【正文】 刀具中心軌跡 ，因此在加工前必須將零件輪廓變換成刀具中心的軌跡。 ? 轉換后的數據存放在刀補緩沖區(qū)，以供后續(xù)程序使用。 ? ⑵計算每個插補周期內的合成進給量： ? ΔL= FΔt/60 （ μm） 式中： F進給速度值（ mm/min）； △ t數控系統(tǒng)的插補周期（ ms） ? 經速度預處理程序轉換后的數據存放在插補緩沖區(qū)，以供插補程序使用。 ? 經插補計算后的數據存放在運行緩沖區(qū)中，以供位置控制程序之用。這一步在有些系統(tǒng)中是采用硬件來實現的。如 譯碼、刀補、速度預處理、插補處理、位置控制 等。 ? 提高 CNC系統(tǒng)的處理速度 。 ? “ 資源分時共享 ” 的技術關鍵 （ 時間分配原則 ） ： 其一：各任務何時占用 CPU， 即任務的優(yōu)先級分配問題 。 ?因此 ， 資源分時共享的并行處理只具有宏觀上的意義 ， 即從微觀上來看 ， 各個任務還是逐一執(zhí)行的 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? ② 并發(fā)處理和流水處理（對多機系統(tǒng)） 在多 CPU結構的數控系統(tǒng)中，根據各任務之間的關聯程度，可采用以下兩種并行處理技術： ? 若任務間的關聯程度不高，則可讓其分別在不同的 CPU上同時執(zhí)行 —— 并發(fā)處理 ； ? 若任務間的關聯程度較高，即一個任務的輸出是另一個任務的輸入，則可采取 流水處理 的方法來實現并行處理。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? ?1） 實時性任務的定義和分類 ? 實時性定義 : 任務的執(zhí)行有嚴格時間要求 （ 任務必須規(guī)定時間內完成或響應 ） ， 否則將導致執(zhí)行結果錯誤或系統(tǒng)故障的特性 。 主要包括 插補運算 、 位置控制 等任務 。 ? 在系統(tǒng)設計時 ， 它們或被安排在背景程序中 ， 或根據重要性將其設置成不同的優(yōu)先級 （ 級別較低 ） ， 再由系統(tǒng)調度程序對它們進行合理的調度 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 優(yōu)先調度機制的兩個功能： ?優(yōu)先調度： 在 CPU空閑時 ， 當同時有多個任務請求執(zhí)行時 ， 優(yōu)先級高的任務將優(yōu)先得到滿足 。 ? 結構模式的功能 ：組織和協(xié)調各個任務的執(zhí)行 ， 使之滿足一定的時序配合要求和邏輯關系 ， 以滿足數控系統(tǒng)的各種控制要求 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 圖 234 前后臺程序運行關系圖 前臺程序 故障處理 位置控制 插補運算 …… 后臺程序 譯 碼 刀補處理 速度預處理 輸入 /輸出 顯示 中斷執(zhí)行 循環(huán)執(zhí)行 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 前后臺型結構模式的特點： ? 任務調度機制 : 優(yōu)先搶占調度和順序調度 。 在前臺和后臺程序內無優(yōu)先等級、 也無搶占機制。 ? 整個軟件就是一個大的中斷管理系統(tǒng)。 ?實時性好 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? ? 實時操作系統(tǒng)（ RTOS， Real Time Operating System）是操作系統(tǒng)的一個重要分支，它除了具有通用操作系統(tǒng)的功能外， 還具有任務管理、多種實時任務調度機制（如優(yōu)先級搶占調度、時間片輪轉調度等）、任務間的通信機制（如郵箱、消息隊列、信號燈等）等功能 。 ?在本模式中，設計者只須考慮模塊自身功能的實現，然后按規(guī)則掛到實時操作系統(tǒng)上，而模塊間的調用關系、信息交換方式等功能都由實時操作系統(tǒng)來實現，從而弱化了模塊間的耦合關系。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 基于實時操作系統(tǒng)的結構模式的優(yōu)點： ? ⑶ 減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量 ?在數控系統(tǒng)軟件開發(fā)中，系統(tǒng)內核（任務管理、調度、通信機制）的設計開發(fā)的往往是很復雜的，而且工作量也相當大。 ? 數據處理主要包括 零件程序的輸入、譯碼、刀具補償和處理用緩沖區(qū) 等。 ? 先進行奇偶校驗，檢查讀入字符的正確性；再進行語句的檢查，即檢查該字符是不是程序字的信息。通過了這些檢查之后，才可以把該程序段輸入到零件程序存儲器。但有時在工作中還允許用 MDI鍵盤輸入修正程序段。 上一頁 下一頁 返回 數據處理 ? （ 2）控制點的選擇 ? 數控系統(tǒng)是把刀具作為一個動點加以控制的，但刀具是有幾何形狀的固體，而且還存在一個安裝位置問題，所以要選擇一個控制點，而數控系統(tǒng)就是要控制這一點的運動。 上一頁 下一頁 返回 數據處理 ? （ 3）按機床坐標系譯碼與計算 ? 每臺機床都有固有的坐標系，這個坐標系稱為機床坐標系，機床的控制，即譯碼、數據處理、位置控制都是以機床坐標系為基礎的。 上一頁 下一頁 返回 數據處理 ? 用編譯的方式可以節(jié)省時間，可使加工控制時計算機不致太忙，并可在編譯的同時進行語法檢查，但需要占用較大內存； ? 用解釋方式，系統(tǒng)在運行用戶程序之前通常也對用戶程序進行掃描，進行語法檢查，有錯則報警，以免加工到中途再發(fā)現錯誤，造成工件報廢。譯碼程序對內存中的用戶程序進行譯碼。若是尺寸代碼，將其后的數字串轉換為二進制數，并存放于對應的規(guī)定區(qū)域，數字串以空格或字母結束。 ? 常見的譯碼處理主要有： 增量編程譯碼、工件坐標系下的編程譯碼、公英制編程譯碼和極坐標譯碼等。 ? 自動刀具半徑 /長度和工件測量功能，需要配備專用的接觸式傳感器及激光測頭和信號接收器。 上一頁 下一頁 返回 數據處理 ? 1．刀具半徑補償 ? 什么是刀具半徑補償 (Tool Radius Compensation offset)？ ? 是使刀具在所選的平面內向左或向右偏置一個半徑值，編程時只需按零件輪廓編程，不需要計算刀具中心運動軌跡，從而方便、簡化計算和程序編程?？?避免在 加工中由于刀具半徑的變化 (如由于刀具損壞而換刀等原因 )而重新編程的麻煩。加工余量的預留可通過修改偏置參數實現，而不必為粗、精加工各編制一個程序。設置刀具半徑補償值。用 G40正確地取消半徑補償。 上一頁 下一頁 返回 數據處理 ? （ 1） B功能刀具半徑補償 上一頁 下一頁 返回 刀具半徑補償的常用方法： ? B刀補的特點是：刀具中心軌跡的段間連接都是以 圓弧 進行的。 ? 在內輪廓尖角加工時，由于 C”點不易求得 (受計算能力的限制 )編程人員必須在零件輪廓中插入一個半徑大于刀具半徑的園弧，這樣才能避免產生過切。 特點： 尖角工藝性好 可實現過切自動預報 (在內輪廓加工時 ) ，從而避免產生過切。因此現在用得較少，而用得較多的是 C刀補。 ?如圖示 243所示。 G40的使用一定要等刀具完全切削完畢并安全地退出工件以后才能執(zhí)行 G40命令來取消補償。讓刀具移動來使補償有效，此時刀具中心軌跡始終偏離程序軌跡一個設定的距離。如 圖 240所示。 ? 減少粗、精加工程序編制的工作量 。 ? 刀具半徑補償的使用是通過指令 G4 G4G40來執(zhí)行的，分別為左刀補、右刀補、刀補取消。 上一頁 下一頁 返回 數據處理 ? 在數控加工中有 3種補償： ? 刀具半徑補償 ? 刀具長度補償 ? 夾具偏置補償。刀具半徑和長度可以用普通的量具手工測量，也可用專門的刀具測量儀測量。如 圖 239所示為譯碼程序流程圖。譯碼程序讀進地址字符，根據不同的字母做不同的處理。 數據處理 ? 譯碼過程： ? 在數控系統(tǒng)中，用戶程序一般都先讀入內存存放。 上一頁 下一頁 返回 數據處理 ?2．譯碼 ? 譯碼概念： 譯碼是以程序段為單位處理用戶加工程序，將其中的輪廓信息、加工速度和輔助功能信息，翻譯成便于計算機處理的信息格式，存放在指定的內存專用區(qū)間。而數控車床則有所不同，經常選擇的控制點為安裝刀具的刀架中心，這就造成數控車床控制始終要有刀具半徑補償和刀具長度補償。根據這一準則，譯碼時就可以完整地知道一條曲線的全部信息。 ? 系統(tǒng)運行時從零件程序存儲器中讀取程序進行譯碼處理的過程如 圖 238（ a） 所示，紙帶工作方式時的傳送過程如 圖 238（ b） 所示。上述檢查都通過后才把輸入的字符存入零件程序緩沖區(qū)。輸入大都采用中斷方式，系統(tǒng)程序中有中斷服務程序。 內容小結 數控 裝置軟件和硬件的功能界面 數控 裝置的數據轉換流程 數控 裝置的軟件系統(tǒng)特點 數控 系統(tǒng)軟件結構模式 數據處理 ? 用戶輸入的零件加工程序，插補程序是不能直接應用的，必須先由數據處理程序模塊對用戶程序進行數據處理，得出插補程序所需要的數據信息和控制信息。 ?在本模式中，系統(tǒng)功能的擴充或修改，只須將編寫好的任務模塊（模塊程序加上任務控制塊（ TCB）），掛到實時操作系統(tǒng)上（按要求進行編譯）即可。 數控系統(tǒng)的軟件結構 圖 236 基于實時操作系統(tǒng) 軟件結構圖 RTOS 模塊（任務）1 模塊（任務）2 模塊（任務）? …… 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 基于實時操作系統(tǒng)的結構模式的優(yōu)點： ? ⑴ 弱化功能模塊間的耦合關系 ?數控系統(tǒng)各功能模塊之間在邏輯上存在著耦合關系，在時間上存在著時序配合關系。 ?模塊間的關系復雜 ， 耦合度大 ， 不利于對系統(tǒng)的維護和擴充 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 圖 235 中斷型軟件系統(tǒng)結構圖 初始化 中斷管理系統(tǒng)（硬件 + 軟件） 0級中斷服務程序 級中斷服務程序 級中斷服務程序 級中斷服務程序 …… 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 中斷型 結構模式的特點： ?任務調度機制：搶占式優(yōu)先調度 。 早期的數控系統(tǒng)大都采用這種結構 。 ? 前臺和后臺程序之間以及內部各子任務之間的 信息交換通過緩沖區(qū)實現。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 該模式將數控系統(tǒng)軟件劃分成兩部分： ? 前臺程序 : 主要完成插補運算 、 位置控制 、 故障診斷等實時性很強的任務 ， 它是一個實時中斷服務程序 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 數控系統(tǒng)中采用的任務調度機制共有三種： ?搶占式優(yōu)先調度； ?時間片輪換調度； ?非搶占式優(yōu)先調度 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? ② 優(yōu)先搶占調度機制 ? 多任務系統(tǒng)的任務調度方法： ? 循環(huán)調度法 ? 簡單循環(huán)調度法 ? 時間片 輪換 調度法 ? 優(yōu)先調度法 ? 搶占式優(yōu)先調度法 ? 非搶占式優(yōu)先調度法 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 優(yōu)先搶占機制是一種基于實時中斷技術的任務調度機制。 在任務的執(zhí)行過程中 ， 除系統(tǒng)故障外 ， 不允許被其它任何任務中斷 。 主要包括故障中斷 (急停 ， 機械限位 、 硬件故障等 )、 機床PLC中斷 、 硬件 （ 按鍵 ） 操作中斷 等 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 流水處理技術示意圖 1 2 3 1 2 3 2t t 空間 時間 順序處理 輸出 輸出 CPU1 時間 t+△ t t 空間 1 1 1 3 3 3 2 2 2 輸出 輸出 輸出 CPU1 CPU2 CPU3 并行處理 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 由圖可以看出： ? 采用流水處理方式可以大大縮短了輸出的時間間隔； ? 在任何一個時刻（起點、終點除外），均有兩個或兩個以上的任務在并發(fā)處理； 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 并發(fā)處理和流水處理的特征： ?在任何時刻 （ 流水處理除開始和結束外 ） 均有兩個或兩個以上的任務在并發(fā)執(zhí)行 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 一般在單機系統(tǒng)中，采用 循環(huán)調度 和 優(yōu)先級搶占調度 相結合來解決時間分配問題。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? ① 資源分時共享（對單機系統(tǒng)） ? 在單 CPU結構的數控系統(tǒng)中，可采用 “ 資源分時共享 ” 并行處理技術。 圖 231 多任務并行處理關系 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 比如： P73 數控系統(tǒng)的軟件結構 ?（ 2） 基于并行處理的多任務調度技術 ? 并行處理定義： ? 系統(tǒng)在 同一時間間隔 或 同一時刻 內完成兩個或兩個以上任務處理的方法 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? 數控系統(tǒng)控制軟件的特點 ? ?（ 1）數控系統(tǒng)的多任務性 ?“ 任務 ” 定義： 可并行執(zhí)行的程序在一個數據集合上的運行過程 。 數控系統(tǒng)的軟件結構 ? ?位置控制處理主要進行各進給軸跟隨誤差（ △ X3 ，△ Y3）的計算，并進行調節(jié)處理，其輸出為位移速度控制指令（ VX ，VY）。 L α 數控系統(tǒng)的軟件結構 ?4. 插補處理 ? 插補的概念：根據給定的信息，在理想輪廓（或軌跡）上的已知兩點之間，確定一些中間點的方法。