-計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置

-計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第一頁，共九十三頁，2022年，8月28日第五章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置1計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置硬件2計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置軟件3開放式數(shù)控系統(tǒng)4并聯(lián)機(jī)床的數(shù)控技術(shù)

第二頁，共九十三頁，2022年，8月28日5.1計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置硬件一.

數(shù)控系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床電器邏輯控制裝置等組成。輸入輸出裝置數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體機(jī)床電器邏輯控制裝置第三頁，共九十三頁，2022年，8月28日各部分的功能：1）輸入/輸出裝置:

一方面將加工程序、機(jī)床參數(shù)等信息的輸入；另一方面將輸入內(nèi)容及數(shù)控系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行輸出，供操作人員觀察。2)數(shù)控裝置：正確識別和解釋加工程序，進(jìn)行各種零件輪廓幾何信息和命令邏輯信息的處理，并將處理結(jié)果分發(fā)給相應(yīng)的單元。3)伺服系統(tǒng):包括進(jìn)給軸伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置。進(jìn)給軸伺服驅(qū)動裝置主要由位置控制單元、速度控制單元、電動機(jī)和測量反饋單元等部分組成，它按照數(shù)控裝置發(fā)出的位置控制命令和速度控制命令，正確驅(qū)動機(jī)床或刀具進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動。主軸伺服驅(qū)動裝置主要由速度控制單元、電動機(jī)和測量反饋單元等部分組成，它主要為機(jī)床提供切削動力。第四頁，共九十三頁，2022年，8月28日4)機(jī)床電器邏輯控制裝置:接受數(shù)控裝置發(fā)出的開關(guān)命令，主要完成機(jī)床主軸啟停、方向控制、選速功能、換刀功能、工件裝卡功能、冷卻、潤滑、液壓、氣動系統(tǒng)功能及其它機(jī)床輔助功能。其形式是繼電器控制線路或PLC形式。

機(jī)床本體主軸單元:

接受CNC的指令,控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速及旋向速度單元:

接收CNC的指令,控制各伺服軸的動作第五頁，共九十三頁，2022年，8月28日二.CNC裝置的硬件CNC裝置的硬件具有一般計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，另外一方面還有數(shù)控機(jī)床所特有功能的功能模塊與接口單元。第六頁，共九十三頁，2022年，8月28日三、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)分類（一）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)1、單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置在單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置中，只有一個中央處理器（CPU），所有的系統(tǒng)管理功能和數(shù)控功能都由一個處理器來完成。單微處理器CNC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：（1）CNC裝置內(nèi)只有一個微處理器，對各種功能實(shí)現(xiàn)集中控制分時處理。（2）微處理器通過總線與存儲器、輸入輸出控制等接口電路相連，構(gòu)成CNC裝置。（3）結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易。第七頁，共九十三頁，2022年，8月28日2、多微處理器結(jié)構(gòu)含有兩個及兩個以上的CPU組成的CNC，它們分別實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)控功能，并通過某種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。其特點(diǎn)是分散控制，并行處理。根據(jù)微處理器之間的關(guān)系又分成：分布式結(jié)構(gòu)、主從結(jié)構(gòu)和總線式結(jié)構(gòu)第八頁，共九十三頁，2022年，8月28日（1）分布式結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)有兩個或兩個以上帶CPU的功能模塊，各模塊有自己獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，模塊間通過外部的通信鏈路連接在一起，且采用通訊方式交換信息。（2）主從結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)中只有一個CPU(稱為主CPU)對系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)其它帶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)出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。其它是處于以從屬地位的，故稱之為主從結(jié)構(gòu)（3）總線式結(jié)構(gòu)：一條主總線上有兩個或兩個以上帶CPU的模塊部件對系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)，同時可以自由獨(dú)立地使用各自的資源。通過仲裁器來解決總線爭用問題，通過公共存儲器進(jìn)行交信息。第九頁，共九十三頁，2022年，8月28日（二）按照電路板結(jié)構(gòu)分：

1）大板結(jié)構(gòu)：主電路板是大板，其他電路板是小印刷電路板，它們插在電路板的插槽內(nèi)一塊構(gòu)成CNC裝置，F(xiàn)ANUC等

2）模塊化結(jié)構(gòu)：控制單元母版框架，各功能模塊，軟件硬件的設(shè)計(jì)成模塊化

特點(diǎn)：各功能塊功能獨(dú)立，便于開發(fā)同一功能的系列產(chǎn)品，維修維護(hù)方便第十頁，共九十三頁，2022年，8月28日第十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日（三）專用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和通用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)專用型結(jié)構(gòu)CNC裝置的硬件由各制造廠專門設(shè)計(jì)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，沒有通用性。FANUC數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)、美國A—B系統(tǒng)等都屬于專用型。

通用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)以工業(yè)PC機(jī)作為CNC裝置的支撐平臺，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)成個性化數(shù)控系統(tǒng)。第十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日四、接口電路

（一）開關(guān)量輸入輸出接口數(shù)控機(jī)床開關(guān)量包括開關(guān)的開閉、指示燈的亮滅、繼電器/接觸器的吸合與釋放、電動機(jī)的啟停、閥門的開閉以及脈沖、計(jì)數(shù)、定時信號等。這些信號都可轉(zhuǎn)換成邏輯高電平或低電平的形式。第十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日（二）模擬量輸入輸出接口數(shù)控機(jī)床的被測量往往是連續(xù)變化的模擬量，另外執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電動機(jī)）需要模擬量來控制。被測模擬量經(jīng)過信號處理后，（三）通信和網(wǎng)絡(luò)接口第十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日五、PLC(ProgrammableLogicController)

模塊1、PLC模塊的作用：接收來自操作面板、機(jī)床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫控制的有關(guān)信號，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行。第十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日第十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日機(jī)床用的PLC一般分為兩類：內(nèi)裝型（Built-inType）PLC（或集成式、內(nèi)含式）。獨(dú)立型（Stand-aloneType）PLC（或通用型）2、分類；內(nèi)裝式：指ＰＬＣ內(nèi)含在ＣＮＣ裝置內(nèi)，從屬于ＣＮＣ裝置，并與ＣＮＣ裝置集于一體，內(nèi)裝式既可以單獨(dú)使用一個ＣＰＵ，也可與ＣＮＣ共同一個ＣＰＵ。例如ＦＡＮＵＣ系統(tǒng)獨(dú)立式ＰＬＣ：

通用ＰＬＣ完全獨(dú)立于ＣＮＣ裝置，具備完備的軟件和硬件，能夠獨(dú)立完成ＣＮＣ系統(tǒng)所要求的控制任務(wù)。例如：ＳＩＥＭＥＮＳＳＩＮ８４０Ｃ第十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日5.2計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置軟件一、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置軟件分析（一）內(nèi)部信息流轉(zhuǎn)換過程CNC裝置系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)：將由零件加工程序表達(dá)的加工信息，變換成各進(jìn)給軸的位移指令、主軸轉(zhuǎn)速指令和輔助動作指令，控制加工設(shè)備的軌跡運(yùn)動和邏輯動作，加工出符合要求的零件。數(shù)控加工程序輸入譯碼插補(bǔ)計(jì)算速度處理診斷刀補(bǔ)計(jì)算位置控制伺服系統(tǒng)合格零件滾珠絲杠工作臺或刀具第十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日1、輸入：數(shù)控加工程序、系統(tǒng)控制參數(shù)和各種補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。2、譯碼把零件程序段的各種工件輪廓信息、加工速度F和其它輔助信息（M、S、T）按一定規(guī)律翻譯成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能識別的數(shù)據(jù)形式，并按系統(tǒng)規(guī)定的格式放在譯碼結(jié)果緩沖器中。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查。譯碼有兩種方法：（１）解釋；（２）編譯在CNC控制軟件中多數(shù)采用解釋方法。譯碼工作主要有：

代碼識別和各項(xiàng)功能的譯碼。

第十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日3.診斷在譯碼過程中，需要進(jìn)行數(shù)控加工程序的診斷，也就是利用控制軟件檢查加工程序的正確性，把凡是不符合數(shù)控機(jī)床編程手冊規(guī)定的加工程序找出來，通過顯示器提示機(jī)床操作人員進(jìn)行修改。診斷內(nèi)容主要包括數(shù)控加工程序的語法錯誤和邏輯錯誤。語法錯誤主要是指某個功能代碼的錯誤。邏輯錯誤主要指一個數(shù)控機(jī)床加工程序段或整個加工程序內(nèi)各個功能代碼之間互相排斥、互相矛盾的錯誤。第二十頁，共九十三頁，2022年，8月28日4.刀補(bǔ)計(jì)算刀具補(bǔ)償包括刀具半徑補(bǔ)償和刀具長度補(bǔ)償。刀具半徑補(bǔ)償，對于銑床而言，數(shù)控裝置的控制對象是刀具的中心軸線的軌跡，而工件輪廓是刀具邊緣切削形成的?？梢?，刀具半徑補(bǔ)償就是將刀具邊緣軌跡偏移到刀具中心。刀具長度補(bǔ)償，對于銑床而言，是以主軸軸端中心點(diǎn)作為起刀點(diǎn)，以刀具離開軸端伸出的長度作為補(bǔ)償值（偏置量）。第二十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日⒌

速度處理

數(shù)控加工程序中給定的進(jìn)給速度F代碼是指零件切削方向的合成線速度。速度處理實(shí)際上是根據(jù)零件的幾何輪廓信息將合成進(jìn)給速度分解成各個坐標(biāo)軸的分速度，然后通過各個軸的伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的分速度控制，那么數(shù)控機(jī)床最終就得到所要求的線速度。第二十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日6.插補(bǔ)計(jì)算所謂插補(bǔ)就是根據(jù)數(shù)控加工程序給定的零件輪廓尺寸，結(jié)合精度和工藝方面的要求，在已知的這些特征點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)的過程。換句話說，就是在零件輪廓起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的曲線上進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化過程”。7.位置控制位置控制的主要任務(wù)就是根據(jù)插補(bǔ)結(jié)果所求得命令位置值，然后與實(shí)際反饋位置相比較，利用其誤差值去控制伺服電動機(jī)，驅(qū)動工作臺或刀具朝著減小誤差的方向運(yùn)動。第二十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日（二）CNC裝置的軟件任務(wù)分析CNC系統(tǒng)的控制軟件具有多任務(wù)性和實(shí)時性兩大特點(diǎn)。CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性表現(xiàn)在它必須完成管理和控制兩大任務(wù)。各種任務(wù)之間是并行處理的關(guān)系。第二十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時刻或同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。運(yùn)用并行處理技術(shù)可以提高運(yùn)算速度。CNC裝置的硬件設(shè)計(jì)普遍采用設(shè)備重復(fù)的并行處理技術(shù)，例如采用多處理器的數(shù)控裝置。CNC裝置的軟件設(shè)計(jì)常采用資源分時并行處理技術(shù)和多重中斷的并行處理技術(shù)。第二十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日二.

CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)類型前后臺型結(jié)構(gòu)模式

該模式將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩部分：前臺程序:

主要完成位置控制、插補(bǔ)運(yùn)算、開關(guān)量控制、面板掃描和故障診斷等實(shí)時性很強(qiáng)的任務(wù)，它是一個實(shí)時中斷服務(wù)程序。后臺程序(背景程序):

完成顯示、零件加工程序的編輯管理、系統(tǒng)的輸入/輸出、插補(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)處理、速度預(yù)處理)等弱實(shí)時性的任務(wù)，它是一個循環(huán)運(yùn)行的程序，其在運(yùn)行過程中，不斷地定時被前臺中斷程序所打斷，前后臺相互配合來完成零件的加工任務(wù)。第二十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日2.多重中斷型結(jié)構(gòu)模式這種結(jié)構(gòu)是將除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務(wù)模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。整個軟件就是一個大的中斷管理系統(tǒng)。中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)：任務(wù)調(diào)度機(jī)制：搶占式優(yōu)先調(diào)度。信息交換：緩沖區(qū)。實(shí)時性好。由于中斷級別較多（最多可達(dá)8級），強(qiáng)實(shí)時性任務(wù)可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務(wù)程序中。模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。80～90年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。第二十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日第二十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日3.功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)多微處理器數(shù)控裝置一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個微處理器分擔(dān)各自的任務(wù)，形成特定的功能模塊，相應(yīng)的軟件也模塊化，形成功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)，固化在對應(yīng)的硬件功能模塊中。數(shù)控單元主要由三大模塊組成：人機(jī)通信模塊、數(shù)控通信模塊和可編程控制器模塊。

第三十頁，共九十三頁，2022年，8月28日

三計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置典型軟件模塊插補(bǔ)計(jì)算（一）插補(bǔ)概述在零件的加工程序中，一般僅提供描述該線形所必須的相關(guān)參數(shù)，如對直線，僅提供其起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)；對于圓弧，僅提供起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)、圓心相對于起點(diǎn)的位置或圓弧半徑以及順圓弧或逆圓弧，因此為了實(shí)現(xiàn)軌跡控制就必須在運(yùn)動過程中實(shí)時地計(jì)算出滿足線形和進(jìn)給要求的若干中間點(diǎn)的位置，即進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。第三十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日

插補(bǔ)的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，在輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間計(jì)算出若干中間點(diǎn)的坐標(biāo)值。每個中間點(diǎn)計(jì)算所需時間直接影響控制精度，而插補(bǔ)中間點(diǎn)的計(jì)算精度又影響到整個數(shù)控系統(tǒng)的精度，所以插補(bǔ)算法至關(guān)重要，插補(bǔ)軟件是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，數(shù)控的其他任務(wù)是圍繞著它進(jìn)行的。第三十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日（二）插補(bǔ)分類插補(bǔ)算法有很多，現(xiàn)在主要采用數(shù)字脈沖增量法、數(shù)據(jù)采樣法等。

數(shù)字脈沖增量插補(bǔ)，就是根據(jù)一定算法通過向各個運(yùn)動軸分配脈沖，控制機(jī)床坐標(biāo)軸作相互協(xié)調(diào)的運(yùn)動，從而加工出一定的形狀輪廓。這類算法輸出是脈沖形式，并且每次僅產(chǎn)生一個單位的行程增量。數(shù)字脈沖增量插補(bǔ)又包括逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。數(shù)據(jù)采樣法，是使用一系列首尾相連的微小直線段來逼近給定的曲線輪廓。由于這些線段是按加工時間來進(jìn)行分割的，也稱為時間分割法。第三十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日

（三）插補(bǔ)算法1.脈沖增量插補(bǔ)脈沖增量插補(bǔ)也稱為行程增量插補(bǔ)，每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個單位的行程增量(一個脈沖當(dāng)量)，以一個個脈沖的方式輸出給步進(jìn)電動機(jī)。

其基本思想是用折線來逼近曲線(包括直線)。第三十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日

脈沖增量插補(bǔ)的特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)方法較簡單，通常僅用加法和移位運(yùn)算方法就可完成插補(bǔ)，容易用硬件來實(shí)現(xiàn)，也可用軟件來完成。但這種方法進(jìn)給速度低，主要用于步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的數(shù)控系統(tǒng)。第三十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日

脈沖增量插補(bǔ)算法常用的是逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。⑴逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法的控制原理是：CNC系統(tǒng)在控制進(jìn)給過程中，逐點(diǎn)地計(jì)算和比較進(jìn)給運(yùn)動軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差，控制進(jìn)給軸向給定輪廓靠近，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。第三十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日

逐點(diǎn)比較法的精度逐點(diǎn)比較法以折線來逼近直線或園弧曲線，它與給定的直線或園弧之間的最大誤差不超過一個脈沖當(dāng)量，只要脈沖當(dāng)量取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求。第三十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日

（1）直線插補(bǔ)假設(shè)加工如圖所示的第一象限的直線OE，已知直線OE的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為E（Xe，Ye）。

圖第一象限直線插補(bǔ)第三十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第三十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日

><第四十頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第四十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第四十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日

N=Xe+Ye第四十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第四十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第一象限直線插補(bǔ)流程圖第四十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日

綜上所述，逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)過程中，每走一步要進(jìn)行四個步驟：第一步：比較判別，確定F≥0還是F＜0；第二步：進(jìn)給，當(dāng)F≥0時向+X方向進(jìn)給一步；當(dāng)F＜0時向+Y方向進(jìn)給一步；第三步：計(jì)算，計(jì)算新的F、N值；第四步：終點(diǎn)判斷，判斷N是否為0，當(dāng)N=0時，則結(jié)束插補(bǔ)。第四十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日

其它象限的直線插補(bǔ)其它象限的直線插補(bǔ)與第一象限的直線插補(bǔ)方法相似，只是進(jìn)給方向由象限判別標(biāo)志(終點(diǎn)坐標(biāo)正、負(fù)號)控制。四個象限的步進(jìn)方向與插補(bǔ)流程圖分別見下圖所示。第四十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日

四象限步進(jìn)方向

第四十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日

四象限直線插補(bǔ)流程圖第四十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日例題：加工直線位于平面直角坐標(biāo)系第一象限．起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)．終點(diǎn)坐標(biāo)為E(5，4)，插補(bǔ)=1，試用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法對直線講行直插補(bǔ)運(yùn)算，并畫出插補(bǔ)軌跡圖。第五十頁，共九十三頁，2022年，8月28日第五十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日作業(yè)：加工直線位于平面直角坐標(biāo)系第二象限．起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)．終點(diǎn)坐標(biāo)為E(-3，7)，插補(bǔ)=1，試用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法對直線講行直插補(bǔ)運(yùn)算，并畫出插補(bǔ)軌跡圖。第五十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日

②圓弧插補(bǔ)設(shè)要加工圖示第一象限逆時針走向的園弧，圓心坐標(biāo)為坐標(biāo)原點(diǎn)，起點(diǎn)為A(Xo，Yo)，終點(diǎn)為E(Xe,Ye)。

第一象限逆園弧插補(bǔ)第五十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日第五十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第五十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第五十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第一象限逆園弧插補(bǔ)流程第五十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日

實(shí)際上由于園弧所在象限不同，逆順不同，插補(bǔ)計(jì)算公式和動點(diǎn)進(jìn)給方向也均不相同，因此，園弧插補(bǔ)有八種情況，如圖所示為園弧插補(bǔ)四個象限的動點(diǎn)走向。園弧插補(bǔ)四個象限的動點(diǎn)走向第五十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日例題：試推導(dǎo)第Ⅱ象限逆圓弧逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)公式，并用其插補(bǔ)一段第Ⅱ象限逆圓?。浩瘘c(diǎn)A(-1,5)，終點(diǎn)B(-5,1)，畫出插補(bǔ)后的實(shí)際軌跡圖。(插補(bǔ)計(jì)算過程以節(jié)拍表的形式給出)第五十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日序號1、判別2、進(jìn)給3、運(yùn)算4、比較

E=81F=0－YF=－9

X=－1，Y=4E=72F＜0－XF=－6

X=－2，Y=4E=63F＜0－XF=－1

X=－3，Y=4E=54F＜0－XF=6

X=－4，Y=4E=45F＞0－YF=－1

X=－4，Y=3E=36F＜0－XF=8

X=－5，Y=3E=27F＞0－YF=3

X=－5，Y=2E=18F＞0－YF=0

X=－5，Y=1E=0第六十頁，共九十三頁，2022年，8月28日第六十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日

⑵數(shù)字積分法數(shù)字積分插補(bǔ)法的最大優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算速度快、脈沖分配均勻、容易實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動的插補(bǔ)和二次曲線，甚至高次曲線的插補(bǔ)，但計(jì)算比較復(fù)雜。隨著數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)功能的發(fā)展強(qiáng)大，采用軟件插補(bǔ)所需時間越來越短，近年來才得到較多的應(yīng)用。第六十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日

如右圖第六十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日

第六十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日②數(shù)字積分器（DDA）直線插補(bǔ)

設(shè)加工直線OE，如圖所示，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為E(Xe,Ye)，假定進(jìn)給速度V是均勻的，則有：式中K為比例常數(shù)。直線OE的DDA插補(bǔ)第六十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日

動點(diǎn)從原點(diǎn)走向終點(diǎn)E的過程，可以看作是各坐標(biāo)軸線每經(jīng)過一個單位時間間隔t(t=1)就分別以增量kXe

、kYe同時累加的結(jié)果。也可以說，數(shù)字積分法插補(bǔ)實(shí)際上是利用速度分量進(jìn)行數(shù)字積分(累加)來確定動點(diǎn)在各個坐標(biāo)軸上坐標(biāo)值的過程：第六十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日

取ti=1(一個單位時間間隔)，并假定經(jīng)過n次累加后，動點(diǎn)正好到達(dá)終點(diǎn)E(Xe,Ye),則上式可變?yōu)椋?/p>

由此可得：

kn=1或

n=1/k上式表明比例常數(shù)k與累加次數(shù)n之間的關(guān)系，n必須取整數(shù)，則k肯定是小數(shù)。第六十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日

為了保證一個單位時間間隔(t=1)內(nèi)每次進(jìn)給增量X、Y不超過一個單位的脈沖當(dāng)量，則：上式中Xe、Ye的最大允許值分別受系統(tǒng)中Jxe、Jye寄存器容量的限制，假定寄存器容量為N位，則Xe及Ye的最大允許數(shù)字量為2N－1，將其代入上式中的Xe、Ye，則可得到：

k(2N－1)＜1，即k＜1/(2N－1)取k＝1/2N，則累加次數(shù)n為：n＝1/k＝2N綜上所述，X、Y經(jīng)過n＝2N次累加后，動點(diǎn)正好到達(dá)終點(diǎn)。第六十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日

Jx(x)--寄存X坐標(biāo)的終點(diǎn)值XeJy(y)--寄存Y坐標(biāo)的終點(diǎn)值YeJRx--寄存X坐標(biāo)(X=∑X)累加余數(shù)JRy--寄存Y坐標(biāo)(Y=∑Y)累加余數(shù)數(shù)字積分(DDA)直線插補(bǔ)器如圖所示，它具有四個位移寄存器：DDA直線插補(bǔ)器框圖

第六十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日

當(dāng)累加結(jié)果X＝∑X＞1或

Y＝∑Y＞1時，其整數(shù)部分以溢出方式丟失，小數(shù)部分則保存在相應(yīng)的寄存器JRx

或JRy中，留待下一次累加。每當(dāng)JRx

或JRy出現(xiàn)一個溢出脈沖時，則分別向X軸或Y軸分配一個進(jìn)給脈沖X和Y，使X軸或Y軸移動一步，直至到達(dá)終點(diǎn)。終點(diǎn)判別可由累加次數(shù)n決定。第七十頁，共九十三頁，2022年，8月28日

③數(shù)字積分器園弧插補(bǔ)設(shè)加工如圖所示的逆園弧，園心為坐標(biāo)原點(diǎn)，起點(diǎn)為A(Xo,Yo)，終點(diǎn)為E(Xe,Ye)，半徑為R，動點(diǎn)P(X,Y)的進(jìn)給速度V均勻,則存在下列關(guān)系式：其中：K為比例常數(shù)。第一象限逆園弧插補(bǔ)

第七十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日

在單位時間增量t(t=1)內(nèi)，坐標(biāo)軸方向的位移增量則為：

（負(fù)號表示加工逆園弧時向-X方向移動）取

則第一象限逆園弧插補(bǔ)計(jì)算公式為：（N為累加寄存器容量（N）位）第七十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日

顯然，園弧插補(bǔ)是對動點(diǎn)坐標(biāo)的累加，園弧插補(bǔ)器框圖如圖所示。第七十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日

插補(bǔ)過程如下：運(yùn)算開始Jx(x)、Jy(y)中分別存放動點(diǎn)P(X,Y)的初值Xo,Yo；；

X和Y積分累加寄存器每溢出一個脈沖，X軸和Y軸就分別沿-X方向和+Y方向進(jìn)給一步；每進(jìn)給一步，被積函數(shù)寄存器中的坐標(biāo)值就被修正一次，即JRx

每溢出一個X脈沖，Jy(y)寄存器中的值就加“1”；反之，JRy每溢出一個Y脈沖，Jx(x)寄存器中的值就減“1”。（因動點(diǎn)作逆園運(yùn)動，X作負(fù)向進(jìn)給）。在插補(bǔ)過程中被積函數(shù)寄存器中存放的是動點(diǎn)P(X,Y)的瞬時坐標(biāo)值。DDA園弧插補(bǔ)器框圖第七十四頁，共九十三頁，2022年，8月28日

園弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判別可用隨時計(jì)算出的坐標(biāo)軸位置X=∑X，Y=∑Y與終點(diǎn)E(Xe,Ye)的坐標(biāo)值比較來實(shí)現(xiàn)。也可采用兩個終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器來分別累計(jì)兩坐標(biāo)軸進(jìn)給脈沖數(shù)，每走一步相應(yīng)坐標(biāo)軸終點(diǎn)計(jì)數(shù)器便減“1”，當(dāng)兩計(jì)數(shù)器均減盡為“0”時，即到達(dá)終點(diǎn)，發(fā)出插補(bǔ)完畢信號。第七十五頁，共九十三頁，2022年，8月28日5.3開放式數(shù)控系統(tǒng)一、開放式數(shù)控系統(tǒng)的基本特征定義：符合系統(tǒng)規(guī)范的應(yīng)用可以運(yùn)行在多個銷售商的不同平臺上，可以與其它的系統(tǒng)應(yīng)用互操作，并具有一致風(fēng)格的用戶界面。實(shí)質(zhì)：數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)，可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過改變、增加或裁減數(shù)控功能，形成系列化，并方便地將用戶的特殊要求和技術(shù)訣竅集成到數(shù)控系統(tǒng)中快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)。第七十六頁，共九十三頁，2022年，8月28日1、模塊化具有高度模塊化的特征，包括數(shù)控功能模塊化和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模塊化，前者是指用戶可以根據(jù)自己的要求選裝所需的數(shù)控功能后者是指系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)各種功能的算法是可分離、可替換的。統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模塊化是功能模塊化的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)配置、重組的基礎(chǔ)。2、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)控裝置具有一定程度的標(biāo)準(zhǔn)化，各公司根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)和自己的技術(shù)特長，開發(fā)控制器中的部件或功能模塊。第七十七頁，共九十三頁，2022年，8月28日3、移植性軟件的移植性是指軟件運(yùn)行和平臺無關(guān)，不依賴于特定的硬件平臺和操作系統(tǒng)平臺。這為功能軟件模塊的裁剪、替代和重組創(chuàng)造了條件。4、可再次開發(fā)性允許用戶進(jìn)行二次開發(fā)，所謂二次開發(fā)是指用戶可以根據(jù)數(shù)控裝置應(yīng)用場合的具體要求，自行定制其硬件資源、軟件功能和各種參數(shù)等。第七十八頁，共九十三頁，2022年，8月28日5、網(wǎng)絡(luò)化通過網(wǎng)絡(luò)向數(shù)控系統(tǒng)傳送加工程序、加工指令或進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的工作。隨著網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)實(shí)時性的提高，正在逐步滲入到各種集成控制系統(tǒng)中。未來的開放式數(shù)控裝置可能是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下的多微處理器并行計(jì)算的控制器。第七十九頁，共九十三頁，2022年，8月28日二、開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)美國的NGC計(jì)劃和SOSAS1987年提出了NGC(NextGenerationWorkstation/MachineController)計(jì)劃，企圖通過實(shí)現(xiàn)基于相互操作和分級式軟件模塊的“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”（SOSAS，SpecificationforanOpenSystemArchitecturestandard）,解決傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中存在的“專用、封閉”問題。第八十頁，共九十三頁，2022年，8月28日NGC計(jì)劃正在為基于開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的下一代機(jī)械制造控制器提供一個標(biāo)準(zhǔn)，這種體系結(jié)構(gòu)允許不同的設(shè)計(jì)人員開發(fā)可相互交換和互相操作的控制器部件。一個完全合格的NGC包括開發(fā)的可能性，多個裝置間的協(xié)調(diào)，裝置的全獨(dú)立編程，基于模型的處理，自適應(yīng)路徑策略，大范圍工作站及實(shí)時特性等。NGC計(jì)劃中提出的開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠使供應(yīng)商為實(shí)現(xiàn)專門應(yīng)用選擇最佳方案去定制控制系統(tǒng)。第八十一頁，共九十三頁，2022年，8月28日2.歐洲的OSACA計(jì)劃OSACA對開放式系統(tǒng)的定義為：應(yīng)包括一組邏輯上可分的部件，部件間的接口、部件與執(zhí)行平臺間的接口要定義完備，可實(shí)現(xiàn)不同開發(fā)商開發(fā)的部件協(xié)調(diào)工作并組成一個完整的控制器。該控制器可運(yùn)行于不同的平臺，并實(shí)現(xiàn)對用戶和其它自動系統(tǒng)一致的接口。第八十二頁，共九十三頁，2022年，8月28日OSACA體系結(jié)構(gòu)參考體系結(jié)構(gòu)：是指全面描述控制器組織結(jié)構(gòu)的模型，包括控制器功能模塊的劃分，控制器軟件功能模塊的劃分和模塊之間的接口定義。通信系統(tǒng)：支持各模塊之間的數(shù)據(jù)交換。配置系統(tǒng)：記錄控制系統(tǒng)組成，描述系統(tǒng)啟動所需要的信息和操作。第八十三頁，共九十三頁，2022年，8月28日3、日本的OSEC計(jì)劃OSE研究會是日本開放式研究機(jī)構(gòu)之一。OSE研究會對OSEC計(jì)劃（OSEforController）的研究分兩步走：一是開放控制器的意義和方向，二是達(dá)到能實(shí)際安裝的、完成度較高的體系結(jié)構(gòu)。第一步研究的主要問題：開放式NC的基本結(jié)構(gòu)；使用FA記述語言FADL(FactoryAutomationDescriptionLanguage)伺服控制的函數(shù)數(shù)據(jù)庫。第八十四頁，共九十三頁，2022年，8月