研究生數(shù)控3課件

第三章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC)內(nèi)容提要本章將詳細(xì)討論CNC裝置的軟件硬件結(jié)構(gòu)；CNC裝置基本功能的原理及實(shí)現(xiàn)方法。第三章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置2024/5/121現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)在第一章我們就知道了數(shù)控裝置是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的核心，并對其在系統(tǒng)中的主要作用也有了一個(gè)概括性的了解，由于它在整個(gè)系統(tǒng)中的重要性，故在本章我們將對其進(jìn)行較詳細(xì)的討論。第一節(jié)概述第三章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置2024/5/122現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)從自動(dòng)控制的角度來看，CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件(各運(yùn)動(dòng)軸)的位移量為控制對象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。.CNC裝置的組成第一節(jié)概述2024/5/123現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

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。圖3-1CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu).CNC裝置的組成第一節(jié)概述2024/5/124現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

CNC系統(tǒng)軟件的功能結(jié)構(gòu)從本質(zhì)特征來看，CNC系統(tǒng)軟件是具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征來看，該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示。.CNC裝置的組成第一節(jié)概述2024/5/125現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)操作系統(tǒng)管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機(jī)交互交互位置控制輸入輸出管理插補(bǔ)運(yùn)算故障診斷處理速度處理機(jī)床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補(bǔ)償.......CNC裝置的組成第一節(jié)概述2024/5/126現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).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)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺，如圖3-3所示。.CNC裝置的組成第一節(jié)概述2024/5/127現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

圖3-3CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(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)器人測量機(jī)

.......CNC裝置的組成第一節(jié)概述2024/5/128現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)該平臺有以下兩方面的含義：提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開發(fā)。.CNC裝置的組成第一節(jié)概述2024/5/129現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

具有靈活性和通用性CNC裝置的功能大多由軟件實(shí)現(xiàn)，且軟硬件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、擴(kuò)充變得較為靈活。CNC裝置其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)控機(jī)床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊，以實(shí)現(xiàn)特定的控制功能。二.CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)第一節(jié)概述2024/5/1210現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)數(shù)控功能豐富插補(bǔ)功能：二次曲線、樣條、空間曲面插補(bǔ)補(bǔ)償功能：運(yùn)動(dòng)精度補(bǔ)償、隨機(jī)誤差補(bǔ)償、非線性誤差補(bǔ)償?shù)热藱C(jī)對話功能：加工的動(dòng)、靜態(tài)跟蹤顯示，高級人機(jī)對話窗口編程功能：G代碼、籃圖編程、部分自動(dòng)編程功能。二.CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)第一節(jié)概述2024/5/1211現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)可靠性高CNC裝置采用集成度高的電子元件、芯片、采用VLSI本身就是可靠性的保證。許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。豐富的故障診斷及保護(hù)功能(大多由軟件實(shí)現(xiàn))，從而可使系統(tǒng)的故障發(fā)生的頻率和發(fā)生故障后的修復(fù)時(shí)間降低。二.CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)第一節(jié)概述2024/5/1212現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

使用維護(hù)方便操作使用方便：用戶只需根據(jù)菜單的提示，便可進(jìn)行正確操作。編程方便：具有多種編程的功能、程序自動(dòng)校驗(yàn)和模擬仿真功能。維護(hù)維修方便：部分日常維護(hù)工作自動(dòng)進(jìn)行(潤滑，關(guān)鍵部件的定期檢查等)，數(shù)控機(jī)床的自診斷功能，可迅速實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位。二.CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)第一節(jié)概述2024/5/1213現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積小（采用計(jì)算機(jī)，硬件數(shù)量減少；電子元件的集成度越來越高，硬件的不斷減小），使其與機(jī)床在物理上結(jié)合在一起成為可能，減少占地面積，方便操作。二.CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)第一節(jié)概述2024/5/1214現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機(jī)床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能?；竟δ堋獢?shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；選擇功能——用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1215現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

控制功能——CNC能控制和能聯(lián)動(dòng)控制的進(jìn)給軸數(shù)。

CNC的進(jìn)給軸分類：

移動(dòng)軸（X、Y、Z）和回轉(zhuǎn)軸（A、B、C）；

基本軸和附加軸（U、V、W）。

聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1216現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)準(zhǔn)備功能（G功能）

——

指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1217現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能——

插補(bǔ)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件輪廓(平

面或空間)加工軌跡運(yùn)算的功能。——

固定循環(huán)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CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1218現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)進(jìn)給功能——進(jìn)給速度的控制功能。進(jìn)給速度——控制刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/min。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。進(jìn)給倍率（進(jìn)給修調(diào)率）——人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1219現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)主軸功能——數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。主軸轉(zhuǎn)速——主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為r/min。恒線速度控制——刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1220現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)主軸定向控制——主軸周向定位于特定位置控制的功能。C軸控制——主軸周向任意位置控制的功能。主軸修調(diào)率——人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1221現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

輔助功能（M功能）

——用于指令機(jī)床輔助操作的功能。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1222現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)刀具管理功能——實(shí)現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補(bǔ)償功能使用；刀具壽命是指時(shí)間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r(shí)，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；CNC系統(tǒng)都具有刀具號（T）管理功能，用于標(biāo)識刀庫中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1223現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)補(bǔ)償功能刀具半徑和長度補(bǔ)償功能：實(shí)現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。傳動(dòng)鏈誤差：包括螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償功能。非線性誤差補(bǔ)償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AI、專家系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行建模，利用模型實(shí)施在線補(bǔ)償。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1224現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)人機(jī)對話功能在CNC裝置中這類功能有：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、查詢或修改畫面等。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1225現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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。開機(jī)自診斷；在線自診斷*；離線自診斷；遠(yuǎn)程通訊診斷*。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1226現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)通訊功能——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，DNC接口，可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)控，MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)模塊，網(wǎng)卡：適應(yīng)FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集成的要求。CNC裝置的功能第一節(jié)概述2024/5/1227現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)一、概述CNC裝置從它的硬件組成結(jié)構(gòu)來看，若按其中含有CPU的多少來分，可分為下面幾類:第三章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置2024/5/1228現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)單機(jī)系統(tǒng):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，通過分時(shí)處理的方式來實(shí)現(xiàn)各種NC功能。主從結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中只有一個(gè)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)。即它是處于以從屬地位的，故稱之為主從結(jié)構(gòu)。一、概述第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1229現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)多機(jī)系統(tǒng):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，根據(jù)部件間的相互關(guān)系又可將其分為：多主結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶CPU的模塊部件對系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)。模塊之間采用緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，通過仲裁器來解決總線爭用問題，通過共公存儲(chǔ)器進(jìn)行交換信息。分布式結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)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，模塊間采用松耦合，且采用通訊方式交換信息。一、概述第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1230現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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結(jié)構(gòu)的無源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號通路。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1231現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件是總線(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。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1232現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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（BUS）標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)CNC裝置CNC系統(tǒng)CNC系統(tǒng)硬件框圖

二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1233現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線(母板)

計(jì)算機(jī)主板是CNC裝置的核心。功能結(jié)構(gòu)：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，鍵盤接口)。軟、硬驅(qū)動(dòng)器接口二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1234現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)計(jì)算機(jī)主板的主要作用：對輸入到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)，使用戶的指令得以執(zhí)行。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1235現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)系統(tǒng)總線(母板)：由一組傳送數(shù)字信息的物理導(dǎo)線組成，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：數(shù)據(jù)總線地址總線：控制總線：工業(yè)用PC機(jī)的總線母板是獨(dú)立的無源四層板（走線面、元件面、電源層和地線層），它的可靠性高于兩層板。其規(guī)格有6槽、8槽、12槽、14槽等。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1236現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

顯示模塊(顯示卡)顯示卡的主要作用：接收來自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃描信號調(diào)制后，產(chǎn)生CRT顯示器所需要的視頻信號，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1237現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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，它給用戶提供了一個(gè)直觀的操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉適應(yīng)其操作過程。顯示卡是一個(gè)通用性很強(qiáng)的模塊。它不僅隨時(shí)可以在市場上買到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無需用戶自己開發(fā)。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1238現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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，一般不需要用戶自己開發(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。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1239現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

以上三部分，再配上鍵盤、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。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1240現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

電子盤(存儲(chǔ)模塊)電子盤是CNC裝置特有的存儲(chǔ)模塊。在CNC裝置中它用來存放下列數(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)；用戶的零件加工程序。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1241現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所用存儲(chǔ)器件有三類：磁存儲(chǔ)器件，如：軟/硬磁盤（讀/寫）。光存儲(chǔ)器件，如：光盤（只讀）。電子（半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器件，如RAM、ROM、FLASH等。前兩類一般用作外存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是容量大，價(jià)格低。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1242現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)電子存儲(chǔ)器件一般用作內(nèi)存儲(chǔ)器，其價(jià)格高于前兩類。若按其讀寫性能來看，它又可分為三類只讀存儲(chǔ)元件（ROM、PROM、EPROM）易失性隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)元件（RAM）。非易失性讀寫存儲(chǔ)元件。這類器件有：

E2PROM；FLASH；帶后備電池的RAM。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1243現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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來講要強(qiáng)一些。因電子器件組成的存儲(chǔ)單元是按磁盤的管理方式進(jìn)行的，故稱其為電子盤。電子盤的規(guī)格有：1.44MB、2.88MB、6MB、12MB等。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1244現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

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。CNC裝置與被控設(shè)備交換的信息有三類：開關(guān)信號、模擬信號、脈沖信號。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1245現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)上述信號由于其類型、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)接口對這些信號進(jìn)行變換處理。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1246現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

PLC模塊變換處理其目的：滿足CNC系統(tǒng)的輸入輸出要求。信號轉(zhuǎn)換主要包括以下幾個(gè)方面：電平轉(zhuǎn)換；A/D、D/A轉(zhuǎn)換；數(shù)字量與脈沖量相互轉(zhuǎn)換；功率匹配；阻斷外部的干擾信號進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在電氣上將CNC裝置與外部信號進(jìn)行隔離，以提高CNC裝置運(yùn)行的可靠性。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1247現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)PMC模塊實(shí)現(xiàn)方式有以幾種：簡單I/O接口板：系統(tǒng)總線數(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PMC模塊硬件邏輯框圖開關(guān)量轉(zhuǎn)換脈沖量轉(zhuǎn)換模擬量轉(zhuǎn)換第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1248現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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)信號處理功能操作者應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員機(jī)器/過程PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)外部供電外部設(shè)備第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1249現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)CNC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）二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1250現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

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。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1251現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

功能接口模塊實(shí)現(xiàn)用戶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)中的信號采集器接口板。二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1252現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)是我國為數(shù)不多具有自主版權(quán)的高性能數(shù)控系統(tǒng)之一。它以通用的工業(yè)PC機(jī)（IPC）為基礎(chǔ)，采用開放式的體系結(jié)構(gòu)，從而使華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)的可靠性和質(zhì)量得到了保證。它適合多坐標(biāo)(2-5)數(shù)控鏜銑床和加工中心，在增加相應(yīng)的軟件模塊后，也可適應(yīng)于其它類型的數(shù)控機(jī)床(數(shù)控磨床、車床、齒輪加工機(jī)床等)以及特種加工機(jī)床（激光加工機(jī)、線切割機(jī)等）。三.

華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)(硬件)簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1253現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)采用模擬式交流/直流伺服單元ALL-IN-ONECPU卡顯示卡位置控制板n位置控制板1電子盤速度控制單元1速度控制單元n無源母板（系統(tǒng)總線BUS)標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)CNC裝置光隔I/O板機(jī)床開關(guān)量I/O按鈕站、狀態(tài)燈NC鍵盤CNC系統(tǒng)多功能板主軸控制模板主軸編碼器手搖脈沖發(fā)生器定制功能接口網(wǎng)絡(luò)卡COM2串口………華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖三.

華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)(硬件)簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1254現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)采用數(shù)字式交流伺服單元ALL-IN-ONECPU卡顯示卡電子盤數(shù)字交流伺服單元1數(shù)字交流伺服單元4無源母板（系統(tǒng)總線BUS)標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)CNC裝置光隔I/O板機(jī)床開關(guān)量I/O按鈕站、狀態(tài)燈NC鍵盤CNC系統(tǒng)多功能板主軸控制?？熘鬏S編碼器手搖脈沖發(fā)生器定制功能接口網(wǎng)絡(luò)卡COM2串口……華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖四串口通信板三.

華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)(硬件)簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1255現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)教學(xué)型(經(jīng)濟(jì)型)數(shù)控系統(tǒng)打印機(jī)接口計(jì)算機(jī)主板顯示卡多功能板步進(jìn)電機(jī)單元1步進(jìn)電機(jī)單元8系統(tǒng)總線（BUS)標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)機(jī)床開關(guān)量I/O操作面板主軸編碼器手搖脈沖發(fā)生器控制面板定制功能接口網(wǎng)絡(luò)卡……多功能NC接口板光隔I/O接口軟/硬盤驅(qū)動(dòng)器控制柜華中Ⅰ型教學(xué)數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖三.

華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)(硬件)簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1256現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

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)，通過總線仲裁器(由硬件和軟件組成)來解決總線爭用問題，通過公共存儲(chǔ)器來進(jìn)行信息交換。四.

多主結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1257現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)多主結(jié)構(gòu)的特點(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，通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作多主結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式：共享總線結(jié)構(gòu)型共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)型。四.

多主結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1258現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)共享總線結(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FANUC15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)四.

多主結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1259現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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)總線上，采用總線仲裁機(jī)構(gòu)(電路)來裁定多個(gè)模塊同時(shí)請求使用系統(tǒng)總線的競爭問題。四.

多主結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1260現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對較低、可靠性高共享總線結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)總線是系統(tǒng)的“瓶頸”，一旦系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障，將使整個(gè)系統(tǒng)受到影響；由于使用總線要經(jīng)仲裁，使信息傳輸率降低。四.

多主結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1261現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)顯示CPU鍵盤中央CPU插補(bǔ)CPU串口和收發(fā)器CTRC并行接口反饋脈沖和處理EPROMEPROMRAM/EPROM512RAMRAM512

字符發(fā)生器CRT模擬量輸出機(jī)床接口反饋信號收發(fā)器……XYZCW共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)四.

多主結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1262現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)結(jié)構(gòu)特征：面向共公存儲(chǔ)器來設(shè)計(jì)的，即采用多端口來實(shí)現(xiàn)各主模塊之間的互連和通訊，采用多端口控制邏輯來解決多個(gè)模塊同時(shí)訪問多端口存儲(chǔ)器沖突的矛盾。由于多端口存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而且對兩個(gè)以上的主模塊，會(huì)因爭用存儲(chǔ)器可能造成存儲(chǔ)器傳輸信息的阻塞，所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端口存儲(chǔ)器（雙端口RAM）。四.

多主結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件簡介第二節(jié)CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu)2024/5/1263現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

CNC系統(tǒng)軟件是一個(gè)典型而又復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。本節(jié)將首先介紹系統(tǒng)軟硬件界面的關(guān)系，然后從系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)流的角度來分析CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程，并從多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性的角度來分析CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，最后介紹一個(gè)典型CNC裝置系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)。第三章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置2024/5/1264現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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)，但處理速度相對較慢。一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1265現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)軟件、硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配就是——軟件硬件功能界面劃分。功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1266現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)功能界面的幾種劃分：輸入預(yù)處理位置檢測插補(bǔ)運(yùn)算位置控制速度控制伺服電機(jī)程序硬件硬件硬件硬件硬件軟件軟件軟件軟件軟件和硬件的功能界面

ⅠⅡⅢⅣ一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1267現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

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。二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1268現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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CNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖

二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1269現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

譯碼(解釋)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）。二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1270現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例：StructPROG_BUFFER{charbuf_state；//緩沖區(qū)狀態(tài)，0空；1準(zhǔn)備好。intblock_num；//以BCD碼的形式存放本程序段號。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。charD；//存放刀具補(bǔ)償?shù)牡毒甙霃街?。}；二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1271現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)以標(biāo)志形式存放G指令示例

二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1272現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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。二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1273現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

N06G90G41D11G01X200Y300F200；

123456789----------------------------------------StructPROG_BUFFER

{

charbuf_state；0：(開始)；1（；）⑨

intblock_num；06（N06）①

doubleCOOR[20]；COOR[1]=200000；（X200）⑥COOR[2]=300000；（Y300）⑦intF,S；F=200；（F200）⑧charG0；D5=0；（G90）②

D6,D7=0,1（G41）③

D1=1；（G01）⑤

……charD；D=11（D11）④

}；二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1274現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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。.刀補(bǔ)處理(計(jì)算刀具中心軌跡)二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程Pe（200，300）XRP0（72，48）Pe”Pe’G41G42Y

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1275現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)速度預(yù)處理主要功能是根據(jù)加工程序給定的進(jìn)給速度，計(jì)算在每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成移動(dòng)量，供插補(bǔ)程序使用。二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1276現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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：合成位移量L；園弧：總角位移量α。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）Lα二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1277現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

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)的線形（直線，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。二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1278現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

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)換流程二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1279現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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）二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1280現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)f()是位置環(huán)的調(diào)節(jié)控制算法，具體的算法視具體系統(tǒng)而定。這一步在有些系統(tǒng)中是采用硬件來實(shí)現(xiàn)的。VX、VY送給伺服驅(qū)動(dòng)單元，控制電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CNC裝置的軌跡控制二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1281現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

CNC系統(tǒng)是典型的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。CNC裝置的系統(tǒng)軟件則可看成是一個(gè)專用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。由于其應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)控制領(lǐng)域（多任務(wù)性、實(shí)時(shí)性），因此，分析和了解這些要求是至關(guān)重要的，因?yàn)樗仁窍到y(tǒng)設(shè)計(jì)和將來軟件測試的重要依據(jù)，也是確定系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)的過程。同時(shí)，這些要求也應(yīng)是CNC系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1282現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).多任務(wù)性與并行處理技術(shù)

CNC控制要求的多任務(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)行過程。CNC的功能則可定義為CNC的任務(wù)：顯示、譯碼、刀補(bǔ)、速度處理、插補(bǔ)處理、位置控制、…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。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1283現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)基于并行處理的多任務(wù)調(diào)度技術(shù)并行處理定義：系統(tǒng)在同一時(shí)間間隔或同一時(shí)刻內(nèi)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上任務(wù)處理的方法。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。并行處理的實(shí)現(xiàn)方式：

資源分時(shí)共享并發(fā)處理（例如：流水處理）這些實(shí)現(xiàn)方式與CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1284現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)資源分時(shí)共享（對單一資源的系統(tǒng)）在單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中，可采用“資源分時(shí)共享”并行處理技術(shù)。資源分時(shí)共享——在規(guī)定的時(shí)間長度（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?！百Y源分時(shí)共享”的技術(shù)關(guān)鍵：其一：各任務(wù)的優(yōu)先級分配問題。其二：各任務(wù)占用CPU的時(shí)間長度，即

時(shí)間片的分配問題。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1285現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)…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中斷級別高中斷級別低資源（CPU）分時(shí)共享圖

.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1286現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)各任務(wù)占用CPU

時(shí)間示意圖

.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1287現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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，即從微觀上來看，各個(gè)任務(wù)還是逐一執(zhí)行的。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1288現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)并發(fā)處理和流水處理（對多資源的系統(tǒng)）

在多CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中，根據(jù)各任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)程度，可采用以下兩種并行處理技術(shù)：若任務(wù)間的關(guān)聯(lián)程度不高，則可讓其分別在不同的CPU上同時(shí)執(zhí)行——并發(fā)處理；若任務(wù)間的關(guān)聯(lián)程度較高，即一個(gè)任務(wù)的輸出是另一個(gè)任務(wù)的輸入，則可采取流水處理的方法來實(shí)現(xiàn)并行處理。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1289現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)流水處理技術(shù)的涵義

流水處理技術(shù)是利用重復(fù)的資源（CPU），將一個(gè)大的任務(wù)分成若干個(gè)子任務(wù)(任務(wù)的分法與資源重復(fù)的多少有關(guān))，這些小任務(wù)是彼此關(guān)系的，然后按一定的順序安排每個(gè)資源執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，就象在一條生產(chǎn)線上分不同工序加工零件的流水作業(yè)一樣。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1290現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)流水處理技術(shù)示意圖

時(shí)間t+△tt空間111333222輸出輸出輸出CPU1CPU2CPU3并行處理1231232tt空間時(shí)間順序處理輸出輸出CPU1.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1291現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)并發(fā)處理和流水處理的特征在任何時(shí)刻（流水處理除開始和結(jié)束外）均有兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)在并發(fā)執(zhí)行。并發(fā)處理和流水處理的關(guān)鍵是時(shí)間重疊，是以資源重復(fù)的代價(jià)換得時(shí)間上的重疊，或者說以空間復(fù)雜性的代價(jià)換得時(shí)間上的快速性。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1292現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

實(shí)時(shí)性和優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制實(shí)時(shí)性任務(wù)的定義和分類實(shí)時(shí)性定義:任務(wù)的執(zhí)行有嚴(yán)格時(shí)間要求（任務(wù)必須規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成或響應(yīng)），否則將導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤或系統(tǒng)故障的特性。實(shí)時(shí)性任務(wù)分類:

強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)實(shí)時(shí)突發(fā)性任務(wù)；實(shí)時(shí)周期性任務(wù)弱實(shí)時(shí)性任務(wù).CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1293現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)實(shí)時(shí)突發(fā)性任務(wù)：任務(wù)的發(fā)生具有隨機(jī)性和突發(fā)性，是一種異步中斷事件。主要包括故障中斷(急停，機(jī)械限位、硬件故障等)、機(jī)床PLC中斷、硬件（按鍵）操作中斷等。實(shí)時(shí)周期性任務(wù)：任務(wù)是精確地按一定時(shí)間間隔發(fā)生的。主要包括插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等任務(wù)。為保證加工精度和加工過程的連續(xù)性，這類任務(wù)處理的實(shí)時(shí)性是關(guān)鍵。在任務(wù)的執(zhí)行過程中，除系統(tǒng)故障外，不允許被其它任何任務(wù)中斷。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1294現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)弱實(shí)時(shí)性任務(wù)這類任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求相對較弱，只需要保證在某一段時(shí)間內(nèi)得以運(yùn)行即可。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，它們或被安排在背景程序中，或根據(jù)重要性將其設(shè)置成不同的優(yōu)先級（級別較低），再由系統(tǒng)調(diào)度程序?qū)λ鼈冞M(jìn)行合理的調(diào)度。這類任務(wù)主要包括：CRT顯示、零件程序的編輯、加工狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示、加工軌跡的靜態(tài)模擬仿真及動(dòng)態(tài)顯示等。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1295現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)搶占式優(yōu)先調(diào)度機(jī)制

多任務(wù)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度方法：循環(huán)調(diào)度法簡單循環(huán)調(diào)度法時(shí)間片輪換調(diào)度法優(yōu)先調(diào)度法搶占式優(yōu)先調(diào)度法非搶占式優(yōu)先調(diào)度法.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1296現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)搶占式優(yōu)先調(diào)度機(jī)制功能搶占方式：在CPU正在執(zhí)行某任務(wù)時(shí)，若另一優(yōu)先級更高的任務(wù)請求執(zhí)行，CPU將立即終止正在執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而響應(yīng)優(yōu)先級高任務(wù)的請求優(yōu)先調(diào)度：在CPU空閑時(shí)，當(dāng)同時(shí)有多個(gè)任務(wù)請求執(zhí)行時(shí)，優(yōu)先級高的任務(wù)將優(yōu)先得到滿足。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1297現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)搶占式優(yōu)先調(diào)度機(jī)制的實(shí)現(xiàn)方式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。軟件主要完成對硬件芯片的初始化、任務(wù)優(yōu)先級的定義、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。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1298現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)CNC系統(tǒng)中采用的任務(wù)調(diào)度機(jī)制搶占式優(yōu)先調(diào)度；時(shí)間片輪換調(diào)度；非搶占式優(yōu)先調(diào)度。.CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn)

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/1299現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式結(jié)構(gòu)模式：指系統(tǒng)軟件的組織管理方式，即系統(tǒng)任務(wù)的劃分方式、任務(wù)調(diào)度機(jī)制、任務(wù)間的信息交換機(jī)制以及系統(tǒng)集成方法等。結(jié)構(gòu)模式的功能：組織和協(xié)調(diào)各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行，使之滿足一定的時(shí)序配合要求和邏輯關(guān)系，以滿足CNC系統(tǒng)的各種控制要求。

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12100現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).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:主要完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、故障診斷等實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的任務(wù)，它是一個(gè)實(shí)時(shí)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(shí)性的任務(wù)，它是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行的程序，其在運(yùn)行過程中，不斷地定時(shí)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)。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12101現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)前后臺程序運(yùn)行關(guān)系圖

前臺程序故障處理位置控制插補(bǔ)運(yùn)算……后臺程序譯碼刀補(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.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12102現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)前后臺型結(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。前臺程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。信息交換:緩沖區(qū)。前臺和后臺程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。實(shí)時(shí)性差。在前臺和后臺程序內(nèi)無優(yōu)先級等級、也無搶占機(jī)制。

該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC系統(tǒng)大都采用這種結(jié)構(gòu)。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12103現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).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(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷管理系統(tǒng)。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12104現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)中斷型軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件+軟件）0級中斷服務(wù)程序

級中斷服務(wù)程序

級中斷服務(wù)程序級中斷服務(wù)程序………………1n2.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12105現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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(shí)性好。由于中斷級別較多（最多可達(dá)8級），強(qiáng)實(shí)時(shí)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)。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12106現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RealTimeOperatingSystem

RTOS）是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，它除了具有通用操作系統(tǒng)的功能外，還具有任務(wù)管理、多種實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度機(jī)制（如優(yōu)先級搶占調(diào)度、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等）、任務(wù)間的通信機(jī)制（如郵箱、消息隊(duì)列、信號燈等）等功能。由此可知，CNC系統(tǒng)軟件完全可以在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12107現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

RTOS模塊（任務(wù)）1模塊（任務(wù)）2模塊（任務(wù)）

…….CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12108現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn)弱化功能模塊間的耦合關(guān)系

CNC各功能模塊之間在邏輯上存在著耦合關(guān)系，在時(shí)間上存在著時(shí)序配合關(guān)系。為了協(xié)調(diào)和組織它們，前述結(jié)構(gòu)模式中，需用許多全局變量標(biāo)志和判斷、分支結(jié)構(gòu)，致使各模塊間的關(guān)系復(fù)雜。在本模式中，設(shè)計(jì)者只須考慮模塊自身功能的實(shí)現(xiàn)，然后按規(guī)則掛到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上，而模塊間的調(diào)用關(guān)系、信息交換方式等功能都由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。從而弱化了模塊間的耦合關(guān)系。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12109現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)系統(tǒng)的開放性和可維護(hù)性好

從本質(zhì)上講，前述結(jié)構(gòu)模式采用的是單一流程加中斷控制的機(jī)制，一旦開發(fā)完畢，系統(tǒng)將是的完全封閉（對系統(tǒng)的開發(fā)者也是如此），若想對系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)充和修改將是困難的。在本模式中，系統(tǒng)功能的擴(kuò)充或修改，只須將編寫好的任務(wù)模塊（模塊程序加上任務(wù)控制塊（TCB）），掛到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上（按要求進(jìn)行編譯）即可。因而，采用該模式開發(fā)的CNC系統(tǒng)具有良好的開放性和可維護(hù)性。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12110現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量

在CNC系統(tǒng)軟件開發(fā)中，系統(tǒng)內(nèi)核（任務(wù)管理、調(diào)度、通信機(jī)制）的設(shè)計(jì)開發(fā)的往往是很復(fù)雜的，而且工作量也相當(dāng)大。當(dāng)以現(xiàn)有的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為內(nèi)核時(shí)，即可大大減少系統(tǒng)的開發(fā)工作量和開發(fā)周期。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12111現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)CNC系統(tǒng)的方法在商品化的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下開發(fā)CNC系統(tǒng)，國外有些著名CNC系統(tǒng)廠家采用了這種方式。將通用PC機(jī)操作系統(tǒng)（DOS、WINDOWS）擴(kuò)充擴(kuò)展成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，然后在此基礎(chǔ)上開發(fā)CNC系統(tǒng)軟件。目前國內(nèi)有些CNC系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家就是采用的這種方法。該法的優(yōu)點(diǎn)在于DOSWINDOWS是得到普遍應(yīng)用的操作系統(tǒng)，擴(kuò)充擴(kuò)展相對較容易，有利于形成具有我國自主版權(quán)的數(shù)控軟件，這是一種適合我國國情的好方法。.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12112現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件的實(shí)時(shí)操作環(huán)境是在DOS操作系統(tǒng)上擴(kuò)充擴(kuò)展而成的。以該環(huán)境為內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)開放式的數(shù)控系統(tǒng)軟件平臺，它能提供方便的二次開發(fā)環(huán)境，使之能靈活地組配不同類型的數(shù)控系統(tǒng)和擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。因而，這種結(jié)構(gòu)具有良好的開放性和可維護(hù)性。

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12113現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

編輯程序參數(shù)設(shè)置解釋程序PLC管理MDI故障顯示……過程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過程層軟件NABASE華中

I

型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu).華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12114現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

軟件結(jié)構(gòu)概述華中Ⅰ型數(shù)控系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件由兩部分組成：

底層軟件（軟件平臺）上層軟件(過程層軟件).華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12115現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)底層軟件（軟件平臺）圖中虛線以下的部分：DOS、RTM和NCBIOS

RTM模塊：為自主開發(fā)的實(shí)時(shí)多任務(wù)管理模塊，負(fù)責(zé)CNC系統(tǒng)的任務(wù)管理調(diào)度。NCBIOS模塊：為基本輸入系統(tǒng)，管理CNC系統(tǒng)所有的外部控制對象，包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（I/O）的管理、位置控制、PLC控制、插補(bǔ)計(jì)算以及內(nèi)部監(jiān)控等。NCBASE：RTM和NCBIOS的統(tǒng)稱。編輯程序參數(shù)設(shè)置解釋程序PLC管理MDI故障顯示……過程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過程層軟件NABASE.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12116現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)上層（過程控制層）軟件：虛線以上部分。主要功能模塊：編輯程序、參數(shù)設(shè)置、譯碼程序、PLC管理、MDI、

故障顯示等與用戶操作有關(guān)功能子模塊。不同數(shù)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)功能的區(qū)別和增減均在這一層實(shí)現(xiàn)。各功能模塊都通過NCBIOS與底層進(jìn)行信息交換，使上層模塊與系統(tǒng)的硬件無關(guān)。這便是本系統(tǒng)具有開放性的關(guān)鍵所在。編輯程序參數(shù)設(shè)置解釋程序PLC管理MDI故障顯示……過程控制軟件NCBIOSRTMMS-DOS位置控制I/O控制PLC控制低層軟件過程層軟件NABASE.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12117現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).NCBASE的功能

實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度該功能由RTM模塊實(shí)現(xiàn)，它是通過DOS的INT08中斷功能構(gòu)造的調(diào)度核心來實(shí)現(xiàn)對多任務(wù)調(diào)度的。.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12118現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)調(diào)度核心結(jié)構(gòu)及其多任務(wù)調(diào)度圖

刀補(bǔ)運(yùn)算譯碼解釋動(dòng)態(tài)顯示人機(jī)界面PLC功能數(shù)據(jù)采集插補(bǔ)運(yùn)算位置控制時(shí)鐘中斷服務(wù)程序任務(wù)調(diào)度程序調(diào)度核心.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12119現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)調(diào)度核心程序框圖.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12120現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)CNC任務(wù)的劃分及優(yōu)先級的確定華中I型將任務(wù)劃分為8個(gè)，優(yōu)先級從高到低排列為：位置控制任務(wù)（4ms）；插補(bǔ)計(jì)算任務(wù)（8ms）；數(shù)據(jù)采集任務(wù)（12ms）；PLC任務(wù)（16ms）；刀補(bǔ)運(yùn)算任務(wù)（條件（緩沖區(qū)）驅(qū)動(dòng)）；譯碼解釋任務(wù)（條件（緩沖區(qū)）驅(qū)動(dòng)）；動(dòng)態(tài)顯示任務(wù)（96ms）；人機(jī)界面（菜單管理，一次性死循環(huán)任務(wù)）。.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12121現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序功能：滿足不同的控制對象（加工中心、銑床、車床、磨床等）不同硬件配置對不同驅(qū)動(dòng)程序的要求。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通用性。實(shí)現(xiàn)：在配置系統(tǒng)時(shí)，將所有的硬件模塊的驅(qū)動(dòng)程序都在NCBIOS的NCBIOS.CFG（類似于DOS的CONFIG.SYS文件）中說明。系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，NCBIOS根據(jù)NCBIOS.CFG的預(yù)先的設(shè)置，調(diào)入對應(yīng)模塊的驅(qū)動(dòng)程序，建立相應(yīng)的接口通道。.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12122現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)位置控制位置控制是NCBIOS的一個(gè)固定程序，其主要功能是接受插補(bǔ)運(yùn)算程序送來的位置控制指令，經(jīng)進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償、傳動(dòng)間隙補(bǔ)償、極限位置判別等處理后，輸出速度指令值給位置控制模塊。.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12123現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

插補(bǔ)器華中I型為數(shù)控系統(tǒng)多通道（最多可達(dá)4通道）數(shù)控系統(tǒng)，每個(gè)通道有一個(gè)插補(bǔ)器，相應(yīng)就創(chuàng)建一個(gè)插補(bǔ)任務(wù)。該任務(wù)主要完成以下工作：直線、圓弧、螺紋、攻絲以及微小直線段（供自由曲線和自由曲面加工用）等的插補(bǔ)運(yùn)算。.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12124現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)PLC調(diào)度

PLC調(diào)度的主要任務(wù)是：故障報(bào)警處理、MST處理、急停和復(fù)位處理、虛擬軸驅(qū)動(dòng)處理、刀具壽命管理、操作面板開關(guān)處理、指示燈及突發(fā)事件處理等。.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12125現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).NCBIOS提供給上層軟件的接口

NC功能調(diào)用接口插補(bǔ)器接口：供插補(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)、速度預(yù)處理）的數(shù)據(jù)給底層軟件；故障信息交換接口；設(shè)備調(diào)用接口。.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12126現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)數(shù)據(jù)通訊區(qū)上層軟件通過數(shù)據(jù)區(qū)觀察系統(tǒng)的狀態(tài)，包括坐標(biāo)軸狀態(tài)（軸位置、跟隨誤差、運(yùn)動(dòng)速度）、輸入/輸出狀態(tài)、PLC內(nèi)部狀態(tài)等。.華中I型數(shù)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)介紹

第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2024/5/12127現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理一、概述

插補(bǔ)的概念插補(bǔ)(Interpolation)：根據(jù)給定進(jìn)給速度和給定輪廓線形的要求，在輪廓的已知點(diǎn)之間，確定一些中間點(diǎn)的方法，這種方法稱為插補(bǔ)方法或插補(bǔ)原理。插補(bǔ)算法：對應(yīng)于每種插補(bǔ)方法(原理)的各種實(shí)現(xiàn)算法。插補(bǔ)功能是輪廓控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征。第三章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置2024/5/12128現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).評價(jià)插補(bǔ)算法的指標(biāo)

穩(wěn)定性指標(biāo)插補(bǔ)運(yùn)算是一種迭代運(yùn)算，存在著算法穩(wěn)定性問題。插補(bǔ)算法穩(wěn)定的充必條件：在插補(bǔ)運(yùn)算過程中，對計(jì)算誤差和舍入誤差沒有累積效應(yīng)。插補(bǔ)算法穩(wěn)定是確保輪廓精度要求的前提。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12129現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)插補(bǔ)精度指標(biāo)插補(bǔ)精度：插補(bǔ)輪廓與給定輪廓的符合程度，它可用插補(bǔ)誤差來評價(jià)。插補(bǔ)誤差分類：逼近誤差（指用直線逼近曲線時(shí)產(chǎn)生的誤差）；計(jì)算誤差（指因計(jì)算字長限制產(chǎn)生的誤差）；圓整誤差其中，逼近誤差和計(jì)算誤差與插補(bǔ)算法密切相關(guān)。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12130現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)采用逼近誤差和計(jì)算誤差較小的插補(bǔ)算法；采用優(yōu)化的小數(shù)圓整法，如：逢奇（偶）四舍五入法、小數(shù)累進(jìn)法等。一般要求上述三誤差的綜合效應(yīng)小于系統(tǒng)的最小運(yùn)動(dòng)指令或脈沖當(dāng)量。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12131現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

合成速度的均勻性指標(biāo)合成速度的均勻性：插補(bǔ)運(yùn)算輸出的各軸進(jìn)給率，經(jīng)運(yùn)動(dòng)合成的實(shí)際速度（Fr）與給定的進(jìn)給速度（F）的符合程度。速度不均勻性系數(shù)：合成速度均勻性系數(shù)應(yīng)滿足：

λmax≤1%

一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12132現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)插補(bǔ)算法要盡可能簡單，要便于編程

因?yàn)椴逖a(bǔ)運(yùn)算是實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的運(yùn)算，若算法太復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的每次插補(bǔ)運(yùn)算的時(shí)間必然加長，從而限制進(jìn)給速度指標(biāo)和精度指標(biāo)的提高。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12133現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).插補(bǔ)方法的分類

脈沖增量插補(bǔ)(行程標(biāo)量插補(bǔ))

特點(diǎn)：每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)單位的行程增量（一個(gè)脈沖當(dāng)量）。以一個(gè)一個(gè)脈沖的方式輸出給步進(jìn)電機(jī)。其基本思想是：用折線來逼近曲線（包括直線）。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12134現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)插補(bǔ)速度與進(jìn)給速度密切相關(guān)。因而進(jìn)給速度指標(biāo)難以提高，當(dāng)脈沖當(dāng)量為10μm時(shí)，采用該插補(bǔ)算法所能獲得最高進(jìn)給速度是3-4m/min。脈沖增量插補(bǔ)的實(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)。因此它比較容易用硬件來實(shí)現(xiàn)，而且，用硬件實(shí)現(xiàn)這類運(yùn)算的速度很快的。但是也有用軟件來完成這類算法的。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12135現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)這類插補(bǔ)算法有：逐點(diǎn)比較法；最小偏差法；數(shù)字積分法；目標(biāo)點(diǎn)跟蹤法；單步追綜法等它們主要用早期的采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)。由于此算法的速度指標(biāo)和精度指標(biāo)都難以滿足現(xiàn)在零件加工的要求，現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)已很少采用這類算法了。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12136現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

數(shù)字增量插補(bǔ)(時(shí)間標(biāo)量插補(bǔ))特點(diǎn)：插補(bǔ)程序以一定的時(shí)間間隔定時(shí)(插補(bǔ)周期)運(yùn)行，在每個(gè)周期內(nèi)根據(jù)進(jìn)給速度計(jì)算出各坐標(biāo)軸在下一插補(bǔ)周期內(nèi)的位移增量（數(shù)字量）。其基本思想是：用直線段（內(nèi)接弦線，內(nèi)外均差弦線，切線）來逼近曲線（包括直線）。插補(bǔ)運(yùn)算速度與進(jìn)給速度無嚴(yán)格的關(guān)系。因而采用這類插補(bǔ)算法時(shí)，可達(dá)到較高的進(jìn)給速度（一般可達(dá)10m/min以上）。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12137現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)數(shù)字增量插補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)算法較脈沖增量插補(bǔ)復(fù)雜，它對計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度有一定的要求，不過現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)均能滿足要求。這類插補(bǔ)方法有：數(shù)字積分法(DDA)、二階近似插補(bǔ)法、雙DDA插補(bǔ)法、角度逼近插補(bǔ)法、時(shí)間分割法等。這些算法大多是針對圓弧插補(bǔ)設(shè)計(jì)的。這類插補(bǔ)算法主要用于交、直流伺服電機(jī)為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，也可用于以步進(jìn)電機(jī)為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，而且，目前所使用的CNC系統(tǒng)中，大多數(shù)都采用這類插補(bǔ)方法。一、概述第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12138現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)二、脈沖增量插補(bǔ)算法

逐點(diǎn)比較法是這類算法最典型的代表，它是一種最早的插補(bǔ)算法，該法的原理是：CNC系統(tǒng)在控制過程中，能逐點(diǎn)地計(jì)算和判別運(yùn)動(dòng)軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差控制進(jìn)給軸向給定輪廓靠擾，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12139現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)逐點(diǎn)比較法工作過程圖

偏差判別終點(diǎn)判別進(jìn)給輸出偏差計(jì)算終點(diǎn)到退出二、脈沖增量插補(bǔ)算法第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12140現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)逐點(diǎn)比較法加工的原理（直線）

(Xe，Ye)(Xm，Ym)Y直線X直線:

Fm=Xe

*Ym

-Ye

*Xm

Fm＞0在直線上方，+X向輸出一步

Fm＝0在直線上+X向輸出一步Fm＜0在直線下方，+Y向輸出一步二、脈沖增量插補(bǔ)算法第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12141現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)圓弧:

Fm=Xm2+Ym2-RFm＞0在圓外，-Y向輸出一步Fm＝0在圓上，+X向輸出一步Fm＜0在圓內(nèi)，+X向輸出一步RXY(Xm，Ym)

圓弧

二、脈沖增量插補(bǔ)算法逐點(diǎn)比較法加工的原理（圓?。┑谒墓?jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12142現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).數(shù)字增量插補(bǔ).插補(bǔ)周期的選擇

插補(bǔ)周期Δt與精度δ、速度F的關(guān)系

δYXρ△L第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12143現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

插補(bǔ)周期Δt與插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間T

的關(guān)系一旦系統(tǒng)各種線形的插補(bǔ)算法設(shè)計(jì)完畢，那么該系統(tǒng)插補(bǔ)運(yùn)算的最長時(shí)間Tmax就確定了。顯然要求：

Tmax

<Δt在采用分時(shí)共享的CNC系統(tǒng)中，

Tmax

<Δt/2這是因?yàn)橄到y(tǒng)除進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算外，CPU還要執(zhí)行諸如位置控制、顯示等其他任務(wù)。.數(shù)字增量插補(bǔ)第四節(jié)CNC裝置的插補(bǔ)原理2024/5/12144現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

插補(bǔ)周期Δt與位置控制周期ΔtP

的關(guān)系

Δt=nΔtPn=0，1，……

由于插補(bǔ)運(yùn)算的輸出是位置控制的輸入，因此插補(bǔ)周期要么與位置控制周期相等、要么是位置控制周期的整數(shù)倍，只有這樣才能使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。例如，日本FANUC7M系統(tǒng)的插補(bǔ)周期是8ms，而位置控制周期是4ms。華中I型數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期也是8ms，位置控制周期可以設(shè)定為1ms、2ms、4ms、8ms。.數(shù)字增量插補(bǔ)第四節(jié)C