第4章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置和數(shù)控機(jī)床編程及加工

第三章

計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置?第一節(jié)概述一、CNC系統(tǒng)的組成

數(shù)控機(jī)床在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，自動(dòng)地按給定的程序進(jìn)行零件的加工。?數(shù)控系統(tǒng)由：程序、輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置可編程控制器主軸驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成?CNC系統(tǒng)組成框圖程序輸入設(shè)備CNC裝置PLC主軸控制單元主軸電機(jī)機(jī)床位置檢測(cè)器進(jìn)給電機(jī)速度控制單元I/O信號(hào)CNC系統(tǒng)的核心?二、CNC裝置的組成從外部特征來(lái)看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專(zhuān)用硬件）和軟件（專(zhuān)用）兩大部分組成的。?1、CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)設(shè)備層設(shè)備支持層接口人機(jī)控制運(yùn)動(dòng)控制PMC其他I/O其他設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示設(shè)備輸入/出設(shè)備機(jī)床機(jī)器人測(cè)量機(jī)...?計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)：CPU通信接口主軸控制輸入/輸出接口RAMEPROM或E2PROM紙帶閱讀機(jī)接口位置控制CRT或液晶顯示接口PLC接口MDI接口?2、CNC裝置的軟件框圖CNC裝置系統(tǒng)軟件管理軟件零件程序的輸入輸出程序顯示故障診斷譯碼刀具補(bǔ)償計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算速度控制位置控制控制軟件?3、CNC硬件軟件的作用和相互關(guān)系

硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂

CNC裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求，有條不紊地進(jìn)行加工。?CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺(tái)硬件操作系統(tǒng)管理軟件應(yīng)用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設(shè)備

機(jī)床機(jī)器人測(cè)量機(jī)

......?該平臺(tái)有以下兩方面的含義：提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；在平臺(tái)上可以根據(jù)用戶(hù)的要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。?三、CNC裝置的功能CNC裝置的功能是指滿(mǎn)足用戶(hù)操作和機(jī)床控制要求的方法和手段。

?CNC裝置的功能通常包括：基本功能——數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；選擇功能——用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能?CNC裝置的主要功能有：1、控制功能指ＣＮＣ裝置能夠控制的以及能夠同時(shí)控制聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)。

?控制軸有移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸、基本軸和附加軸。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多，CNC裝置的功能越強(qiáng)，加工的零件越復(fù)雜。?2、準(zhǔn)備功能（Ｇ）用來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。?

3、插補(bǔ)功能主要用于對(duì)零件輪廓加工的控制；一般有直線(xiàn)插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ),還可以有2次曲線(xiàn)和樣條曲線(xiàn)的插補(bǔ)等.?4、固定循環(huán)加工功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能---可以簡(jiǎn)化編程.?5、進(jìn)給功能（1）切削進(jìn)給速度

控制刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/min。（2）同步進(jìn)給速度

實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn)給速度的同步，單位為mm/r。（3）快速進(jìn)給速度:G00---可以通過(guò)面板來(lái)改變.（4）進(jìn)給倍率---可以通過(guò)面板來(lái)改變

人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度?6、主軸功能（1）指定主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為r/min。S****;（2）設(shè)置恒定線(xiàn)速度刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。

為了提高加工工件的表面質(zhì)量.（3）主軸準(zhǔn)停主軸周向定位于特定位置控制的功能。---換刀?7、輔助功能(M)主要用于指定主軸的正、反轉(zhuǎn)、停止、冷卻液的打開(kāi)或關(guān)閉，換刀等動(dòng)作。?8、刀具功能T用來(lái)選擇刀具并且指定有效刀具的幾何參數(shù)的地址。?9、補(bǔ)償功能刀具長(zhǎng)度及半徑補(bǔ)償；絲桿的螺距誤差和反向間隙誤差的補(bǔ)償；可以在加工前輸入到機(jī)床的存儲(chǔ)單元里,?10、字符圖形顯示功能用于顯示程序、零件圖形、人機(jī)對(duì)話(huà)編程菜單和故障信息等。?11、通信功能CNC與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能RS232C接口，可傳送零件加工程序，網(wǎng)卡：適應(yīng)FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集成的要求。?12、自診斷功能

CNC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位的功能。開(kāi)機(jī)自診斷；在線(xiàn)自診斷；離線(xiàn)自診斷；遠(yuǎn)程通訊診斷。?13、人機(jī)對(duì)話(huà)編程功能菜單結(jié)構(gòu)操作界面；零件加工程序的編輯環(huán)境；系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢(xún)或修改畫(huà)面等。?第二節(jié)CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)按其中含有CPU的多少來(lái)分:單微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)?單微處理器：整個(gè)CNC裝置只有一個(gè)CPU，它集中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)資源，通過(guò)分時(shí)處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種NC功能。?系統(tǒng)中只有一個(gè)CPU(稱(chēng)為主CPU)對(duì)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(qǐng)求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。即它是處于以從屬地位的，故稱(chēng)之為主從結(jié)構(gòu)。?多微處理器結(jié)構(gòu)：

CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的CPU，即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有CPU。?經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置一般采用單微處理器機(jī)構(gòu)高級(jí)型CNC裝置常采用多微處理器結(jié)構(gòu)?一、單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置I/O設(shè)備計(jì)算機(jī)主板顯示卡功能模板m功能模板1電子盤(pán)多功能卡位置控制板n位置控制板1PLC模塊主軸控制模板機(jī)床I/O控制面板速度控制單元1速度控制單元n功能驅(qū)動(dòng)1功能驅(qū)動(dòng)m…………系統(tǒng)總線(xiàn)（BUS）標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)CNC裝置CNC系統(tǒng)?CNC裝置是按模塊化設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造的模塊化設(shè)計(jì)方法：

將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干種具有獨(dú)立功能的單元模塊,并配上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)按功能的要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，即可組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)的方法。其中單元母板一般為總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的無(wú)源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號(hào)通路。?實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件是總線(xiàn)(BUS)標(biāo)準(zhǔn)化。采用模塊化結(jié)構(gòu)時(shí)，CNC系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作則可歸結(jié)為功能模塊的合理選用。?1、計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線(xiàn)(母板)計(jì)算機(jī)主板是CNC裝置的核心。包括：CPU及其外圍芯片；內(nèi)存單元、cache及其外圍芯片；通訊接口(串口，并口，鍵盤(pán)接口)。軟、硬驅(qū)動(dòng)器接口?計(jì)算機(jī)主板的主要作用：對(duì)輸入到CNC裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息(零件加工程序，各種I/O信息等)進(jìn)行相應(yīng)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。并根據(jù)其處理結(jié)果，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，使用戶(hù)的指令得以執(zhí)行。?系統(tǒng)總線(xiàn)(母板)：由一組傳送數(shù)字信息的物理導(dǎo)線(xiàn)組成，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)或信息交換的通道。?

工業(yè)用PC機(jī)的總線(xiàn)母板是獨(dú)立的無(wú)源四層板（走線(xiàn)面、元件面、電源層和地線(xiàn)層），它的可靠性高于兩層板。其規(guī)格有6槽、8槽、12槽、14槽等。?2、顯示模塊(顯示卡)顯示卡的主要作用是接收來(lái)自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃描信號(hào)調(diào)制后，產(chǎn)生CRT顯示器所需要的視頻信號(hào)，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫(huà)面。?在CNC裝置中，CRT顯示是一個(gè)非常重要的功能，它是人機(jī)交流的重要媒介，它給用戶(hù)提供了一個(gè)直觀的操作環(huán)境，可使用戶(hù)能快速地熟悉適應(yīng)其操作過(guò)程。?顯示卡是一個(gè)通用性很強(qiáng)的模塊。它不僅隨時(shí)可以在市場(chǎng)上買(mǎi)到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無(wú)需用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)。?3、輸入/出模塊(多功能卡)它是CNC裝置與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板，即CNC裝置通過(guò)該接口可以從輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，也可以將CNC裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。?該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)模塊，一般不需要用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)。如果計(jì)算機(jī)主板選用的是ALL-IN-ONE主板，則此板可省略。?1）I/O信號(hào)的分類(lèi)及接口電路的任務(wù)?2）接口電路的主要任務(wù)①進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大；②防止噪音引起誤動(dòng)作。---抗干擾

光電耦合器或繼電器將CNC與機(jī)床信號(hào)在電器上加以隔離。③數(shù)字量與其它量之間的轉(zhuǎn)換---A/D,D/A?以上三部分，再配上鍵盤(pán)、電源、機(jī)箱，實(shí)際上是一部通用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是CNC裝置的核心，從某種意義上講，CNC裝置的檔次和性能是由它決定的。因此，CNC裝置中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的合理選用是至關(guān)重要的。?4、存儲(chǔ)模塊在CNC裝置中它用來(lái)存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)：系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)；系統(tǒng)的配置參數(shù)(系統(tǒng)所能控制的進(jìn)給軸數(shù)，軸的定義，系統(tǒng)增益等)用戶(hù)的零件加工程序?計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所用存儲(chǔ)器件有三類(lèi)：磁存儲(chǔ)器件，如：軟/硬磁盤(pán)（讀/寫(xiě)）。光存儲(chǔ)器件，如：光盤(pán)（只讀）。電子（半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器件，如RAM、ROM、FLASH等。前兩類(lèi)一般用作外存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是容量大，價(jià)格低?在CNC裝置中，常采用電子存儲(chǔ)器件作為外存儲(chǔ)器，主要是考慮到CNC裝置的工作環(huán)境有可能受到電磁干擾，磁性器件的可靠性低，而電子存儲(chǔ)器件的抗電磁干擾能力相對(duì)來(lái)講要強(qiáng)一些。?電子存儲(chǔ)器件按其讀寫(xiě)性能來(lái)分：只讀存儲(chǔ)元件（ROM、PROM、EPROM）易失性隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)元件（RAM）。非易失性讀寫(xiě)存儲(chǔ)元件。這類(lèi)器件有E2PROM；FLASH；帶后備電池的RAM。?5、PLC(ProgrammableLogicController)模塊PLC模塊：CNC裝置實(shí)現(xiàn)順序控制的模塊。PLC模塊的作用：接收來(lái)自操作面板、機(jī)床上的各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫(kù)控制的有關(guān)信號(hào)，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行。?CNC裝置與被控設(shè)備交換的信息有三類(lèi)：開(kāi)關(guān)信號(hào)模擬信號(hào)脈沖信號(hào)?上述信號(hào)由于其類(lèi)型、電平、功率以及抗干擾的原因，一般不能直接與CNC裝置相聯(lián)，需要一個(gè)接口對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行變換處理。?PMC模塊實(shí)現(xiàn)方式有以幾種：簡(jiǎn)單I/O接口板系統(tǒng)總線(xiàn)數(shù)字接口光電隔離器件A/DD/A轉(zhuǎn)換調(diào)理電路功率放大傳感元件功率放大光電隔離器件計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖濾波、倍頻整形開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換脈沖量轉(zhuǎn)換模擬量轉(zhuǎn)換?PLC（ProgrammableLogicController）控制：它是目前CNC系統(tǒng)用得最廣泛的方式。電源模塊通信功能人機(jī)接口編程調(diào)試和試驗(yàn)功能至傳感器和執(zhí)行器的接口功能應(yīng)用程序的執(zhí)行操作系統(tǒng)功能應(yīng)用程序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信號(hào)處理功能操作者應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員機(jī)器/過(guò)程PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)外部供電外部設(shè)備?CNC機(jī)床用的PLC一般分為兩類(lèi)：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）?6、位置控制模塊位置控制模塊是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)軌跡控制時(shí)，CNC裝置與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接的接口模塊。?常用的位置控制模塊有：開(kāi)環(huán)位置控制模塊：CNC裝置與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的接口；閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊：CNC裝置與直流、交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置的接口。?7、功能接口模塊實(shí)現(xiàn)用戶(hù)特定功能要求的接口板，實(shí)例：仿形控制器接口；激光加工焦點(diǎn)自動(dòng)跟蹤器接口；刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號(hào)采集器接口板。?8、單微處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）集中控制分時(shí)處理；（2）CPU通過(guò)總線(xiàn)與存儲(chǔ)器、I/O相連，構(gòu)成CNC裝置；（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。?二、多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置多主CPU結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的CPU部件，部件之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，通過(guò)總線(xiàn)仲裁器(由硬件和軟件組成)來(lái)解決總線(xiàn)爭(zhēng)用問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行信息交換。?特點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。容錯(cuò)能力強(qiáng)，在某模塊出了故障后，通過(guò)系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作?1、多處理機(jī)CNC裝置的基本功能模塊CNC管理模塊CNC插補(bǔ)模塊位置控制模塊PLC模塊操作與控制數(shù)據(jù)輸入/輸出和顯示模塊存儲(chǔ)器模塊

?

（1）CNC管理模塊系統(tǒng)初始化、中斷管理、總線(xiàn)裁決、系統(tǒng)出錯(cuò)識(shí)別和處理、系統(tǒng)軟、硬件診斷等。?（2）CNC插補(bǔ)模塊譯碼、刀具半徑補(bǔ)償、坐標(biāo)位移量計(jì)算和進(jìn)給速度處理等預(yù)處理，插補(bǔ)運(yùn)算。?（3）位置控制模塊自動(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?shù)取?（4）PLC模塊（5）MDI/CRT、I/O模塊；（6）存儲(chǔ)器模塊。?2、多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)共享總線(xiàn)型共享存儲(chǔ)器型?（1）總線(xiàn)共享型結(jié)構(gòu)多微處理器共享總線(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖

?FANUC15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)FANUCBUS操作面板圖形顯示模塊(CPU)通訊模塊(CPU)自動(dòng)編程模塊(CPU)主存儲(chǔ)器模塊插補(bǔ)模塊(CPU)PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊CRT/MDII/O單元伺服驅(qū)動(dòng)單元主軸單元?結(jié)構(gòu)特征：功能模塊分為帶有CPU或DMA的主模塊和從模塊(RAM/ROM，I/O模塊)以系統(tǒng)總線(xiàn)為中心，所有的主、從模塊都插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線(xiàn)上采用總線(xiàn)仲裁機(jī)構(gòu)(電路)來(lái)裁定多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題?支持多微處理器系統(tǒng)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)都設(shè)計(jì)有總線(xiàn)仲裁機(jī)構(gòu)，常用的方式有：?串行總線(xiàn)仲裁連接方法?串行總線(xiàn)仲裁方式中，優(yōu)先權(quán)的排列是按連接位置決定的。某個(gè)主模塊只有在前面優(yōu)先權(quán)更高的主模塊不占用總線(xiàn)時(shí)，才可使用總線(xiàn)。同時(shí)通知它后面優(yōu)先權(quán)較低的主模塊不得使用總線(xiàn)。?并行總線(xiàn)仲裁框圖?并行總線(xiàn)仲裁方式中，通常采用優(yōu)先權(quán)編碼方案。這種結(jié)構(gòu)的模塊之間的通信，主要依靠存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。大部分系統(tǒng)采用公共存儲(chǔ)器方式。?共享總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對(duì)較低、可靠性高?共享總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)總線(xiàn)是系統(tǒng)的“瓶頸”，一旦系統(tǒng)總線(xiàn)出現(xiàn)故障，將使整個(gè)系統(tǒng)受到影響；由于使用總線(xiàn)要經(jīng)仲裁，使信息傳輸率降低?第三節(jié)CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)CNC裝置的軟件是為了完成CNC數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)功能而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和編制的，是一種專(zhuān)用軟件，其結(jié)構(gòu)取決于軟件的分工，也取決于軟件本身的工作特點(diǎn)。?一、軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系關(guān)系：

從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件來(lái)完成。從實(shí)現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)的。?特點(diǎn)：硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難；軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對(duì)較慢。?軟件、硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配：?功能界面劃分的準(zhǔn)則系統(tǒng)的性能價(jià)格比?二、

CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)最突出特點(diǎn)：多任務(wù)并行處理多重實(shí)時(shí)中斷?1、多任務(wù)并行處理（1）CNC裝置的多任務(wù)性任務(wù)定義：可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過(guò)程。?CNC的功能則可定義為CNC的任務(wù)：?CNC系統(tǒng)的任務(wù)要求并行處理：為了保證控制的連續(xù)性和各任務(wù)執(zhí)行的時(shí)序配合要求，CNC系統(tǒng)的任務(wù)必須采用并行處理，而不能逐一處理。?（2）并行處理

并行處理是計(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)相同或不同的工作，運(yùn)用并行處理技術(shù)可提高運(yùn)算速度。

?采用并行處理技術(shù)的目的：合理使用和調(diào)配CNC系統(tǒng)的資源提高CNC系統(tǒng)的處理速度。?并行處理的方法有：資源共享資源重復(fù)時(shí)間重疊?

資源共享是根據(jù)“分時(shí)共享”的原則，使多個(gè)用戶(hù)按時(shí)間順序使用同一套設(shè)備；

時(shí)間重疊使根據(jù)流水線(xiàn)處理技術(shù)，使多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，輪流使用同一套設(shè)備的幾個(gè)部分；

資源重復(fù)是通過(guò)增加資源（如多CPU）提高運(yùn)算速度。?CNC裝置的硬件設(shè)計(jì)普遍采用資源重復(fù)的并行處理方法；CNC裝置的軟件設(shè)計(jì)常采用資源分時(shí)共享和資源重疊的流水線(xiàn)處理技術(shù)?1）資源分時(shí)共享并行處理在單CPU裝置中，主要采用CPU分時(shí)共享的原則來(lái)解決多任務(wù)的同時(shí)運(yùn)行。資源分時(shí)共享——在規(guī)定的時(shí)間長(zhǎng)度（時(shí)間片）內(nèi)，根據(jù)各任務(wù)實(shí)時(shí)性的要求，規(guī)定它們占用CPU的時(shí)間，使它們分時(shí)共享系統(tǒng)的資源。?“資源分時(shí)共享”的技術(shù)關(guān)鍵：其一：各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)分配問(wèn)題其二：各任務(wù)占用CPU的時(shí)間長(zhǎng)度，即時(shí)間片的分配問(wèn)題?資源（CPU）分時(shí)共享圖…譯碼刀補(bǔ)I/O顯示初始化位置控制插補(bǔ)運(yùn)算背景程序4ms8ms16ms中斷級(jí)別高中斷級(jí)別低?各任務(wù)占用CPU

時(shí)間示意圖?資源分時(shí)共享技術(shù)的特征在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)占用CPU；在一個(gè)時(shí)間片（如8ms或16ms）內(nèi)，CPU并行地執(zhí)行了兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)。

?因此，資源分時(shí)共享的并行處理只具有宏觀上的意義，即從微觀上來(lái)看，各個(gè)任務(wù)還是逐一執(zhí)行的。?2、實(shí)時(shí)中斷處理

CNC系統(tǒng)的中斷管理主要由硬件完成，而系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)則取決于系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)。?硬件主要提供支持中斷功能的芯片和電路，如中斷管理芯片（8259或功能相同的芯片），定時(shí)器計(jì)數(shù)器（8253、8254等）等。軟件主要完成對(duì)硬件芯片的初始化、任務(wù)優(yōu)先級(jí)的定義、任務(wù)切換（斷點(diǎn)的保護(hù)于恢復(fù)、中斷向量的保存與恢復(fù)等）等。?（1）CNC系統(tǒng)的中斷類(lèi)型1）外部中斷；2）內(nèi)部定時(shí)中斷；3）硬件故障中斷；4）程序性中斷。?（2）CNC系統(tǒng)中斷結(jié)構(gòu)模式前后臺(tái)型中斷模式中斷型結(jié)構(gòu)模式?1）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(gè)系統(tǒng)軟件的各個(gè)任務(wù)模塊分別安排在不同級(jí)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(duì)各級(jí)中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷管理系統(tǒng)。?中斷型結(jié)構(gòu)中斷優(yōu)先級(jí)別劃分優(yōu)先級(jí)主要功能中斷源0初始化開(kāi)機(jī)后進(jìn)入1CRT顯示、ROM校驗(yàn)硬件、主程序2工作方式選擇、插補(bǔ)準(zhǔn)備16ms軟件定時(shí)3PLC控制16ms軟件定時(shí)4參數(shù)、變量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制硬件5插補(bǔ)運(yùn)算8ms軟件定時(shí)6監(jiān)控和急停信號(hào)8ms軟件定時(shí)7RS-232C輸入中斷硬件隨機(jī)8紙帶閱讀機(jī)硬件隨機(jī)9報(bào)警串行傳送報(bào)警10非屏蔽中斷非屏蔽中斷產(chǎn)生?中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)(了解)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(shí)性好。由于中斷級(jí)別較多（最多可達(dá)8級(jí)），強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)可安排在優(yōu)先級(jí)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(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。?2）前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式整個(gè)系統(tǒng)軟件分為兩大部分：前臺(tái)程序后臺(tái)程序。?前臺(tái)程序：是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷程序，完成幾乎全部的實(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)、位控、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。如：輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等插補(bǔ)前的準(zhǔn)備工作和管理程序。?前后臺(tái)程序運(yùn)行關(guān)系圖前臺(tái)程序故障處理位置控制插補(bǔ)運(yùn)算……后臺(tái)程序譯碼刀補(bǔ)處理速度預(yù)處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行?前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)任務(wù)調(diào)度機(jī)制:優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)度。前臺(tái)程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。信息交換:緩沖區(qū)。前臺(tái)和后臺(tái)程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。實(shí)時(shí)性差。在前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)無(wú)優(yōu)先級(jí)等級(jí)、也無(wú)搶占機(jī)制。?第四節(jié)CNC裝置的數(shù)據(jù)預(yù)處理CNC裝置系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)：如何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(dòng)作指令，控制加工設(shè)備的軌跡運(yùn)動(dòng)和邏輯動(dòng)作，加工出符合要求的零件。?數(shù)控加工及信息處理過(guò)程零件程序控制面板零件緩沖器(BS)譯碼(DS)數(shù)據(jù)處理(CS)傳送AS工作寄存器(AR)插補(bǔ)伺服控制機(jī)床坐標(biāo)軸命令信號(hào)反饋信號(hào)調(diào)度機(jī)床邏輯控制顯示控制信號(hào)回答信號(hào)機(jī)床強(qiáng)電部分執(zhí)行電器限位開(kāi)關(guān)?數(shù)據(jù)預(yù)包括處理：零件程序的輸入譯碼刀具（半徑、長(zhǎng)度）補(bǔ)償坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等輸入譯碼刀補(bǔ)速度處理插補(bǔ)位控?CNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖加工程序譯碼譯碼緩沖區(qū)刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)緩沖區(qū)速度預(yù)處理插補(bǔ)緩沖區(qū)插補(bǔ)處理運(yùn)行緩沖區(qū)伺服驅(qū)動(dòng)位控處理位置反饋PLC控制?一、零件程序的輸入1）紙帶輸入方式2）鍵盤(pán)輸入方式3）MDI輸入方式?二、譯碼將用文本格式（通常用ASCII碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成后續(xù)程序（本例是指刀補(bǔ)處理程序）所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例：StructPROGBUFFER{charbufstate；//緩沖區(qū)狀態(tài)，0空；1準(zhǔn)備好。intblocknum；//以BCD碼的形式存放本程序段號(hào)。doubleCOOR[20]；//存放尺寸指令的數(shù)值（μm）。intF,S；//F（mm/min）S（r/min）。charG0；//以標(biāo)志形式存放G指令。charG1；charM0；//以標(biāo)志形式存放M指令。charM1；charT；//存放本段換刀的刀具號(hào)。charD；//存放刀具補(bǔ)償?shù)牡毒甙霃街?。}；?以標(biāo)志形式存放G指令示例D7D6D5D4D3D2D1D0G000：無(wú)該指令；1：有該指令G010：無(wú)該指令；1：有該指令G020：無(wú)該指令；1：有該指令G030：無(wú)該指令；1：有該指令G90/G910：G90；1：G91｝G060：無(wú)該指令；1：有該指令00：G40；11：G4001：G41；10；G42?在系統(tǒng)軟件中各程序間的數(shù)據(jù)交換方式一般都是通過(guò)緩沖區(qū)進(jìn)行的。該緩沖區(qū)由若干個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)前程序段被解釋完后便將該段的數(shù)據(jù)信息送入緩沖區(qū)組中空閑的一個(gè)。后續(xù)程序（如刀補(bǔ)程序）從該緩沖區(qū)組中獲取程序信息進(jìn)行工作。?

N06G90G41D11G01X200Y300F200；StructPROGBUFFER{

charbufstate；0：(開(kāi)始)；1（；）⑨

intblocknum；06（N06）①

doubleCOOR[20]；COOR[1]=202300；（X200）⑥COOR[2]=300000；（Y300）⑦intF,S；F=200；（F200）⑧charG0；D5=0；（G90）②D6,D7=0,1（G41）③

D1=1；（G01）⑤

……charD；D=11（D11）④

}；?三、刀具補(bǔ)償原理（1）刀具補(bǔ)償?shù)幕驹沓叹庈壽E(零件輪廓)bacdeRrBCDEHG刀具中心軌跡A?刀具半徑補(bǔ)償：CNC裝置能夠根據(jù)零件輪廓信息和刀具半徑自動(dòng)計(jì)算中心軌跡，使其自動(dòng)偏移零件輪廓一個(gè)刀具半徑值的計(jì)算稱(chēng)為刀具半徑補(bǔ)償。?刀具半徑補(bǔ)償指令有：G40------取消刀補(bǔ)G41------左刀補(bǔ)G42------右刀補(bǔ)補(bǔ)償指令為模態(tài)指令左右?刀補(bǔ)處理的主要工作：根據(jù)G90/G91計(jì)算零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值。根據(jù)R和G41/42，計(jì)算本段刀具中心軌跡的終點(diǎn)（P’e/P〃e）坐標(biāo)值。根據(jù)本段與前段連接關(guān)系，進(jìn)行段間連接處理。Pe（200，300）XRP0（72，48）Pe”P(pán)e’G41G42Y?刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過(guò)程分三步：1、刀補(bǔ)建立（G41，G42）起刀點(diǎn)rG41起刀點(diǎn)rG42?

2、刀補(bǔ)進(jìn)行（模態(tài)指令）刀具中心軌跡始終比編程軌跡伸長(zhǎng)或縮短一個(gè)刀具半徑值的距離。在軌跡轉(zhuǎn)接處，采用圓弧過(guò)渡或直線(xiàn)過(guò)渡ABCA’B’

B’’C’?3、刀補(bǔ)撤消（G40）rG41G01G40G00?（2）刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算B功能刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算(不能自動(dòng)處理尖角過(guò)渡問(wèn)題)C功能刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算?C功能刀具半徑補(bǔ)償原理B功能刀具半徑補(bǔ)償不能自動(dòng)處理尖角過(guò)渡問(wèn)題ABCA’B’

B’’C’?1）C刀補(bǔ)原理根據(jù)程編軌跡，直接計(jì)算出刀具中心軌跡交點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后再對(duì)編程軌跡作伸長(zhǎng)或縮短的修正。采用直線(xiàn)過(guò)渡的方法。

A’B’’’C’C刀補(bǔ)的交點(diǎn)刀補(bǔ)軌跡ABC零件程編軌跡?2）工作流程緩沖寄存區(qū)BS刀具補(bǔ)償緩沖區(qū)CS工作寄存區(qū)AS輸出寄存區(qū)OS第一段程序內(nèi)容第一段程序內(nèi)容第二段程序內(nèi)容判斷修改修改后第一段程序內(nèi)容第二段程序內(nèi)容第三段程序內(nèi)容?3）程編軌跡轉(zhuǎn)接類(lèi)型根據(jù)程序段軌跡矢量的夾角（銳角或鈍角）和刀補(bǔ)（G41或G42）的不同，可分為以下三種過(guò)渡類(lèi)型：伸長(zhǎng)型、縮短型、插入型四種轉(zhuǎn)接方式直線(xiàn)與直線(xiàn)轉(zhuǎn)接直線(xiàn)與圓弧轉(zhuǎn)接圓弧與直線(xiàn)轉(zhuǎn)接圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接?直線(xiàn)與直線(xiàn)轉(zhuǎn)接分類(lèi)刀具補(bǔ)償方向sincos象限轉(zhuǎn)接類(lèi)型G41≥0≥0I縮短型≥0<0II<0<0III插入（I）<0≥0IV伸長(zhǎng)G42≥0≥0I伸長(zhǎng)≥0<0II插入（II)<0<0III縮短型<0≥0IV?G41直線(xiàn)與直線(xiàn)轉(zhuǎn)接情況C刀具中心軌跡編程軌跡縮短型α跡跡?縮短型?伸長(zhǎng)型?插入型?圓弧與圓弧轉(zhuǎn)接方式縮短型α?縮短型?伸長(zhǎng)型?插入型?4）轉(zhuǎn)接點(diǎn)的計(jì)算入口計(jì)算sina,cosaG42sina變反sina≥0縮短型計(jì)算cosa≥0G42插入I型計(jì)算插入II型計(jì)算伸長(zhǎng)型計(jì)算YYYNNN出口?四、速度計(jì)算即對(duì)數(shù)控程序中的F代碼的合成速度進(jìn)行分解成各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)方向的分速度，對(duì)機(jī)床允許的最低速度和最高速度的限制作處理，對(duì)軟件的自加減速進(jìn)行處理。為插補(bǔ)提供必須的速度信息。根據(jù)插補(bǔ)的不同可分為脈沖增量插補(bǔ)法和數(shù)字采樣插補(bǔ)法兩類(lèi)。?速度處理程序主要完成以下幾步計(jì)算：計(jì)算本段總位移量：直線(xiàn)：合成位移量L；園?。嚎偨俏灰屏喀?。該數(shù)供插補(bǔ)程序判斷減速起點(diǎn)和終點(diǎn)之用。?計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量：ΔL=F*Δt/60（μm）

式中：F--進(jìn)給速度值（mm/min）；

△t--數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期（ms）?五、插補(bǔ)計(jì)算主要功能：根據(jù)操作面板上“進(jìn)給修調(diào)”開(kāi)關(guān)的設(shè)定值，計(jì)算本次插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量：△L1=△L*修調(diào)值將△L1按插補(bǔ)的線(xiàn)形（直線(xiàn)，園弧等）和本插補(bǔ)點(diǎn)所在的位置分解到各個(gè)進(jìn)給軸，作為各軸的位置控制指令（△X1、△Y1）。?經(jīng)插補(bǔ)計(jì)算后的數(shù)據(jù)存放在運(yùn)行緩沖區(qū)中，以供位置控制程序之用。本程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期△t定時(shí)運(yùn)行。?六、位置控制處理f（）+++-++插補(bǔ)輸出△X1△Y1指令位置X1新Y1新跟隨誤差△X3△Y3實(shí)際位置X2新Y2新反饋位置增量△X2、△Y2X1舊Y1舊X2舊Y2舊速度指令VX、VY位置控制轉(zhuǎn)換流程?位置控制完成以下幾步計(jì)算：計(jì)算新的位置指令坐標(biāo)值：X1新=X1舊+△X1；Y1新=Y1舊+△Y1；計(jì)算新的位置實(shí)際坐標(biāo)值：X2新=X2舊+△X2；Y2新=Y2舊+△Y2計(jì)算跟隨誤差(指令位置值—實(shí)際位置值)：△X3=X1新-X2新；△Y3=Y1新-Y2新；計(jì)算速度指令值：VX=f（△X3）；VY=f（△Y3）?七、

實(shí)時(shí)加工前的其它預(yù)計(jì)算（1）坐標(biāo)系的設(shè)定O(機(jī)床原點(diǎn)）OP(工件原點(diǎn)）Z(Zp)XP400150機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系?設(shè)置工作原點(diǎn)OOP機(jī)工當(dāng)床件前零零位點(diǎn)點(diǎn)置設(shè)置零點(diǎn)的命令位置值設(shè)零后的命令位置值零偏值程偏值前?撤消工作原點(diǎn)G92/G99G99零偏值=現(xiàn)行位置-程偏值命令位置=現(xiàn)行位置+零偏值程偏值→命令值清除零點(diǎn)偏置寄存器G92?（2）程編方式的轉(zhuǎn)換G90/G91G91G90當(dāng)前段終點(diǎn)=程編值當(dāng)前位移=程編值-當(dāng)前段起點(diǎn)當(dāng)前段終點(diǎn)=程編值+當(dāng)前段起點(diǎn)當(dāng)前位移=程編值?數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過(guò)程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語(yǔ)言記錄在程序單上的全過(guò)程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對(duì)程序經(jīng)過(guò)處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過(guò)程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫(xiě)零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對(duì)程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫(xiě)程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車(chē)床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件