作量最大的部

8、分。前面曾提到，系統(tǒng)軟件一般由輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理（預(yù)計(jì)算）、插補(bǔ)運(yùn)算、速度控制、輸出控制、管理程序及診斷程序等部分構(gòu)成。下面分別加以介紹。1、輸入CNC系統(tǒng)中一般通過紙帶閱讀機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤及鍵盤輸入零件程序，且其輸入大都采用中斷方式。在系統(tǒng)程序中有相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，如紙帶閱讀機(jī)中斷服務(wù)程序及鍵盤中斷服務(wù)程序等。當(dāng)紙帶閱讀機(jī)讀入一個(gè)字符至接口中時(shí)，就向主機(jī)發(fā)出中斷，由中斷服務(wù)程序?qū)⒃撟址腿雰?nèi)存。 同樣，每按一個(gè)鍵則表示向主機(jī)申請一次中斷，調(diào)出一次鍵盤服務(wù)程序，對相應(yīng)的鍵盤命令進(jìn)行處理。2、譯碼由前面的討論可知，經(jīng)過輸入系統(tǒng)的工作，已將數(shù)據(jù)段送入零件程序存儲(chǔ)器。下一步就是由譯碼程序?qū)⑤斎氲牧慵绦驍?shù)據(jù)段翻譯成本系統(tǒng)能識(shí)別的語言。一個(gè)數(shù)據(jù)段從輸入到傳送至插補(bǔ)工作寄存器需經(jīng)過以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。3、預(yù)計(jì)算為了減輕插補(bǔ)工作的負(fù)擔(dān)， 提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，常常在插補(bǔ)運(yùn)算前先進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，例如，確定圓弧平面、刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算等。當(dāng)采用數(shù)字積分法時(shí)，可預(yù)先進(jìn)行 左移規(guī)格化的處理和積分次數(shù)的計(jì)算等，這樣，可把最直接、最方便形式的數(shù)據(jù)提供給插補(bǔ)運(yùn)算。4、插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算是CNC系統(tǒng)中最重要的計(jì)算工作之一。在傳統(tǒng)的NC裝置中，采用硬件電路（插補(bǔ)器）來實(shí)現(xiàn)各種軌跡的插補(bǔ)。為了在軟件系統(tǒng)中計(jì)算所需的插補(bǔ)軌跡，這些數(shù)字電路必須由計(jì)算機(jī)的程序