計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)裝置

1、第四章第四章 計(jì)算機(jī)數(shù)控（計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）裝置）裝置4.1 概述概述4.1.1 CNC技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展n ISO對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的定義：“數(shù)控系統(tǒng)是一種控制系統(tǒng)，它自動(dòng)閱讀輸人載體上事先給定的數(shù)字，并將其譯碼，從而使機(jī)床移動(dòng)和加工零件”。n1952年，美國(guó)MIT利用電子管成功地研制出一套三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)、利用脈沖乘法器原理的試驗(yàn)性數(shù)字控制系統(tǒng)，并把它裝在一臺(tái)立式銑床上，這是世界上第一代數(shù)控系統(tǒng)。n1959年，電子行業(yè)研制出晶體管器件，因而數(shù)控系統(tǒng)中廣泛使用晶體管和印制電路板，數(shù)控系統(tǒng)跨人第二代。n1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。由于它的體積小、功耗低，使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得到進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)

2、展到了第三代第三代。n以上三代都是采用專用控制的硬件邏輯數(shù)控系統(tǒng)，也稱硬件數(shù)控(NC)。n 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小型計(jì)算機(jī)開(kāi)始取代專用控制的硬件邏輯數(shù)控，許多功能由軟件程序?qū)崿F(xiàn)。由計(jì)算機(jī)作控制單元的數(shù)控系統(tǒng)(CNC)稱為第四代數(shù)控系統(tǒng)，1970年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際展覽會(huì)上，首次展出了這種系統(tǒng)。n1970年前后，美國(guó)英特爾公司開(kāi)發(fā)和使用了微處理器。1974年，又出現(xiàn)了以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，這就是第五代數(shù)控系統(tǒng)(MNC)。近20多年來(lái)，微處理器數(shù)控系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在，人們將MNC也通稱為CNC。n由于CNC的大部分功能由軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)，因而使得硬件進(jìn)一步簡(jiǎn)化，系統(tǒng)可靠性提高

3、，功能更加靈活和完善。計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)也稱為軟接線數(shù)控。4.1.2 CNC系統(tǒng)的基本組成系統(tǒng)的基本組成n計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)是一種用計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行其存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動(dòng)裝置的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。目前習(xí)慣上所稱的計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)多指微型機(jī)數(shù)控(MNC)。nCNC系統(tǒng)由數(shù)控程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置數(shù)控程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC裝置裝置)、可編程序控制器、可編程序控制器(PLC)、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置給驅(qū)動(dòng)裝置(包括檢測(cè)裝置包括檢測(cè)裝置)等等組成，如圖所示。4.1.3 CNC裝置的組成裝置的組成

4、4.1.3.1 CNC裝置的硬件組成裝置的硬件組成nCNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心，它是一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)。nCNC裝置與普通計(jì)算機(jī)一樣具有CPU、存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等。n不過(guò)其外設(shè)通常是指輸出接口及后續(xù)裝置，其中最主要的是輸出伺服運(yùn)動(dòng)指令推動(dòng)輸出伺服運(yùn)動(dòng)指令推動(dòng)數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)。中央處理單元（CPU）存儲(chǔ)器一般由EPROM、RAM組成輸入、輸出接口MDI/CRT位置控制部分（包括主軸驅(qū)動(dòng)控制、進(jìn)給坐標(biāo)的控制）n在CNC裝置中，一般將顯示器和機(jī)床操作面版做在一起，以便實(shí)現(xiàn)手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入；n將CPU、存儲(chǔ)器、位置控制器、輸出接口等做在一起，構(gòu)成CNC裝置。4.1.3.2 CNC裝置

5、的軟件組成裝置的軟件組成n包括管理軟件管理軟件和控制軟件控制軟件兩大類。n管理軟件管理軟件由零件程序的輸入、輸出程序、顯示程序和診斷程序等組成。n控制軟件控制軟件由譯碼程序、刀具補(bǔ)償計(jì)算程序、速度控制程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序和位置控制程序等組成n數(shù)控軟件是用于機(jī)床加工的、實(shí)時(shí)控制的、專用的（或稱特殊的）計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。n在CNC數(shù)控裝置中，硬件是基礎(chǔ)，軟件只有在硬件的支持下才能運(yùn)行；離開(kāi)軟件，硬件同樣無(wú)法工作。n硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂，兩者相輔相成，缺一不可。n硬件集成度、位數(shù)、主頻、運(yùn)算速度、指令系統(tǒng)、內(nèi)存硬件集成度、位數(shù)、主頻、運(yùn)算速度、指令系統(tǒng)、內(nèi)存容量等在很大程度上決定了容量等在很大程度上決

6、定了CNC裝置的性能，而高水平裝置的性能，而高水平的軟件可以彌補(bǔ)硬件的某些不足。的軟件可以彌補(bǔ)硬件的某些不足。4.1.4 、CNC裝置的主要功能和特點(diǎn)裝置的主要功能和特點(diǎn)4.1.4.1 CNC裝置的主要功能裝置的主要功能n（1）控制功能 （2）準(zhǔn)備功能n（3）插補(bǔ)功能 （4）進(jìn)給功能n（5）主軸速度功能 （6）輔助功能n（7）刀具功能（T功能）n（8）固定循環(huán)功能 （9）補(bǔ)償功能n（10）字符圖形顯示功能n（11 ）程序編制功能n（12）輸入、輸出和通信功能n（13）自診斷功能4.1.4.2 CNC裝置的主要特點(diǎn)裝置的主要特點(diǎn)n（1）靈活性大、通用性強(qiáng)n（2）可以實(shí)現(xiàn)豐富、復(fù)雜的功能n（3）易

7、于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化n（4）可靠性高、使用維修方便4.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)裝置的硬件結(jié)構(gòu)n現(xiàn)在生產(chǎn)和新研制的數(shù)控機(jī)床都是采用微型計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置。n從價(jià)格、功能和使用等性能指標(biāo)考慮，可分為經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)型和高檔型三類數(shù)控裝置；n從硬件結(jié)構(gòu)上可分大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)；n按CNC裝置中微處理器的數(shù)目可分為為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)；n按CNC裝置硬件的設(shè)計(jì)與制造方式可分為專用型和通用型，通用型又稱開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，主要是基于通用個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）的數(shù)控系統(tǒng)。n目前隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)控機(jī)床提出了復(fù)雜功能、高進(jìn)給速度和高加工精度等要求，以適應(yīng)FMS、CIMS等更高層次的要求。因此，多

8、微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)和開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，代表當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的新水平。 4.2.1 大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)n大板式結(jié)構(gòu)的CNC裝置，將主電路板做成大印刷電路板，稱為主板，包括主CPU和位置控制等，其它電路板為小板，可插在大板的插槽內(nèi)。大板式結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，但其硬件功能不易變動(dòng)，柔性低。n模塊化結(jié)構(gòu)的CNC裝置，是將整個(gè)CNC裝置按功能劃分為若干個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊的硬件按模塊化方法設(shè)計(jì)成尺寸相同的印刷電路板（稱為功能模板），各板均可插到符合相應(yīng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線的母板的插槽內(nèi)。功能模塊的控制軟件也是模塊化的。于是可按積木形式構(gòu)成CNC裝置，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)

9、單，調(diào)試與維修方便，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。4.2.2 單、多微處理器的硬件結(jié)構(gòu)單、多微處理器的硬件結(jié)構(gòu)1）單微處理器結(jié)構(gòu)）單微處理器結(jié)構(gòu)n 所謂單微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)，即采用一個(gè)微處理器來(lái)集中控制，分時(shí)分時(shí)處理數(shù)控的各個(gè)任務(wù)。n而某些CNC裝置雖然采用了兩個(gè)以上的微處理器，但能夠控制系統(tǒng)總線的只是其中的一個(gè)微處理器，它占有總線資源；n其他微處理器作為專用的智能部件，它們不能控制系統(tǒng)總線，也不能訪問(wèn)存儲(chǔ)器。n這是一種主從結(jié)構(gòu)主從結(jié)構(gòu)，故被納入單微處理器結(jié)構(gòu)中。1)單微處理器結(jié)構(gòu)_續(xù)n單微處理器結(jié)構(gòu)的單微處理器結(jié)構(gòu)的CNCCNC裝置裝置n包括了微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)

10、構(gòu)構(gòu)：微處理器和存儲(chǔ)器、總線、接口等。其中接口包括I/O接口、串行接口、CRT/MDI接口；n還包括數(shù)控技術(shù)中的控制單元部控制單元部件和接口電路件和接口電路，如位置控制單元、可編程序控制器(PLC)、主軸控制單元、穿孔機(jī)和紙帶閱讀機(jī)接口以及其他選件接口等。2）多微處理器）多微處理器CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)裝置的硬件結(jié)構(gòu)n單微處理器結(jié)構(gòu)的數(shù)控裝置只有一個(gè)CPU，實(shí)行集中控制，通過(guò)分時(shí)處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，插補(bǔ)等功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。n優(yōu)點(diǎn)是投資小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。n但數(shù)控功能的擴(kuò)展和提高與處理速度成為一對(duì)突出的矛盾。n在多微處理器結(jié)構(gòu)中，由兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理器來(lái)構(gòu)成處理部件。各處理部件之

11、間通過(guò)一組公用地址和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行連接，每個(gè)微處理器共享系統(tǒng)公用存儲(chǔ)器或I/O接口，每個(gè)微處理器分擔(dān)系統(tǒng)的一部分工作，從而將在單微處理器的CNC裝置中順序完成的工作轉(zhuǎn)變?yōu)槎辔⑻幚砥鞯牟⑿?、同時(shí)完成的工作，因而大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的處理速度。( (一一) )多微處理器多微處理器CNC裝置的體系結(jié)構(gòu)裝置的體系結(jié)構(gòu)多微處理器CNC裝置可將其分為如下結(jié)構(gòu)： (1)主從結(jié)構(gòu)n只有一個(gè)CPU對(duì)整個(gè)裝置的資源有控制權(quán)和使用權(quán)，而其他帶有CPU的功能部件只能接受主CPU的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)出請(qǐng)求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。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?yàn)橹鲝慕Y(jié)構(gòu)的從模塊與單微處理器

12、結(jié)構(gòu)中相應(yīng)模塊在功能上是等價(jià)的。n現(xiàn)在單微處理器結(jié)構(gòu)已被這種主從結(jié)構(gòu)所取代。 (2)多主結(jié)構(gòu) n有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶CPU的功能部件對(duì)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(gè)機(jī)箱內(nèi)，有集中的操縱系統(tǒng)，通過(guò)總線仲裁器來(lái)解決爭(zhēng)用總線問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器來(lái)交換裝置內(nèi)的信息。 (3)分布式結(jié)構(gòu) n該裝置有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶有CPU的功能模塊，每個(gè)功能模塊有自己獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境(總線、存儲(chǔ)器、操作系統(tǒng)等)，功能模塊間采用松耦合，即在空間上可以較為分散，各模塊之間采用通信方式交換信息。n從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)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，主

13、從結(jié)構(gòu)裝置能夠滿足數(shù)控加工的大多數(shù)要求。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(jì)較困難，所以，在數(shù)控裝置中應(yīng)用相對(duì)較少。（二）多微處理器（二）多微處理器CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)裝置的典型結(jié)構(gòu)n多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)，固化在硬件中。n軟硬件模塊形成一個(gè)具有特定功能的單元，稱為功能模塊。n功能模塊之間有明確的固定接口，按工廠或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制造，于是可以組成積木式的CNC裝置。n如果某一個(gè)模塊出了故障，其他模塊仍能照常工作，可靠性高。nCNC裝置可根據(jù)需要，增加相應(yīng)的功能模塊。一般有以下幾種功能模塊組成。 （1）CNC管理模塊 （2）CNC插補(bǔ)模塊 （3）位置控制模塊 （4）PLC

14、模塊 （5）數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示模塊 （6）存儲(chǔ)器模塊n多微處理器的CNC置一般采用總線互聯(lián)方式，典型的結(jié)構(gòu)有共享總線型、共享存儲(chǔ)器型及它們的混合型結(jié)構(gòu)共享總線型、共享存儲(chǔ)器型及它們的混合型結(jié)構(gòu)等。（1）共享總線型結(jié)構(gòu)）共享總線型結(jié)構(gòu)（2）共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)）共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)（3）共享總線和共享存儲(chǔ)器型結(jié)構(gòu)）共享總線和共享存儲(chǔ)器型結(jié)構(gòu)（三）多微處理器（三）多微處理器CNC裝置結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)裝置結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)n（1）計(jì)算速度高n（2）適應(yīng)性和擴(kuò)展性好n（3）可靠性高n（4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)4.2.3 專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)專用型結(jié)構(gòu)和個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)1）專用型結(jié)構(gòu)）專用型結(jié)構(gòu)n硬件由各制造廠專門(mén)設(shè)計(jì)

15、和制造，布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，專用性強(qiáng)，但硬件之間彼此不能交換和替代，沒(méi)有通用性，如FANUC數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)、美國(guó)A-B系統(tǒng)等都屬于專用型。2）個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)）個(gè)人計(jì)算機(jī)式結(jié)構(gòu)n以工業(yè)PC機(jī)作為CNC裝置的支撐平臺(tái)，再由各數(shù)控機(jī)床制造廠根據(jù)數(shù)控的需要，插入自己的控制卡和數(shù)控軟件構(gòu)成相應(yīng)CNC裝置。由于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)，其生產(chǎn)成本很低，繼而也就降低了CNC系統(tǒng)的成本。若工業(yè)PC機(jī)出故障，修理及更換均很容易。美國(guó)ANILAM公司和AI公司生產(chǎn)的CNC裝置屬該類型。4.2.4 封閉式結(jié)構(gòu)、封閉式結(jié)構(gòu)、PC嵌入嵌入NC式結(jié)構(gòu)、式結(jié)構(gòu)、NC嵌入嵌入PC式結(jié)構(gòu)和軟件型開(kāi)放式

16、結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)和軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu) 1) 封閉式結(jié)構(gòu)封閉式結(jié)構(gòu)n如FANUC0系統(tǒng)、MITSUBISHI M50系統(tǒng)、SINUMERIK 810系統(tǒng)等都是專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。2) PC嵌入嵌入NC式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)n如FANUC l8i、16i系統(tǒng)，SINUMERIK 840D系統(tǒng)，Num l060系統(tǒng)，AB 9/360等數(shù)控系統(tǒng)，是由于數(shù)控系統(tǒng)制造商不愿放棄多年來(lái)積累的數(shù)控軟件技術(shù)，又想利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。3)NC嵌人嵌人PC式結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)n它由開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡加PC機(jī)構(gòu)成。4)軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)軟件型開(kāi)放式結(jié)構(gòu)n這是一種最新開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。4.3 CNC裝

17、置的軟件結(jié)構(gòu)裝置的軟件結(jié)構(gòu)nCNC裝置的軟件又稱為系統(tǒng)軟件(系統(tǒng)程序)，是數(shù)控加工的一種專用軟件，是為完成CNC系統(tǒng)的各項(xiàng)功能而專門(mén)設(shè)計(jì)和編制的，其管理作用類似于計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)的功能。n不同的CNC裝置，其功能和控制方案也不同，因而各系統(tǒng)軟件在結(jié)構(gòu)上和規(guī)模上差別較大，各廠家的軟件互不兼容。n現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的功能大都采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)及功能是CNC裝置的關(guān)鍵。nCNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)取決于軟件和硬件的分工，也取決于軟件本身的工作性質(zhì)。硬件為軟件運(yùn)行提供了支持環(huán)境。n軟件和硬件在邏輯上是等價(jià)的，由硬件能完成的工作原則上也可以由軟件完成。n硬件處理速度快，但造價(jià)高，軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)

18、性強(qiáng)，但處理速度慢。所以，在CNC裝置中，軟硬件的分工是由性能/價(jià)格比決定的。n在現(xiàn)代CNC裝置中，軟件和硬件的界面關(guān)系是不固定的。早期的NC裝置中，數(shù)控系統(tǒng)的全部功能都由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)參與了數(shù)控系統(tǒng)的工作，構(gòu)成了計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)，由軟件完成數(shù)控工作。4.3.1 CNC裝置軟件硬件的界面裝置軟件硬件的界面隨著產(chǎn)品的不同、功能要求的不同, 軟件和硬件界面是不一樣的，三種典型CNC裝置的軟硬件界面關(guān)系如圖所示。CNC軟件的內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)類型軟件的內(nèi)容及其結(jié)構(gòu)類型n CNC系統(tǒng)是一個(gè)專用的實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，CNC裝置通常作為一個(gè)獨(dú)立的過(guò)程控制單元用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中。因

19、此，它的系統(tǒng)軟件包括管理和控制兩大部分。n管理部分管理部分包括輸入、IO處理、通信、顯示、診斷以及加工程序的編制管理等程序；n控制部分控制部分包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)和位置控制等軟件。n數(shù)控的基本功能由這些功能子程序?qū)崿F(xiàn)。這是任何一個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)所必須具備的。n不同的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)中對(duì)這些子程序的安排方式不同，管理方式亦不同。n在單微處理器數(shù)控系統(tǒng)中單微處理器數(shù)控系統(tǒng)中，常采用前后臺(tái)型的軟件結(jié)構(gòu)和中斷型的軟件結(jié)構(gòu)。n在多微處理器數(shù)控系統(tǒng)中多微處理器數(shù)控系統(tǒng)中,將微處理器作為一個(gè)功能單元利用上面的思想構(gòu)成相應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)類型，各個(gè)CPU分別承擔(dān)一定的任務(wù)，它們之間的通信依靠共享總線和共享

20、存儲(chǔ)器進(jìn)行協(xié)調(diào)。n在子系統(tǒng)較多時(shí)，也可采用相互通信的方法。n無(wú)論何種類型的結(jié)構(gòu)，CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)都具有多任務(wù)并行處理和多重實(shí)時(shí)中斷的特點(diǎn)。4.3.2 CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1)多任務(wù)并行處理多任務(wù)并行處理n數(shù)控加工時(shí)，CNC裝置要完成許多任務(wù)，在多數(shù)情況下，管理和控制的某些工作必須同時(shí)進(jìn)行。n并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。并行處理的優(yōu)點(diǎn)能提高運(yùn)行速度。 n表現(xiàn)在軟件上主要采用“資源分時(shí)共享”和“資源重疊流水處理”2）實(shí)時(shí)中斷處理）實(shí)時(shí)中斷處理nCNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的另一個(gè)特點(diǎn)是實(shí)時(shí)中斷處理。CNC系統(tǒng)程序以零件加

21、工為對(duì)象，每個(gè)程序有許多子程序，它們按預(yù)定的順序反復(fù)執(zhí)行，各步驟間關(guān)系十分密切，有許多子程序?qū)崟r(shí)性很強(qiáng)，這就決定了中斷成為整個(gè)系統(tǒng)不可少的重要組成部分。nCNC系統(tǒng)的中斷管理主要靠硬件完成，而系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)決定了軟件結(jié)構(gòu)。 （1）CNC系統(tǒng)的中斷類型 有外部中斷、內(nèi)部定時(shí)中斷、硬件故障中斷和程序性中斷等幾種類型。（2）CNC系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)模式 有前后臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)中的中斷前后臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)中的中斷模式模式和中斷型軟件結(jié)構(gòu)中的中斷模式中斷型軟件結(jié)構(gòu)中的中斷模式等。4.3.2 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換n CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括指令輸入、譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)以及位置控制等幾個(gè)過(guò)程，如圖

22、所示。4.3.3 故障診斷故障診斷n完善的診斷程序是現(xiàn)代CNC裝置的特點(diǎn)之一。nCNC裝置的故障診斷利用裝置中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。診斷程序可包含在系統(tǒng)程序中，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行檢查和診斷。也可以作為服務(wù)性程序，在系統(tǒng)運(yùn)行前或故障停機(jī)后進(jìn)行診斷，查找故障部位。還可以通信診斷，由通信診斷中心運(yùn)行診斷程序，指示操作者進(jìn)行某些試運(yùn)行來(lái)進(jìn)行診斷。 4.3.3.1 運(yùn)行中診斷運(yùn)行中診斷n運(yùn)行中的診斷程序比較分散，常包含在主控程序、中斷處理程序等各部分中。接口、伺服系統(tǒng)和機(jī)床方面的診斷程序都包含在CNC裝置軟件結(jié)構(gòu)的相應(yīng)部分。4.3.3.2 停機(jī)診斷停機(jī)診斷n停機(jī)診斷是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或和系統(tǒng)開(kāi)始

23、運(yùn)行前，利用診斷程序進(jìn)行的診斷。n該診斷程序可以與系統(tǒng)程序分開(kāi)，需要時(shí)再輸入CNC裝置。診斷時(shí)，將自診斷程序裝人運(yùn)行，若CNC系統(tǒng)無(wú)故障，檢查程序連續(xù)運(yùn)行，不停機(jī)；若發(fā)現(xiàn)故障，則停機(jī)，從停機(jī)地址即可找到故障部位。n自診斷程序包括：內(nèi)存檢查程序、邏輯檢查程序、算術(shù)檢查程序、接口與外設(shè)檢查程序、位置控制測(cè)試程序，以及掉電處理檢查程序等等。4.3.3.3 通訊診斷通訊診斷n用戶CNC系統(tǒng)經(jīng)電話線路與診斷中心通信，由診斷中心發(fā)出診斷程序，CNC進(jìn)行某種運(yùn)行，同時(shí)收集數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)狀態(tài)與存儲(chǔ)的應(yīng)有工作狀態(tài)或某些極限值進(jìn)行比較，來(lái)確定系統(tǒng)工作狀態(tài)是否正常。n對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間才能發(fā)現(xiàn)和排除的間歇性故障

24、，診斷中心計(jì)算機(jī)可發(fā)送診斷程序給用戶CNC。此程序與CNC的系統(tǒng)程序并行工作，實(shí)時(shí)地尋找與監(jiān)視故障。一旦發(fā)現(xiàn)故障，就使系統(tǒng)停止工作。n通過(guò)通信診斷不但能找出故障，而且還能對(duì)故障趨勢(shì)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。n隨著CNC裝置結(jié)構(gòu)的發(fā)展，自診斷功能也不斷發(fā)展。4.4 CNC裝置的接口與通訊裝置的接口與通訊4.4.1 概述概述n接口是保證信息快速、正確傳送的關(guān)鍵部分，現(xiàn)代CNC裝置都具有完備的數(shù)據(jù)傳送和通信接口。n數(shù)控機(jī)床的CNC裝置需要與下列設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和信息通信。n1)數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備n2)外部機(jī)床控制面版n3)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)線路和主軸驅(qū)動(dòng)線路n4)通用的手搖脈沖發(fā)生器4.4.2 輸入輸入/輸出輸出(I/O)

25、接口接口n數(shù)控機(jī)床“接口”指的是數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床電氣控制設(shè)備(由繼電器、接觸器組成的強(qiáng)電)之間的電氣連接部分。1）數(shù)控機(jī)床上的接口規(guī)范）數(shù)控機(jī)床上的接口規(guī)范n根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)“IS043361981(E)機(jī)床電氣設(shè)備之間的接口規(guī)范”的規(guī)定，接口分為四類。2）數(shù)控機(jī)床上的輸入、輸出信號(hào)）數(shù)控機(jī)床上的輸入、輸出信號(hào)n由機(jī)床(MT)向CNC裝置傳送的信號(hào)稱為輸入信號(hào)；由CNC裝置向MT傳送的信號(hào)稱為輸出信號(hào)。n輸入/輸出信號(hào)有：直流數(shù)字輸入/輸出信號(hào)、直流模擬 輸入/輸出信號(hào)、交流輸入/輸出信號(hào)。4.4.3 串行通信及接口串行通信及接口n數(shù)據(jù)在設(shè)備間的傳送可用串行方式或并行方式。相距較遠(yuǎn)的設(shè)備數(shù)據(jù)傳送采用串行方式。串行接口需要有一定的邏輯，將機(jī)內(nèi)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)后再傳送出去，接收時(shí)也要將收到的串行信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器轉(zhuǎn)換成并