【正文】 ?“ 任務(wù) ” 定義： 可并行執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過(guò)程 。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? ① 資源分時(shí)共享（對(duì)單機(jī)系統(tǒng)） ? 在單 CPU結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)中，可采用 “ 資源分時(shí)共享 ” 并行處理技術(shù)。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 流水處理技術(shù)示意圖 1 2 3 1 2 3 2t t 空間 時(shí)間 順序處理 輸出 輸出 CPU1 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 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 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(shí)間間隔； ? 在任何一個(gè)時(shí)刻（起點(diǎn)、終點(diǎn)除外），均有兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)在并發(fā)處理； 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 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(kāi)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 。 在任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中 ， 除系統(tǒng)故障外 ， 不允許被其它任何任務(wù)中斷 。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 數(shù)控系統(tǒng)中采用的任務(wù)調(diào)度機(jī)制共有三種： ?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 。 ? 前臺(tái)和后臺(tái)程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的 信息交換通過(guò)緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 圖 235 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(jí)中斷服務(wù)程序 級(jí)中斷服務(wù)程序 級(jí)中斷服務(wù)程序 級(jí)中斷服務(wù)程序 …… 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 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 。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 圖 236 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)）? …… 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn)： ? ⑴ 弱化功能模塊間的耦合關(guān)系 ?數(shù)控系統(tǒng)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。 內(nèi)容小結(jié) 數(shù)控 裝置軟件和硬件的功能界面 數(shù)控 裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 數(shù)控 裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn) 數(shù)控 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式 數(shù)據(jù)處理 ? 用戶輸入的零件加工程序，插補(bǔ)程序是不能直接應(yīng)用的，必須先由數(shù)據(jù)處理程序模塊對(duì)用戶程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出插補(bǔ)程序所需要的數(shù)據(jù)信息和控制信息。上述檢查都通過(guò)后才把輸入的字符存入零件程序緩沖區(qū)。根據(jù)這一準(zhǔn)則，譯碼時(shí)就可以完整地知道一條曲線的全部信息。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)處理的信息格式，存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。譯碼程序讀進(jìn)地址字符，根據(jù)不同的字母做不同的處理。刀具半徑和長(zhǎng)度可以用普通的量具手工測(cè)量，也可用專門的刀具測(cè)量?jī)x測(cè)量。 ? 刀具半徑補(bǔ)償?shù)氖褂檬峭ㄟ^(guò)指令 G4 G4G40來(lái)執(zhí)行的，分別為左刀補(bǔ)、右刀補(bǔ)、刀補(bǔ)取消。如 圖 240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(lái)取消補(bǔ)償。因此現(xiàn)在用得較少，而用得較多的是 C刀補(bǔ)。 ? 在內(nèi)輪廓尖角加工時(shí)，由于 C”點(diǎn)不易求得 (受計(jì)算能力的限制 )編程人員必須在零件輪廓中插入一個(gè)半徑大于刀具半徑的園弧，這樣才能避免產(chǎn)生過(guò)切。用 G40正確地取消半徑補(bǔ)償。加工余量的預(yù)留可通過(guò)修改偏置參數(shù)實(shí)現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個(gè)程序。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 1．刀具半徑補(bǔ)償 ? 什么是刀具半徑補(bǔ)償 (Tool Radius Compensation offset)？ ? 是使刀具在所選的平面內(nèi)向左或向右偏置一個(gè)半徑值，編程時(shí)只需按零件輪廓編程，不需要計(jì)算刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，從而方便、簡(jiǎn)化計(jì)算和程序編程。 ? 常見(jiàn)的譯碼處理主要有： 增量編程譯碼、工件坐標(biāo)系下的編程譯碼、公英制編程譯碼和極坐標(biāo)譯碼等。譯碼程序?qū)?nèi)存中的用戶程序進(jìn)行譯碼。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)據(jù)處理 ? （ 3）按機(jī)床坐標(biāo)系譯碼與計(jì)算 ? 每臺(tái)機(jī)床都有固有的坐標(biāo)系，這個(gè)坐標(biāo)系稱為機(jī)床坐標(biāo)系，機(jī)床的控制，即譯碼、數(shù)據(jù)處理、位置控制都是以機(jī)床坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的。但有時(shí)在工作中還允許用 MDI鍵盤輸入修正程序段。 ? 先進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，檢查讀入字符的正確性；再進(jìn)行語(yǔ)句的檢查，即檢查該字符是不是程序字的信息。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn)： ? ⑶ 減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作量 ?在數(shù)控系統(tǒng)軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)的往往是很復(fù)雜的，而且工作量也相當(dāng)大。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? ? 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ RTOS， Real Time Operating System）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 。 ? 整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷管理系統(tǒng)。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 圖 234 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 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 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)度和順序調(diào)度 。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 優(yōu)先調(diào)度機(jī)制的兩個(gè)功能： ?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 。 主要包括 插補(bǔ)運(yùn)算 、 位置控制 等任務(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 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? ② 并發(fā)處理和流水處理（對(duì)多機(jī)系統(tǒng)） 在多 CPU結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(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(lái)實(shí)現(xiàn)并行處理。 ? 提高 CNC系統(tǒng)的處理速度 。這一步在有些系統(tǒng)中是采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 ? ⑵計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量： ? ΔL= FΔt/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） ? 經(jīng)速度預(yù)處理程序轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存放在插補(bǔ)緩沖區(qū)，以供插補(bǔ)程序使用。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? (計(jì)算刀具中心軌跡 ) ? 用戶零件加工程序通常是按 零件輪廓 編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中控制的是 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。 ? 功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比。 ? 如 圖 227所示。 ? 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。它的基本結(jié)構(gòu)如 P64圖 220所示。 上述信號(hào)由于其類型、電平、功率以及抗干擾的原因，一般不能直接與數(shù)控系統(tǒng)相連，需要一個(gè)接口（設(shè)備輔助控制接口）對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行變換處理。電子盤的規(guī)格有： 、 6MB、 12MB， 128MB， 256MB等。有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之分，動(dòng)態(tài)：價(jià)格低、速度慢，主要用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存；靜態(tài)：價(jià)格高，速度快，用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的緩存器 Cache。 目前，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。如果計(jì)算機(jī)主板選用的是標(biāo)準(zhǔn)主板，則此板可省略。其規(guī)格有 6槽、 8槽、 12槽、 14槽等。 ? P60如圖 213，計(jì)算機(jī)主板是 CNC裝置的核心。實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的方法稱為模塊化設(shè)計(jì)方法。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 模塊化結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是 ： 將 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制、位置檢測(cè)、顯示部件等分別做成插件板，相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? （ 2）多主結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ： 系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶 CPU的功能模塊部件對(duì)系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)。 ? 一個(gè)零件程序的執(zhí)行首先要輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)和位置控制，由伺服系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)輸出的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成加工。 ? 據(jù)美國(guó)第 13屆 NCS 年會(huì)統(tǒng)計(jì)的世界上數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間是：硬線 NC系統(tǒng)為 136h ，小型計(jì)算機(jī)CNC系統(tǒng)為 984h ，而微處理機(jī) CNC 系統(tǒng)據(jù)日本發(fā)那科公司宣稱已達(dá) 23000h 。在數(shù)控設(shè)備安裝之后，新的技術(shù)還可以補(bǔ)充到系統(tǒng)中去，這就延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用期限。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 5．驅(qū)動(dòng)裝置 ? 驅(qū)動(dòng)裝置將伺服單元的輸出變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，它與伺服單元一起是數(shù)控裝置和機(jī)床傳動(dòng)部件間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它們有的帶動(dòng)工作臺(tái)，有的帶動(dòng)刀具，通過(guò)幾個(gè)軸的綜合聯(lián)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 3．計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（ CNC裝置） ? 數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心，它包括微處理器CPU、存儲(chǔ)器、局部總線、外圍邏輯電路及與數(shù)控系統(tǒng)其它組成部分聯(lián)系的接口及相應(yīng)控制軟件。如圖 28所示。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的組成 ? 數(shù)控系統(tǒng)是由各種邏輯元件、記憶元件組成的邏輯電路，是固定接線的硬件結(jié)構(gòu)，由元件實(shí)現(xiàn)全部數(shù)控功能。具有后臺(tái)編程功能。 G64支持程序超前預(yù)處理，超前預(yù)讀程序，將小線段按連續(xù)軌跡高速進(jìn)給，根據(jù)拐角大小，自適應(yīng)控制進(jìn)給速度，保證拐點(diǎn)處的誤差小于跟蹤誤差的允差設(shè)定，特別適合加工 CAD/CAM生成的復(fù)雜模具加工程序。支持 MasterCAM、 UG、 ProE和 CAXA等CAD/CAM系統(tǒng)生成的數(shù)控加工程序。 ? （ 4）可選配電子盤、硬盤、軟驅(qū)、網(wǎng)絡(luò)等存儲(chǔ)器，極大地方便用戶的程序輸入。 ? HNC21數(shù)控系統(tǒng)介紹 ? 國(guó)產(chǎn)華中 “ 世紀(jì)星 ” 數(shù)控系統(tǒng)采用基于工業(yè)計(jì)算機(jī)作為硬件平臺(tái)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)路線，充分利用PC軟、硬件的豐富資源，通過(guò)軟件技術(shù)的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的突破。 ? 其中 802S和 802C是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，可帶 3個(gè)進(jìn)給軸。其中 M型用于數(shù)控鏜床、銑床和加工中心； T型用于數(shù)控車床； G型用于數(shù)控磨床。本系列的數(shù)控系統(tǒng)適用于中、小型數(shù)控機(jī)床。 ? 3． FS10/11/12系列 ? 1984年推出的 FS10/11/12系列數(shù)控系統(tǒng)為多微處理器控制系統(tǒng)。目前，我國(guó)用戶使用的系列主要有 FS0、 FS1 FS1 FS1 FS21/210等。 下一頁(yè) 返回 ? FS0系列數(shù)控系統(tǒng)有多種規(guī)格。它適用于大型機(jī)床、復(fù)合機(jī)床的多軸控制和多系統(tǒng)控制。此外， 3T系統(tǒng)借助于轉(zhuǎn)換功能，可使一般的數(shù)控車床變成一個(gè)柔性車削中心。 ? 如 P50圖 22所示為 SINUMERIK 810數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 SINUMERIK 802S/C包含操作面板、 機(jī)床控制面板、CNC單元及 PLC模塊，可安裝在通用的安裝導(dǎo)軌上。可與數(shù)控車、數(shù)控銑、加工中心、車銑復(fù)合等機(jī)床配套。 ? （ 5）標(biāo)準(zhǔn)配置 40路輸入和 32路輸出，不需擴(kuò)展即可滿足大部分?jǐn)?shù)控車、銑和加工中心的控制要求，并可根據(jù)需要擴(kuò)展到 128路輸入和 128路輸出。固定循環(huán)和復(fù)合循環(huán)的使用可以用一個(gè)程序段來(lái)完成一個(gè)加工循環(huán)，使編程大大簡(jiǎn)化。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)基本原理 ? （ 8）支持單、雙向螺距補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償，螺距補(bǔ)償數(shù)據(jù)最多可達(dá) 256點(diǎn)。 ? （ 14）支持自動(dòng)換刀、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀尖半徑補(bǔ)償。 ? 數(shù)控系統(tǒng)的邏輯控制、幾何數(shù)據(jù)處理以及零件程序的執(zhí)行均由 CPU統(tǒng)一控制，即數(shù)控系統(tǒng)為軟件控制系統(tǒng)。 ? 數(shù)控機(jī)床加工的過(guò)程是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和操作人員進(jìn)行信息交流的過(guò)程，輸入、輸出裝置就是這種人機(jī)交互設(shè)備，典型的有鍵盤和顯示器。如 圖 210所示為典型數(shù)控系統(tǒng)面板，分別為 FA