【正文】 LC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(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 。信號(hào)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(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在電氣上將 CNC裝置與外部信號(hào)進(jìn)行隔離，以提高 CNC裝置運(yùn)行的可靠性。 ? 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。 它適合多坐標(biāo) (25)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 ） 。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 * 58 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 3. 共享總線結(jié)構(gòu)： FANUC BUS 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/MDI I/O單元 伺服驅(qū)動(dòng)單元 主軸單元 FANUC 15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) * 59 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(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競(jìng)爭(zhēng)問題 。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) * 63 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) 。 ? 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。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 * 68 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 * 69 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ⒈ 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 ） 。 int F,S； //F（ mm/min） S（ r/min） 。 char D； //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 * 73 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) N06 G90 G41 D11 G01 X200 Y300 F200 ； Struct PROG_BUFFER { char buf_state； 0： (開始 )； 1（；） ⑨ int block_num； 06（ N06） ① double COOR[20]； COOR[1]=202300；（ X200） ⑥ COOR[2]=300000；（ Y300） ⑦ int F,S； F=200；（ F200） ⑧ char G0； D5=0；（ G90） ② D6,D7=0,1（ G41） ③ D1=1；（ G01） ⑤ ?? char D； 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) * 74 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 。 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) * 76 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 。 本程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期 △ t定時(shí)運(yùn)行 。 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) 。 ? 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。 三 . 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) * 84 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 資源分時(shí)共享 （ 對(duì)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)。 三 . 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) * 85 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 4ms 8ms 16ms 中斷級(jí)別高 中斷級(jí)別低 資源（ CPU） 分時(shí)共享圖 三 . 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) * 86 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 0m s 4 m s 8 m s 12 m s 16 m s位置控制插補(bǔ)運(yùn)算背景程序各任務(wù)占用 CPU 時(shí)間示意圖 三 . 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) * 87 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) 。 三 . 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) * 90 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 流水處理技術(shù)示意圖 時(shí)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 1 2 3 1 2 3 2t t 空間 時(shí)間 順序處理 輸出 輸出 CPU1 三 . 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) * 91 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 。 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 。 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 。 三 . 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) * 95 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(jiǎn)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 三 . 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) * 96 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(jí)更高的任務(wù)請(qǐng)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(jí)高任務(wù)的請(qǐng)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(qǐng)求執(zhí)行時(shí) ， 優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)將優(yōu)先得到滿足 。 三 . 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) * 99 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 四 . 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 。 四 . 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) * 101 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 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 四 . 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) * 102 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 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 。 ? 實(shí)時(shí)性差 。 四 . 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) * 103 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 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 。 ? 實(shí)時(shí)性好 。 四 . 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) * 106 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 3. 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)（ Real Time Operating System 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(jí)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(hào)燈等）等功能 。 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)。 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 。 ? 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 。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(tái)，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。 ? NCBASE ： RTM和 NCBIOS的統(tǒng)稱。 ? 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) 。 五 . 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) * 121 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(duì)象 （ 加工中心 、 銑床 、 車床 、 磨床等 ） 不同硬件配置對(duì)不同驅(qū)動(dòng)程序的要求 。 五 . 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) * 122 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 。 五 . 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) * 125 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 3. 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 。 ? 插補(bǔ)功能是輪廓控制系統(tǒng)的本質(zhì)特征。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補(bǔ)原理 * 129 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(píng)價(jià)。 一 、 概述 第四節(jié) CNC裝置的插補(bǔ)原理 * 131 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。其基本思想是：用折線來逼近曲線（包括直線）。因此它