【文章內(nèi)容簡介】 換刀 (M06及 T指令 )等控制信號(hào)輸出 ， 以控制機(jī)床的動(dòng)作 。 ⑤ 4級(jí)中斷程序 :當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)硬件出現(xiàn)故障時(shí) ， 由系統(tǒng)診斷程序進(jìn)行檢測(cè) ， 并將出錯(cuò)信息以指示燈或 CRT顯示的形式表示出來 。 第 5 ⑥ 5級(jí)中斷服務(wù)程序 : 主要完成： a. 插補(bǔ)運(yùn)算； b. 坐標(biāo)位置修正； c. 間隙補(bǔ)償； d. 加減速控制 。 ⑦ 6級(jí)中斷服務(wù)程序 : 這是一種軟件定時(shí)方法 。 通過這種定時(shí) ， 可以實(shí)現(xiàn) 2級(jí)和 3級(jí)的 16 ms定時(shí)中斷 ， 并使其相隔 8 ms。 當(dāng) 2級(jí)或 3級(jí)中斷還沒有返回時(shí) ， 不再發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào) 。 第 5 ⑧ 7級(jí)中斷服務(wù)程序 : 當(dāng)紙帶通過光電閱讀機(jī)輸入時(shí) ， 光電閱讀機(jī)每讀到紙帶上一排孔的信息 ， 立即向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào) ， 要求處理所讀到的一個(gè)字符 。 以上是一個(gè)典型的單處理器數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ， 該系統(tǒng)的位置控制由硬件處理 。 當(dāng)位置控制用軟件來處理時(shí) ， 則位置控制程序應(yīng)安排在插補(bǔ)程序同一級(jí)或更高級(jí)的中斷服務(wù)程序中 。 在多微處理器系統(tǒng)中 ， 軟件將以上控制任務(wù)分配到各個(gè)處理器 ， 流水作業(yè)并行處理 。 處理器之間的協(xié)調(diào)仍可用中斷的方式 ， 只是有的中斷源變?yōu)橛善渌幚砥魃暾?qǐng)的外部中斷 。 第 5 3. CNC系統(tǒng)軟件的工作過程 1) CNC系統(tǒng)中的零件加工程序 ， 一般是通過鍵盤 、 磁盤或紙帶閱讀機(jī)等方式輸入的 ， 在軟件設(shè)計(jì)中 ， 這些輸入方式大都采用中斷方式來完成 ， 且每一種輸入法均有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序 。 如在鍵盤輸入時(shí) ， 每按一個(gè)按鍵 ， 硬件就向主機(jī)CPU發(fā)出一次中斷申請(qǐng) ， 若 CPU響應(yīng)中斷 ， 則就調(diào)用一次鍵盤服務(wù)程序 ， 完成相應(yīng)鍵盤命令的處理 ， 鍵盤中斷服務(wù)程序的流程圖如圖 515所示 。 第 5 圖 515 鍵盤中斷服務(wù)程序 讀取 鍵值系統(tǒng) 正處于 鍵盤 命令 處理 ？Y輸出 的字符 需要換 碼？NNY轉(zhuǎn)換 相應(yīng) 碼將字 符輸入緩 沖區(qū)打開 鍵盤結(jié)束字地 址指 針到 首址Y字地 址增 1緩沖 區(qū)滿 ？N第 5 在 CNC系統(tǒng)中 ， 無論哪一種輸入方法 ， 其存儲(chǔ)過程總是要經(jīng)過零件程序的輸入 ， 然后將輸入的零件程序先存放到緩沖器中 ， 再經(jīng)緩沖器到達(dá)零件程序存儲(chǔ)器 。 零件程序的存儲(chǔ)和讀取過程如圖 516所示 。 第 5 圖 516 程序的存取 (a) 零件程序存儲(chǔ)； (b) 零件程序讀取 零件 加工 程序 零件 程序緩沖 器 零件 程序存儲(chǔ) 器( a )譯碼零件 程序緩沖 器零件 程序存儲(chǔ) 器( b )第 5 2) 譯碼就是將輸入的零件程序翻譯成本系統(tǒng)所能識(shí)別的語言 。 譯碼的結(jié)果存放在指定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi) ， 通常稱為譯碼結(jié)果寄存器 。 譯碼程序的功能就是把程序段中的各個(gè)數(shù)據(jù)根據(jù)其前后的文字地址送到相應(yīng)的緩沖寄存器中 ， 圖 517為譯碼程序流程圖 。 第 5 圖 517 譯碼程序流程圖 入口從零 件程 序存儲(chǔ) 區(qū)取 一個(gè)字 節(jié)數(shù)字 ？Y第一 個(gè)地址 ？NYN把數(shù) 字碼 寄存器中 數(shù)據(jù) 送入上一 個(gè)地 址的緩沖 寄存 器中結(jié)束 符 ?N出口Y存入 數(shù)字碼寄 存器第 5 譯碼可在正式加工前一次性將整個(gè)程序翻譯完 ， 并在譯碼過程中對(duì)程序進(jìn)行語法檢查 ， 若有語法錯(cuò)誤則報(bào)警 ， 這種方式可稱之為編譯；另一種處理方式是在加工過程中進(jìn)行譯碼 ， 即數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行加工控制時(shí) ， 利用空閑時(shí)間來對(duì)后面的程序段進(jìn)行譯碼 ， 這種方式可稱之為解釋 。 用解釋方式 ， 系統(tǒng)在運(yùn)行用戶程序之前通常也對(duì)用戶程序進(jìn)行掃描 ， 進(jìn)行語法檢查 ， 有錯(cuò)報(bào)警 。 用編譯方法可以節(jié)省時(shí)間 ， 使加工控制時(shí)數(shù)控系統(tǒng)不致太忙 ， 并可在編譯的同時(shí)進(jìn)行語法檢查 ， 但需要占用的內(nèi)存較大 。 一般數(shù)控代碼比較簡單 ， 用解釋方式占用的時(shí)間也不多 ， 所以 CNC系統(tǒng)常用解釋方式 。 第 5 3) （ 1） 進(jìn)給速度控制 。 在開環(huán)系統(tǒng)中 ， 坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的速度是通過控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)的 。 開環(huán)系統(tǒng)的速度計(jì)算是根據(jù)程序的 F值來確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給脈沖頻率的 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)走一步 ， 相應(yīng)的坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)脈沖當(dāng)量 δ ， 進(jìn)給速度 F(mm／ min)與進(jìn)給脈沖頻率的關(guān)系為 ?60Ff ?第 5 兩軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度分別為 Fx=60fXδ Fy=60fYδ 式中 Fx、 Fy分別為 X軸、 Y軸的進(jìn)給速度 (mm／ min)； fx、 fy分別為 X軸、 Y軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的進(jìn)給脈沖頻率。合成的進(jìn)給速度為 22YX FFF ?? 在閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)中 ， 由于采用數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算 ， 因此進(jìn)給速度是根據(jù)編程的 F值 ， 計(jì)算出每個(gè)采樣周期的輪廓步長來獲得的 。 第 5 （ 2） 加減速控制 。 為了保證機(jī)床在啟動(dòng)或停止時(shí)不產(chǎn)生沖擊 、 失步 、 超程或振蕩 ， 必須對(duì)送到伺服驅(qū)動(dòng)裝置的進(jìn)給脈沖頻率或電壓進(jìn)行加減速控制 。 即在機(jī)床加速啟動(dòng)時(shí) ， 保證加在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)上的進(jìn)給脈沖頻率或電壓逐漸增大；而當(dāng)機(jī)床減速停止時(shí) ， 保證加在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)上的進(jìn)給脈沖頻率或電壓逐漸減小 。 在 CNC系統(tǒng)中 ， 加減速控制多數(shù)采用軟件來實(shí)現(xiàn) 。 加減速控制可以在插補(bǔ)前進(jìn)行 ， 稱為前加減速控制；也可以在插補(bǔ)后進(jìn)行 ， 稱為后加減速控制 ， 如圖 518所示 。 第 5 圖 518 前加減速和后加減速控制 前加減速指令 速度 F 插補(bǔ)器后加 減速? X 精插補(bǔ)坐標(biāo) 位置 X , Y后加 減速? YX ??Y ??第 5 前加減速控制僅對(duì)程編指令速度 F進(jìn)行控制 ， 其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)影響實(shí)際插補(bǔ)輸出的位置精度 ， 缺點(diǎn)是需要預(yù)測(cè)減速點(diǎn) ， 而預(yù)測(cè)減速點(diǎn)的計(jì)算量較大 。 后加減速控制是對(duì)各軸分別進(jìn)行加減速控制 ， 不需要預(yù)測(cè)減速點(diǎn) ， 由于對(duì)各軸分別進(jìn)行控制 ， 因此實(shí)際各坐標(biāo)軸的合成位置就可能不準(zhǔn)確 ， 但這種影響只是在加減速過程中才存在 ， 進(jìn)入勻速狀態(tài)時(shí)這種影響就沒有了 。 加減速實(shí)現(xiàn)的方式有線性加減速 (勻加減速 )、 指數(shù)加減速和 sin曲線 (S)加減速 ， 圖 5－ 19為三種加減速的特性曲線 。 其中 ， 線性加減速常用于點(diǎn)位控制系統(tǒng)中；指數(shù)和 S曲線加減速常用于輪廓控制系統(tǒng)中 。 第 5 圖 519 (a) 線性加減速 。 (b) 指數(shù)加減速 。 (c) S曲線加減速 Otf( a )Otf( b )Otf(c )第 5 （ 3） 反向間隙及絲杠螺距補(bǔ)償 。 位置精度是數(shù)控機(jī)床最重要的一項(xiàng)指標(biāo) 。 在點(diǎn)位 、 直線控制系統(tǒng)中 ， 位置精度中的定位精度影響工件的尺寸精度； 在輪廓控制系統(tǒng)中 ， 定位精度影響工件輪廓的加工精度 ， 產(chǎn)生輪廓失真 。 通過反向間隙補(bǔ)償及位置補(bǔ)償可提高數(shù)控機(jī)床的位置精度 。 第 5 反向間隙又稱失動(dòng)量 ， 是由進(jìn)給機(jī)械傳動(dòng)鏈中的導(dǎo)軌副間隙 、 絲杠螺母副間隙及齒輪副齒隙 、 絲杠及傳動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn) 、 壓縮變形 ,以及其他構(gòu)件的彈性變形等因素綜合引起的 。 由于反向間隙的存在 ， 因此當(dāng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向改變時(shí) ， 會(huì)引起電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)一定角度而工作臺(tái)不移動(dòng)的現(xiàn)象 。 反向間隙補(bǔ)償是在電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向時(shí) ， 讓電動(dòng)機(jī)多轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度 ， 消除間隙后才正式計(jì)算坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的值 ， 即空走不計(jì)入坐標(biāo)運(yùn)動(dòng) 。 各軸的反向間隙值可以離線測(cè)出 ， 如激光干涉儀等測(cè)距裝置 ， 補(bǔ)償數(shù)據(jù)作為機(jī)床參數(shù)存入數(shù)控系統(tǒng)中 ， 供補(bǔ)償時(shí)取用 。 第 5 絲杠螺距累積誤差是在絲杠制造和裝配過程中產(chǎn)生的 ， 呈周期性的變化規(guī)律 。 在閉環(huán)控制系統(tǒng)中 ， 由于在機(jī)床工作臺(tái)上安裝了位置檢測(cè)裝置 ， 定位精度主要取決于位置檢測(cè)裝置的系統(tǒng)誤差 ， 如分辨率 、 線性度及安裝 、 調(diào)整造成的誤差 。 位置誤差補(bǔ)償是通過對(duì)機(jī)床全行程的離線測(cè)量 ， 得到定位誤差曲線 ， 在誤差達(dá)到一個(gè)脈沖當(dāng)量的位置處設(shè)定正或負(fù)的補(bǔ)償值 。 當(dāng)機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)到該位置時(shí) ， 系統(tǒng)將坐標(biāo)值加或減一個(gè)脈沖當(dāng)量 ， 從而將實(shí)際定位誤差控制在一定的精度范圍內(nèi) 。 位置誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)作為機(jī)床參數(shù)存入數(shù)控系統(tǒng)中 。 圖 520所示為數(shù)控機(jī)床一坐標(biāo)軸位置誤差補(bǔ)償前后的定位誤差曲線 。 第 5 圖 520 (a) 補(bǔ)償前； (b) 補(bǔ)償后 01050 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 位置 / m m誤差 / ?m－ 10－ 20－ 30－ 40( a )10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 50 0 位置 / m m( b )誤差 / ?m01. 0－ 1. 0－ 2. 0－ 3. 0第 5 4) 插補(bǔ)運(yùn)算是 CNC系統(tǒng)中最重要的計(jì)算工作之一 。 在實(shí)際的CNC系統(tǒng)中 ， 常采用粗 、 精插補(bǔ)相結(jié)合的方法 ， 即把插補(bǔ)功能分成軟件插補(bǔ)與硬件插補(bǔ)兩部分 ， 數(shù)控系統(tǒng)控制軟件把刀具軌跡分割成若干段 ， 而硬件電路再在各段的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的 “ 密化 ” ， 使刀具軌跡在允許的誤差之內(nèi) ， 即軟件實(shí)現(xiàn)粗插補(bǔ) ， 硬件實(shí)現(xiàn)精插補(bǔ) 。 第 5 5) 輸出控制主要完成伺服控制及 M、 S、 T等輔助功能 。 伺服控制包括數(shù)控系統(tǒng)向驅(qū)動(dòng)裝置 發(fā)出的模擬速度控制信號(hào)或一串脈沖指令 ， 同時(shí)接受位置反饋信號(hào) ， 實(shí)現(xiàn)位置控制 。 S功能的信息用于主軸轉(zhuǎn)速控制 ， 數(shù)控系統(tǒng)將譯碼后的 S信息傳送給主軸控制系統(tǒng) ， 由主軸控制系統(tǒng)對(duì)主軸進(jìn)行控制 。 M、T功能主要涉及到開關(guān)量的邏輯控制 ， 用可編程控制器來處理 。 數(shù)控系統(tǒng)只需將譯碼后的 M、 T信息適時(shí)地傳送給可編程控制器 ， 就可完成諸如主軸 、 冷卻和潤滑 、 刀庫選刀及機(jī)械手換刀 、工作臺(tái)交換等控制 。 第 5 6) CNC系統(tǒng)的管理軟件主要包括 CPU管理與外設(shè)管理 。 如前后臺(tái)程序的合理安排與協(xié)調(diào)工作 ， 中斷服務(wù)程序之間的相互通信 ， 控制面板與操作面板上各種信息的監(jiān)控等 。 診斷程序可以防止故障的發(fā)生或擴(kuò)大 ， 而且在故障出現(xiàn)后 ， 可以幫助用戶迅速查明故障的類型與部位 ， 減少故障停機(jī)時(shí)間 。 在設(shè)計(jì)診斷程序時(shí) ， 診斷程序可以包括在系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行檢查與診斷 ， 也可以作為服務(wù)程序在系統(tǒng)運(yùn)行前或故障發(fā)生停機(jī)后進(jìn)行診斷 。 第 5 數(shù)控系統(tǒng)中的通信接口 異步串行通信接口 數(shù)據(jù)在設(shè)備之間傳送可以采用并行方式或串行方式 。 串行通信接口需要有一定的控制邏輯 ， 發(fā)送端將機(jī)內(nèi)的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)再發(fā)送出去 ， 接收端要將串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)再送至機(jī)內(nèi)處理 。 常用的串行通信功能芯片有 8251A、 MC6850及 6852等 。 為了保證數(shù)據(jù)傳送的正確性和一致性 ， 接收和發(fā)送雙方對(duì)數(shù)據(jù)的傳送應(yīng)確定一致的且共同遵守的約定 ， 包括定時(shí) 、 控制 、 格式化和數(shù)據(jù)表示方法等 ， 這些約定稱之為通信規(guī)則或通信協(xié)議 。 串行通信協(xié)議分為同步協(xié)議和異步協(xié)議 。 異步串行通信協(xié)議比較簡單 ， 但速度不快；同步串行通信協(xié)議傳送速度比較高 ， 但接口比較復(fù)雜 。 第 5 異步串行通信接口在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛 ， 主要的接口標(biāo)準(zhǔn)有 RS232C／ 20mA電流環(huán)和 RS422／ RS449， 此外RS485串行接口也得到了廣泛應(yīng)用 。 RS232C邏輯 “ 0”電平規(guī)定為 5～ 15 V之間 ， 邏輯 “ 1”電平為 5～ 15 V之間 。 RS232C 共有 25條線 ， 大多采用 DB25型 25針連接器或 9針連接器 。 RS232C每秒所傳送的數(shù)據(jù)位用波特率表示 ， 常用的有 9600、 4800、 2400、 1200、 600、 300、 150、 1 7 50。 第 5 20 mA電流環(huán)通常與 RS232C接口一起配置 ， 其接點(diǎn)是由電流控制的 ， 以 20 mA電流作為邏輯 “ 1”， 以零作為邏輯 “ 0”。 電流環(huán)對(duì)共模干擾有抑制作用 ， 并可采用隔離技術(shù)消除接地回路引起的干擾 。 RS232C接口的最大傳輸距離為 15 m； 20 mA電流環(huán)接口傳輸距離可達(dá) 100 m。 RS422規(guī)定了雙端口電氣接口形式 ， 其標(biāo)準(zhǔn)是雙端線傳送信號(hào) 。 如果其中的一條線為邏輯 “ 1”狀態(tài) ， 則另一條就為邏輯“ 0”狀態(tài) 。 因電壓回路是雙向的 ， 用差分接收器接收信號(hào) ， 故可大大改善通信性能 ， 最大傳輸距