【文章內(nèi)容簡介】 有 任務管理、多種實時任務調度機制 （如優(yōu)先級搶占調度、時間片輪轉調度等）、任務間的通信機制 （如郵箱、消息隊列、信號燈等）等功能。 CNC系統(tǒng)軟件完全可以在實時操作系統(tǒng)的基礎上進行開發(fā)。 56 基于實時操作系統(tǒng)的結構模式的優(yōu)點 ?弱化功能模塊間的耦合關系： 設計者只需考慮模塊自身功能的實現(xiàn)，然后按規(guī)則掛到實時操作系統(tǒng)上，而模塊間的調用關系、信息交換方式等功能都由實時操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。從而弱化了模塊間的耦合關系。 ?系統(tǒng)的開放性和可維護性好。 ?減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量。 57 方法： ①在商品化的實時操作系統(tǒng)下開發(fā) CNC裝置軟件，國外有些著名廠家采用了這種方式； ②將通用 PC機操作系統(tǒng) (DOS、 WINDOWS)擴充擴展成實時操作系統(tǒng)，然后在此基礎上開發(fā) CNC裝置軟件。 目前國內(nèi)有些生產(chǎn)廠家采用方法②。其優(yōu)點在于 DOS、WINDOWS得到普遍應用，擴充擴展相對較容易。其缺點是安全性受制于人。對策：利用具有自主知識產(chǎn)權的操作系統(tǒng)。北京中科紅旗軟件技術有限公司紅旗 Linux。 58 CNC裝置的插補原理 插補的定義及分類 脈沖增量插補算法 數(shù)字增量插補算法 59 插補的定義及分類 插補的定義 定義：根據(jù)給定進給速度和給定輪廓線形的要求， 在輪廓的已知點之間，確定一些中間點 的方法，這種方法稱為插補方法或插補原理。 插補算法：對應每種插補方法 (原理 )的各種實現(xiàn)算法。 插補功能 是 輪廓控制系統(tǒng) 的本質特征。 脈沖當量： 相對于每個脈沖信號，機床移動部件的位移量。 脈沖當量影響數(shù)控機床的加工精度，越小，加工精度越高。 60 插補的任務 : 根據(jù)進給速度的要求，在輪廓起點和終點之間計算出若干個中間點的坐標值 . 每個中間點計算所需 時間 直接影響系統(tǒng)的 控制速度 插補中間點坐標值的 計算精度 又影響到數(shù)控系統(tǒng)的 控制精度 . 因此插補算法是整個數(shù)控系統(tǒng)控制的核心。 61 評價插補算法的指標 ?穩(wěn)定性指標； ?插補精度指標； ?合成速度的均勻性指標； ?算法簡單，便于編程。 62 穩(wěn)定性指標 ?插補運算是一種迭代運算，存在著算法穩(wěn)定性問題。 ?插補算法穩(wěn)定的充分必條件：在插補運算過程中，對計算誤差和舍入誤差沒有累積效應。 ?插補算法穩(wěn)定是確保輪廓精度要求的前提。 63 插補精度指標 插補精度： 插補輪廓與給定輪廓的符合程度，它可用插補誤差來評價。 插補誤差： ?逼近誤差（用直線逼近曲線時產(chǎn)生的誤差）； ?計算誤差（因計算字長限制產(chǎn)生的誤差）； ?圓整誤差 。 其中，逼近誤差和計算誤差與插補算法密切相關 。 一般要求上述三誤差的綜合效應小于系統(tǒng)的最小運動指令或脈沖當量。 64 合成速度的均勻性指標 ?合成速度的均勻性： 插補運算輸出的各軸進給率，經(jīng)運動合成的實際速度（ Fr）與給定的進給速度（ F）的符合程度。 ?速度不均勻性系數(shù)： ?合成速度均勻性系數(shù)應滿足： 100 %rFFF? ???1m ax %? ?65 插補的分類 1）脈沖增量插補（行程標量插補） 2）數(shù)字增量插補（時間標量插補） 66 1）脈沖增量插補 ①特點： 每次插補的結果僅產(chǎn)生一個單位的行程增量（一個 脈沖當量 ） ,以一個一個脈沖的方式輸出給步進電機 。 其 基本思想 是：用折線來逼近曲線（包括直線） 。 插補速度與進給速度密切相關，而且還受到步進電動機最高運行頻率的限制。 當脈沖當量為 10mm時，采用該插補算法所能獲得最高進給速度是 45m/min。 實現(xiàn)方法較簡單 ：通常僅用加法和移位運算方法就可完成插補 。用硬件實現(xiàn)這類運算的速度很快 ,也有用軟件來完成這類算法的。 67 ② 方法： 逐點比較法； 最小偏差法； 數(shù)字積分法； 目標點跟蹤法； 單步追綜法等。 ③用途： 主要用于早期的采用步進電機驅動的數(shù)控系統(tǒng)。由于此算法的速度指標和精度指標都難以滿足現(xiàn)在零件加工的要求，現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)很少采用。 68 2）數(shù)字增量插補 ?插補程序以一定的時間間隔定時 (插補周期 )運行，在每個周期內(nèi)根據(jù)進給速度計算出各坐標軸在下一插補周期內(nèi)的位移增量 （數(shù)字量）； ?其 基本思想 是：用直線段（內(nèi)接弦線，內(nèi)外均差弦線，切線）來逼近曲線（包括直線）； ?插補運算速度與進給速度無嚴格的關系。因而采用這類插補算法時， 可達到較高的進給速度 （一般可達 10m/min以上）。 69 ?數(shù)字增量插補特點： 實現(xiàn)算法較脈沖增量插補復雜，它對計算機的運算速度有一定的要求，不過現(xiàn)在的計算機均能滿足要求。 ?插補方法： 數(shù)字積分法 (DDA)、二階近似插補法、雙 DDA插補法、角度逼近插補法、時間分割法等。這些算法大多是針對圓弧插補設計的。 ?適用場合： 交、直流伺服電機為伺服驅動系統(tǒng)的閉環(huán)，半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，也可用于以步進電機為伺服驅動系統(tǒng)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，而且，目前所使用的 CNC系統(tǒng)中，大多數(shù)都采用這類插補方法。 70 脈沖增量插補算法 逐點比較法 是這類算法最典型的代表，它是一種最早的插補算法。 原理： CNC系統(tǒng)在控制過程中，能逐點地計算和判別運動軌跡與給定軌跡的偏差，（以折線來逼近直線或圓弧曲線，它與規(guī)定的直線或圓弧之間的最大誤差不超過一個脈沖當量）并根據(jù)偏差控制進給軸向給定輪廓靠攏，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。 71 Y X F0 F0 m (Xm,Ym) A (Xe,Ye) O m m e m eF Y X X Y??memeXXYY?若 Fm= 0， 表示加工點位于直線上； 若 Fm 0， 表示加工點位于直線上方； 若 Fm 0， 表示加工點位于直線下方。 若 m在直線上 直線插補 1）偏差函數(shù)構造 72 設在某加工點處，有 Fm=0，規(guī)定向 +X 方向走一步 則： Xm+1 = Xm +1 Ym+1 = Ym 新的偏差 ： Fm+1 = Ym+1Xe–Xm+1Ye=FmYe 若 Fm0， 規(guī)定 +Y 方向走一步，則有 則： Xm+1 = Xm Ym+1 = Ym +1 新的偏差 ： Fm+1 = Ym+1Xe–Xm+1Ye=Fm+Xe Y X F0 F0 m (Xm,Ym) Ae (Xe,Ye) O 73 2）終點判別 直線插補的終點判別可采用三種方法。 ①判斷插補或進給的總步數(shù)； ②分別判斷各坐標軸的進給步數(shù)； ③僅判斷進給步數(shù)較多的坐標軸的進給步數(shù)。 74 3）插補計算過程 插補計算時，每走一步，都要進行以下四個步驟的邏輯運算和算術運算，即： 偏差判別，坐標進給，偏差計算，終點判別 。 偏差判別 終點判別 進給輸出 偏差計算 終點退出 75 例 對于第一象限直線 OA， 終點坐標Xe=6 ,Ye=4， 插補從直線起點 O開始 ，故 F0=0 。 終點判別是判斷進給總步數(shù)N=6+4=10， 將其存入終點判別計數(shù)器中 ， 每進給一步減 1， 若 N=0， 則停止插補 。 步數(shù) 判別 坐標進給 偏差計算 終點判別 0 F0=0 ∑= 10 1 F=0 +X F1=F0Ye=04=4 ∑= 101=9 2 F0 +Y F2=F1+Xe=4+6=2 ∑= 91=8 3 F0 +X F3=F2Ye=24=2 ∑= 81=7 4 F0 +Y F4=F3+Xe=2+6=4 ∑= 71=6 5 F0 +X F5=F4Ye=44=0 ∑= 61=5 6 F=0 +X F6=F5Ye=04=4 ∑= 51=4 7 F0 +Y F7=F6+Xe=4+6=2 ∑= 41=3 8 F0 +X F8=F7Xe=24=2 ∑= 31=2 9 F0 +Y F9=F8+Xe=2+6=4 ∑= 21=1 10 F0 +X F10=F9Ye=44=0 ∑= 11=0 O A 9 8 7 5 4