【文章內容簡介】 換刀 (M06及 T指令 )等控制信號輸出 ， 以控制機床的動作 。 ⑤ 4級中斷程序 :當數(shù)控系統(tǒng)硬件出現(xiàn)故障時 ， 由系統(tǒng)診斷程序進行檢測 ， 并將出錯信息以指示燈或 CRT顯示的形式表示出來 。 第 5 ⑥ 5級中斷服務程序 : 主要完成： a. 插補運算； b. 坐標位置修正； c. 間隙補償； d. 加減速控制 。 ⑦ 6級中斷服務程序 : 這是一種軟件定時方法 。 通過這種定時 ， 可以實現(xiàn) 2級和 3級的 16 ms定時中斷 ， 并使其相隔 8 ms。 當 2級或 3級中斷還沒有返回時 ， 不再發(fā)出中斷請求信號 。 第 5 ⑧ 7級中斷服務程序 : 當紙帶通過光電閱讀機輸入時 ， 光電閱讀機每讀到紙帶上一排孔的信息 ， 立即向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出一個中斷請求信號 ， 要求處理所讀到的一個字符 。 以上是一個典型的單處理器數(shù)控系統(tǒng)的軟件結構 ， 該系統(tǒng)的位置控制由硬件處理 。 當位置控制用軟件來處理時 ， 則位置控制程序應安排在插補程序同一級或更高級的中斷服務程序中 。 在多微處理器系統(tǒng)中 ， 軟件將以上控制任務分配到各個處理器 ， 流水作業(yè)并行處理 。 處理器之間的協(xié)調仍可用中斷的方式 ， 只是有的中斷源變?yōu)橛善渌幚砥魃暾埖耐獠恐袛?。 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 、 磁盤或紙帶閱讀機等方式輸入的 ， 在軟件設計中 ， 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相對應的中斷服務程序 。 如在鍵盤輸入時 ， 每按一個按鍵 ， 硬件就向主機CPU發(fā)出一次中斷申請 ， 若 CPU響應中斷 ， 則就調用一次鍵盤服務程序 ， 完成相應鍵盤命令的處理 ， 鍵盤中斷服務程序的流程圖如圖 515所示 。 第 5 圖 515 鍵盤中斷服務程序 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轉換 相應 碼將字 符輸入緩 沖區(qū)打開 鍵盤結束字地 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)緩沖器到達零件程序存儲器 。 零件程序的存儲和讀取過程如圖 516所示 。 第 5 圖 516 程序的存取 (a) 零件程序存儲； (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 器( a )譯碼零件 程序緩沖 器零件 程序存儲 器( b )第 5 2) 譯碼就是將輸入的零件程序翻譯成本系統(tǒng)所能識別的語言 。 譯碼的結果存放在指定的存儲區(qū)內 ， 通常稱為譯碼結果寄存器 。 譯碼程序的功能就是把程序段中的各個數(shù)據(jù)根據(jù)其前后的文字地址送到相應的緩沖寄存器中 ， 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 區(qū)取 一個字 節(jié)數(shù)字 ？Y第一 個地址 ？NYN把數(shù) 字碼 寄存器中 數(shù)據(jù) 送入上一 個地 址的緩沖 寄存 器中結束 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程序翻譯完 ， 并在譯碼過程中對程序進行語法檢查 ， 若有語法錯誤則報警 ， 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行譯碼 ， 即數(shù)控系統(tǒng)進行加工控制時 ， 利用空閑時間來對后面的程序段進行譯碼 ， 這種方式可稱之為解釋 。 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 ， 有錯報警 。 用編譯方法可以節(jié)省時間 ， 使加工控制時數(shù)控系統(tǒng)不致太忙 ， 并可在編譯的同時進行語法檢查 ， 但需要占用的內存較大 。 一般數(shù)控代碼比較簡單 ， 用解釋方式占用的時間也不多 ， 所以 CNC系統(tǒng)常用解釋方式 。 第 5 3) （ 1） 進給速度控制 。 在開環(huán)系統(tǒng)中 ， 坐標軸運動的速度是通過控制步進電動機的進給脈沖頻率來實現(xiàn)的 。 開環(huán)系統(tǒng)的速度計算是根據(jù)程序的 F值來確定步進電動機進給脈沖頻率的 。 步進電動機走一步 ， 相應的坐標軸移動一個脈沖當量 δ ， 進給速度 F(mm／ min)與進給脈沖頻率的關系為 ?60Ff ?第 5 兩軸聯(lián)動時，各坐標軸的進給速度分別為 Fx=60fXδ Fy=60fYδ 式中 Fx、 Fy分別為 X軸、 Y軸的進給速度 (mm／ min)； fx、 fy分別為 X軸、 Y軸步進電動機的進給脈沖頻率。合成的進給速度為 22YX FFF ?? 在閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)中 ， 由于采用數(shù)據(jù)采樣插補法進行插補計算 ， 因此進給速度是根據(jù)編程的 F值 ， 計算出每個采樣周期的輪廓步長來獲得的 。 第 5 （ 2） 加減速控制 。 為了保證機床在啟動或停止時不產(chǎn)生沖擊 、 失步 、 超程或振蕩 ， 必須對送到伺服驅動裝置的進給脈沖頻率或電壓進行加減速控制 。 即在機床加速啟動時 ， 保證加在驅動電動機上的進給脈沖頻率或電壓逐漸增大；而當機床減速停止時 ， 保證加在驅動電動機上的進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)采用軟件來實現(xiàn) 。 加減速控制可以在插補前進行 ， 稱為前加減速控制；也可以在插補后進行 ， 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 插補器后加 減速? X 精插補坐標 位置 X , Y后加 減速? YX ??Y ??第 5 前加減速控制僅對程編指令速度 F進行控制 ， 其優(yōu)點是不會影響實際插補輸出的位置精度 ， 缺點是需要預測減速點 ， 而預測減速點的計算量較大 。 后加減速控制是對各軸分別進行加減速控制 ， 不需要預測減速點 ， 由于對各軸分別進行控制 ， 因此實際各坐標軸的合成位置就可能不準確 ， 但這種影響只是在加減速過程中才存在 ， 進入勻速狀態(tài)時這種影響就沒有了 。 加減速實現(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償 。 位置精度是數(shù)控機床最重要的一項指標 。 在點位 、 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 。 通過反向間隙補償及位置補償可提高數(shù)控機床的位置精度 。 第 5 反向間隙又稱失動量 ， 是由進給機械傳動鏈中的導軌副間隙 、 絲杠螺母副間隙及齒輪副齒隙 、 絲杠及傳動軸的扭轉 、 壓縮變形 ,以及其他構件的彈性變形等因素綜合引起的 。 由于反向間隙的存在 ， 因此當進給電動機轉向改變時 ， 會引起電動機空轉一定角度而工作臺不移動的現(xiàn)象 。 反向間隙補償是在電動機改變轉向時 ， 讓電動機多轉動一個角度 ， 消除間隙后才正式計算坐標運動的值 ， 即空走不計入坐標運動 。 各軸的反向間隙值可以離線測出 ， 如激光干涉儀等測距裝置 ， 補償數(shù)據(jù)作為機床參數(shù)存入數(shù)控系統(tǒng)中 ， 供補償時取用 。 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 ， 由于在機床工作臺上安裝了位置檢測裝置 ， 定位精度主要取決于位置檢測裝置的系統(tǒng)誤差 ， 如分辨率 、 線性度及安裝 、 調整造成的誤差 。 位置誤差補償是通過對機床全行程的離線測量 ， 得到定位誤差曲線 ， 在誤差達到一個脈沖當量的位置處設定正或負的補償值 。 當機床坐標軸運動到該位置時 ， 系統(tǒng)將坐標值加或減一個脈沖當量 ， 從而將實際定位誤差控制在一定的精度范圍內 。 位置誤差補償數(shù)據(jù)作為機床參數(shù)存入數(shù)控系統(tǒng)中 。 圖 520所示為數(shù)控機床一坐標軸位置誤差補償前后的定位誤差曲線 。 第 5 圖 520 (a) 補償前； (b) 補償后 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) 插補運算是 CNC系統(tǒng)中最重要的計算工作之一 。 在實際的CNC系統(tǒng)中 ， 常采用粗 、 精插補相結合的方法 ， 即把插補功能分成軟件插補與硬件插補兩部分 ， 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和終點之間進行數(shù)據(jù)的 “ 密化 ” ， 使刀具軌跡在允許的誤差之內 ， 即軟件實現(xiàn)粗插補 ， 硬件實現(xiàn)精插補 。 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)向驅動裝置 發(fā)出的模擬速度控制信號或一串脈沖指令 ， 同時接受位置反饋信號 ， 實現(xiàn)位置控制 。 S功能的信息用于主軸轉速控制 ， 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)對主軸進行控制 。 M、T功能主要涉及到開關量的邏輯控制 ， 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 、 刀庫選刀及機械手換刀 、工作臺交換等控制 。 第 5 6) CNC系統(tǒng)的管理軟件主要包括 CPU管理與外設管理 。 如前后臺程序的合理安排與協(xié)調工作 ， 中斷服務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 ， 減少故障停機時間 。 在設計診斷程序時 ， 診斷程序可以包括在系統(tǒng)運行過程中進行檢查與診斷 ， 也可以作為服務程序在系統(tǒng)運行前或故障發(fā)生停機后進行診斷 。 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)送端將機內的并行數(shù)據(jù)轉換成串行信號再發(fā)送出去 ， 接收端要將串行信號轉換成并行數(shù)據(jù)再送至機內處理 。 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)送雙方對數(shù)據(jù)的傳送應確定一致的且共同遵守的約定 ， 包括定時 、 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 ， 但接口比較復雜 。 第 5 異步串行通信接口在機床數(shù)控系統(tǒng)中應用比較廣泛 ， 主要的接口標準有 RS232C／ 20mA電流環(huán)和 RS422／ RS449， 此外RS485串行接口也得到了廣泛應用 。 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)對共模干擾有抑制作用 ， 并可采用隔離技術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 100 m。 RS422規(guī)定了雙端口電氣接口形式 ， 其標準是雙端線傳送信號 。 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 ， 故可大大改善通信性能 ， 最大傳輸距