【正文】 NUC 0i、華中世紀(jì)星 HNC21T及西門子802S數(shù)控裝置。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程。采用標(biāo)準(zhǔn)化接口電路，給機(jī)床制造廠和數(shù)控用戶帶來(lái)了許多方便。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 使用維修方便 ? CNC 系統(tǒng)的一個(gè)吸引人的特點(diǎn)是有一套診斷程序，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能顯示出故障信息，使操作和維修人員能了解故障部位，減少了維修的停機(jī)時(shí)間。 ? ? 是指整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)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)各種數(shù)控功能。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的硬件介紹 ? 單機(jī)系統(tǒng)按組成數(shù)控裝置的電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為 大板式結(jié)構(gòu) 和 模塊化結(jié)構(gòu) 。模塊化結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用有 FANUC公司的 15系統(tǒng)、 AB公司的 8600 CNC、 FAGOR的 8050 CNC等。其中單元母板一般為總線結(jié)構(gòu)的無(wú)源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號(hào)通路。 ? 計(jì)算機(jī)主板的主要作用： 對(duì)輸入到 CNC裝置中的各種數(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。它不僅隨時(shí)可以在市場(chǎng)上買到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無(wú)需用戶自己開發(fā)。因此，數(shù)控裝置中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的合理選用是至關(guān)重要的。若按其讀寫性能來(lái)看，它又可分為三類： ? 只讀存儲(chǔ)元件 （ ROM、 PROM、 EPROM、E2PROM）。主要用作存放系統(tǒng)的配置參數(shù)，零件加工程序。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 5. 設(shè)備輔助控制接口模塊PLC(Programmable Logic Controller)模塊 ? 數(shù)控系統(tǒng)的控制有兩類：一類是對(duì)各坐標(biāo)軸的速度和位置的 “ 軌跡控制 ” ；一類是對(duì)設(shè)備動(dòng)作的 “ 順序控制 ” 。 ? 因此，設(shè)備輔助控制接口模塊必須能完成兩個(gè)任務(wù)： ? 電平轉(zhuǎn)換和功率放大； ? 電氣隔離； 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 目前，設(shè)備輔助控制接口的實(shí)現(xiàn)方式有： ? ①簡(jiǎn)單 I /O接口板。 ? 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。采用總線仲裁機(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)總線的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 軟件結(jié)構(gòu)取決于 CNC系統(tǒng)中的軟件和硬件的分工，也取決于軟件本身的工作性質(zhì)。 ? 如 圖 229所示為 數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 。 ? ⑵根據(jù)刀具半徑 R和刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆较颍?G41/G42），計(jì)算刀具中心軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)值； ? ⑶根據(jù)本段和前段連接關(guān)系，進(jìn)行段間連接處理。 ? 插補(bǔ)程序的主要功能： ?⑴計(jì)算插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量： △ L1=△ L*修調(diào)值 ?⑵ 分解 △ L1 → （ △ X △ Y1） 將 △ L1按插補(bǔ)的線形（直線，圓弧等）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（ △ X △ Y1）。 ?數(shù)控系統(tǒng)的功能可定義為數(shù)控系統(tǒng)的任務(wù)，分兩大類： ?管理任務(wù)： 系統(tǒng)資源管理、子任務(wù)調(diào)度、系統(tǒng)的程序管理、顯示、診斷等子任務(wù)； ?控制任務(wù)： 數(shù)控系統(tǒng)的基本功能。 ? 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 。 ?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(shuō) 以空間復(fù)雜性的代價(jià)換得時(shí)間上的快速性 。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 弱實(shí)時(shí)性任務(wù) ?特點(diǎn)： 這類任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較弱 ， 只需要保證在某一段時(shí)間內(nèi)得以運(yùn)行即可 。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 數(shù)控 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)模式 ? 結(jié)構(gòu)模式定義 ：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 。 ? 實(shí)時(shí)性差。 ?信息交換：緩沖區(qū) 。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。所以數(shù)據(jù)處理程序又稱為 插補(bǔ)準(zhǔn)備程序 。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 輸入一段完整的程序段后，還要進(jìn)行語(yǔ)法檢查，即檢查各個(gè)字符是否符合程序段格式；字的順序?qū)Σ粚?duì)；需要的信息是否完整等。 ? 一個(gè)零件程序的第一段在譯碼時(shí)則把當(dāng)前刀具的位置作為程序段的起點(diǎn)，所示在正式加工，啟動(dòng)循環(huán)前一定要準(zhǔn)確地對(duì)刀。 ? 如果在正式加工前一次性將整個(gè)程序翻譯完，并在譯碼過(guò)程中對(duì)程序進(jìn)行語(yǔ)法檢查，若有語(yǔ)法錯(cuò)誤則報(bào)警，這稱為 編譯 ； ? 如果是在加工過(guò)程中進(jìn)行譯碼，即計(jì)算機(jī)進(jìn)行加工控制時(shí)，利用空閑時(shí)間來(lái)對(duì)后面的程序段進(jìn)行譯碼，這稱為解釋 。遇到功能代碼，將其之后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為特征碼，并存放于對(duì)應(yīng)的規(guī)定單元。 ? 操作者可以通過(guò)每把刀的刀尖在 Z軸方向相對(duì)于機(jī)床上同一 “ 對(duì)刀面 ” 的位置差來(lái)作為長(zhǎng)度偏移值進(jìn)行補(bǔ)償，采用數(shù)控系統(tǒng)本身提供的 “ 半自動(dòng)刀具長(zhǎng)度測(cè)量 ” 功能，輸入相對(duì)于 “ 標(biāo)準(zhǔn)刀具 ” 的長(zhǎng)度補(bǔ)償值。 數(shù)據(jù)處理 ? 刀具半徑補(bǔ)償功能的主要用途： ? 實(shí)時(shí)將編程軌跡變換成刀具中心軌跡 。 數(shù)據(jù)處理 起刀點(diǎn) 刀補(bǔ)建立 刀補(bǔ)進(jìn)行 刀補(bǔ)撤銷 編程軌跡 刀具中心軌跡 ? 刀具半徑補(bǔ)償過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)軌跡可分為三個(gè)過(guò)程： ? 刀補(bǔ)建立 ? 刀補(bǔ)進(jìn)行 ? 刀補(bǔ)撤銷 圖 241 刀具半徑補(bǔ)償過(guò)程 數(shù)據(jù)處理 ? （ 1）刀具補(bǔ)償?shù)慕?。一般情況下，刀具切削中都是 沿切線方向切入和退出 ，如 圖 242所示。 A’ B’ C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌跡 刀具中心軌跡 C’ 缺點(diǎn)： 數(shù)據(jù)處理 ? （ 2） C功能刀具半徑補(bǔ)償（ C刀補(bǔ)） 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 兩端輪廓的刀具中心軌跡之間采用 直線 連接。 A’ B’ C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌跡 刀具中心軌跡 C’ 圖 243 B功能刀補(bǔ) 數(shù)據(jù)處理 ? 在外輪廓尖角加工時(shí)，由于輪廓尖角處，始終處于切削狀態(tài)，尖角往往被加工成圓角，加工工藝性差。 ? （ 3）刀具補(bǔ)償?shù)娜∠?。由于輪廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時(shí)，均要為精加工工序預(yù)留加工余量。 ? 這三種補(bǔ)償基本上能解決在加工中因刀具形狀而產(chǎn)生的軌跡問(wèn)題。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 程序段中坐標(biāo)值譯碼最為復(fù)雜，這是因?yàn)闉榱藵M足不同的零件加工需要，坐標(biāo)值有多種編程方法，對(duì)應(yīng)的就有多種編程方法的坐標(biāo)值譯碼處理。程序存放的位置可以是零件程序存儲(chǔ)區(qū)、零件程序緩沖區(qū)或者鍵盤輸入（ MDI）緩沖區(qū)。如果數(shù)控銑床Z方向的控制點(diǎn)是刀具錐柄端，則也需要刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。 ? 數(shù)控系統(tǒng)中最常用工作方式為 存儲(chǔ)器工作方式 ，即用鍵盤命令調(diào)出零件程序存儲(chǔ)器中指定的零件程序。 下一頁(yè) 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 零件程序是一個(gè)一個(gè)字符輸入數(shù)控系統(tǒng)的，數(shù)控系統(tǒng)的接口接收到一個(gè)字符后就向 CPU發(fā)中斷信號(hào)，激活中斷服務(wù)程序，讀入一個(gè)字符。因而，采用該模式開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)具有良好的開放性和可維護(hù)性。 二十世紀(jì) 80～ 90年代初的數(shù)控系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu) 。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? ? 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。 ? 后臺(tái)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 /出 、插補(bǔ)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 ， 在運(yùn)行過(guò)程中 ， 不斷地被前臺(tái)程序定時(shí)打斷 ，前后臺(tái)相互配合來(lái)完成零件的加工任務(wù) 。 ? 是一種為了滿足數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)任務(wù)的要求的調(diào)度技術(shù)。 ?實(shí)時(shí)周期性任務(wù)： ? 特點(diǎn)：任務(wù)是精確地按一定時(shí)間間隔發(fā)生的 。 … 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 圖 232（ a） CPU分時(shí)共享圖 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 0ms 4ms 8ms 12ms 16ms 位置控制 插補(bǔ)運(yùn)算 背景程序 圖 232（ b） 各任務(wù)占用 CPU 時(shí)間示意圖 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 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) 。 ? 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 。 ? 如 圖 230 所示為位置控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) f（ *） 插補(bǔ)輸出 △ X1△ Y1 指令位置 X1新 Y1新 跟隨誤差 △ X3△ Y3 X2新 Y2新 實(shí)際位置 反饋位置增量 △ X △ Y2 X1舊 Y1舊 X2舊 Y2舊 速度指令 VX、 VY 圖 230 位置控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 + + + + + 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ?位置控制完成以下幾步計(jì)算： ? ⑴計(jì)算新的位置指令坐標(biāo)值： X1新 = X1舊 +△ X1； Y1新 = Y1舊 +△ Y1； ? ⑵計(jì)算新的位置實(shí)際坐標(biāo)值： X2新 = X2舊 +△ X2； Y2新 = Y2舊 +△ Y2 ? ⑶ 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 ； ? ⑷計(jì)算速度指令值： VX=f（△ X3）； VY=f（△ Y3） 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 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。 ?該數(shù)據(jù)供插補(bǔ)程序判斷減速起點(diǎn)和終點(diǎn)之用。 ? 譯碼后的數(shù)據(jù)存放在譯碼緩沖區(qū)，以供后續(xù)程序使用。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 所以，到底哪些功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，哪些功能由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，即如何合理確定 CNC裝置軟件硬件的功能分擔(dān)是數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)，這就是所謂的軟件和硬件的功能界面劃分的概念。 ? 由于多端口存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而且對(duì)兩個(gè)以上的主模塊，會(huì)因爭(zhēng)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）。 ? 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。這是目前數(shù)控系統(tǒng)采用最為廣泛的一種方式。 ? 數(shù)控系統(tǒng)與被控設(shè)備交換的信息有三類： 開關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)、脈沖量信號(hào)。常用 USB接入，外存儲(chǔ)器又稱為 U盤。 特點(diǎn)是可以隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作，一旦掉電存儲(chǔ)信息將會(huì)丟失。 ? ②存儲(chǔ)器的種類。 ? 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)。 ? 一般工業(yè)用 PC機(jī)的總線母板是獨(dú)立的無(wú)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。 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ? 1. 計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線 (母板 ) ? ⑴ 計(jì)算機(jī)主板。模塊化結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以及維修都有極大好處。 AB公司的 8601就是大板式結(jié)構(gòu)的CNC。只有一個(gè) CPU處于主導(dǎo)地位，其它 CPU處于從屬地位，故稱之為主從結(jié)構(gòu)。 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)的主要任務(wù)是控制零件程序的執(zhí)行，其他任務(wù)可以說(shuō)是為了更好地完成這一任務(wù)而進(jìn)行的輔助和配合。 數(shù)控系統(tǒng)的組成與基本原理 ? 數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn) ? 可靠性 ? 在 CNC系統(tǒng)中，由于許多功能都由軟件實(shí)現(xiàn)，硬件系統(tǒng)所需元器件數(shù)目大為減少，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大改善，特別是隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的采用，系統(tǒng)可靠性更為提高。數(shù)控系統(tǒng)能夠隨著工廠的發(fā)展而發(fā)展，也能適應(yīng)將來(lái)改變工藝的要求。 ? 伺服單元就其系統(tǒng)而言又有開環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分，其工作原理亦有差別。 ? （ 3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（ INTERNET和 LAN等）。數(shù)控系統(tǒng)一般采用集成式操作面板，分為三大區(qū)域：顯示區(qū)， NC鍵盤區(qū)和機(jī)床控制面板區(qū)。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 ? 其它數(shù)控系統(tǒng)介紹