【文章內(nèi)容簡介】 計算，為各坐標軸提供位置給定量。 （ 3） 位置控制模塊 插補后的坐標位置給定值與位置監(jiān)測器測得的位置實際值進行比較，進行自動加減速、回基準點、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和飄移補償，最后得到速度控制的模擬電壓，去驅(qū)動進給電機。 2023/1/16 41 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 三、多微處理機結(jié)構(gòu)的 CNC裝置 （ 4） PLC模塊 零件加工中的某些輔助功能和從機床來的信號在PLC模塊中作邏輯處理，實現(xiàn)各功能與操作方式之間的連接，機床電器設(shè)備的啟停、刀具交換、轉(zhuǎn)臺分度、工件數(shù)量和運轉(zhuǎn)時間的計數(shù)等。 （ 5）操作與控制數(shù)據(jù)輸入輸出和顯示模塊 。零件加工程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)、各種操作命令的輸入輸出、顯示所要求的各種電路。 （ 6）存儲器模塊。 該模塊指存放程序和數(shù)據(jù)的主存儲器，或功能模塊間數(shù)據(jù)傳送的共享存儲器。 多微處理機結(jié)構(gòu)的 CNC裝置的優(yōu)點 與單微處理機結(jié)構(gòu) CNC裝置相比，多微處理機結(jié)構(gòu) CNC裝置有以下優(yōu)點： 2023/1/16 42 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 三、多微處理機結(jié)構(gòu)的 CNC裝置 （ 1）運算速度快，性能價格比高。 多微處理機結(jié)構(gòu)中每一微處理機完成某一特定功能，相互獨立，并且并行工作，所以運算速度快。它適應多軸控制，高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求，由于系統(tǒng)共享資源，故性能價格比高。 （ 2）適應性強、擴展容易。 多微處理機結(jié)構(gòu) CNC裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)?？蓪⑽⑻幚頇C、存儲器、輸入輸出控制分別作成插件板，或?qū)⑵浣M成獨立的硬件模塊，相應的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中，這樣可以積木式組成 CNC裝置，具有良好的適應性和擴展性，維修也方便。 （ 3）可靠性高。 由于多微處理機功能模塊獨立完成某一任務，所以某一功能模塊出故障，其它模塊照常工作，不至于整個系統(tǒng)癱瘓，只要換上正常模塊就解決問題，提高系統(tǒng)可靠性。 （ 4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn) 一般硬件是通用的，易于配置，只要開發(fā)新的軟件就可以構(gòu)成不同的 CNC裝置，便于組織規(guī)模生產(chǎn)，保證質(zhì)量，形成批量。 2023/1/16 43 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)軟件是一個典型而又復雜的實時系統(tǒng) 。 本節(jié)將首先介紹系統(tǒng)軟硬件界面的關(guān)系 ， 然后從系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)流的角度來分析 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程 ， 并從 多任務性和實時性 的角度來分析 CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點 ， CNC裝置的軟件是為完成 CNC數(shù)控機床的各項功能而專門設(shè)計和編制的 ， 是一種專用軟件 ， 其結(jié)構(gòu)取決于軟件的分工 ， 也取決于軟件本身的結(jié)構(gòu)特點 。 軟件功能是 CNC裝置的功能體現(xiàn) 。 一些廠商生產(chǎn)的 CNC裝置 ， 硬件設(shè)計好后基本不變 ， 而軟件功能不斷升級 ，以滿足制造業(yè)發(fā)展的要求 。 2023/1/16 44 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 軟件與硬件實現(xiàn)各種功能的特點和關(guān)系 關(guān)系：從理論上講 ， 硬件能完成的功能也可以用軟件來完成 。 從實現(xiàn)功能的角度看 ， 軟件與硬件在邏輯上是等價的 。 特點：硬件處理速度快，但靈活性差，實現(xiàn)復雜控制的功能困難軟件設(shè)計靈活，適應性強，但處理速度相對較慢 。 軟 、 硬件實現(xiàn)功能的分配 —— 軟件硬件功能界面劃分 功能界面劃分的準則：系統(tǒng)的性能價格比 一、 CNC裝置軟件和硬件的功能界面 2023/1/16 45 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)功能界面的幾種劃分： 輸 入 預處理 位置檢測 插補運算 位置控制 速度控制 伺服電機 程序 硬件 硬件 硬件 硬件 軟件 軟件 軟件 軟件 軟件和硬件的功能界面 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 一、 CNC裝置軟件和硬件的功能界面 2023/1/16 46 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 一、 CNC裝置軟件和硬件的功能界面 四種功能界面的劃分 ， 代表了不同時期的數(shù)控裝置產(chǎn)品 。 數(shù)控裝置發(fā)展的趨勢是 軟件承擔的任務越來越多 。 這主要是由于計算機的運算處理能力不斷增強 ， 使軟件運行的速度大大提高的結(jié)果 。這種趨勢并不是一成不變的 ， 隨著電子技術(shù)的發(fā)展 ， 硬件的成本也在不斷降低 ， 如果硬件的制造可以做到象軟件一樣靈活 ， 能夠根據(jù)特殊需求 ，專門制做的時候 ， 硬件所擔負的功能還會逐步增加 。 2023/1/16 47 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) CNC裝置系統(tǒng)軟件的主要任務：如何將由零件加工程序表達的加工信息 ， 變換成各進給軸的位移指令 、 主軸轉(zhuǎn)速指令和輔助動作指令 ，控制加工設(shè)備的軌跡運動和邏輯動作 ， 加工出符合要求的零件 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 2023/1/16 48 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 加工程序 譯 碼 譯碼緩沖區(qū) 刀補處理 刀補緩沖區(qū) 速度預處理 插補緩沖區(qū) 插補處理 運行緩沖區(qū) 伺服驅(qū)動 位控處理 位置反饋 PLC控制 CNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 2023/1/16 49 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 在系統(tǒng)軟件中各程序間的數(shù)據(jù)交換方式一般都是 通過緩沖區(qū)進行的 。 該緩沖區(qū)由若干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成 ， 當前程序段被解釋完后便將該段的數(shù)據(jù)信息送入緩沖區(qū)組中空閑的一個 。 后續(xù)程序 （ 如刀補程序 ） 從該緩沖區(qū)組中獲取程序信息進行工作 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 2023/1/16 50 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 一、零件程序的輸入 零件程序的輸入 零件程序的輸入對于早期的數(shù)控裝置是用紙帶閱讀機鍵盤進行?，F(xiàn)代的數(shù)控裝置可通過通信方式或其它輸入裝置實現(xiàn)。紙帶閱讀機中斷服務程序執(zhí)行一次只讀入一個字符，而且要經(jīng)過一系列的檢查判別，認為合格后才能存入緩沖區(qū)。鍵盤中斷服務程序執(zhí)行一次讀入一個按鍵的信息，即按下一個鍵就向 CPU 申請一次中斷。在鍵盤服務程序中將鍵盤上打入的字符送入MDI緩沖器，然后再送入零件程序存儲器。 (圖 433） 數(shù)據(jù)存放形式 在零件程序存儲器中可以儲存多個零件程序，零件程序一般是按順序存放的，為了方便零件程序的調(diào)用， 2023/1/16 51 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 在零件程序存儲器中還開辟了目錄區(qū)，在目錄區(qū)中按固定格式存放著相應零件程序的有關(guān)信息，形成目錄表，目錄表的每一項對應一個零件程序。（圖 434） 儲存的零件程序通常已不用 ISO代碼或 EIA代碼表示，而是將它轉(zhuǎn)換為某些數(shù)控內(nèi)部代碼。（如表 42） 例如：程序 N10 G91 G01 X100 Y50 F150 M03 LF 轉(zhuǎn)換成數(shù)控內(nèi)部碼如表 43，為該零件程序段存儲器中的信息。 零件加工程序的編輯 將零件加工程序輸入后，常常需對該程序編輯，編輯工作主要有插入、刪除、替換和修改等操作。 2023/1/16 52 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 二、 譯碼 (解釋 ) 將用文本格式（通常用 ASCII碼）表達的零件加工 程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成數(shù)控系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式（本例是指刀補處理程序所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式））。并按系統(tǒng)規(guī)定的格式放在譯碼結(jié)果緩沖器中為后續(xù)程序使用。 譯碼有解釋和編譯兩種方法。解釋方法是將輸入程序整改成某種形式，在執(zhí)行時由計算機順序取出進行分析、判斷和處理，即一邊解釋一邊執(zhí)行。編輯方法是將輸入程序作為源程序，對它進行編譯，形成由機器指令組成的目的程序，然后計算機執(zhí)行這個目的程序。 譯碼工作主要有：代碼識別和各項功能的譯碼 2023/1/16 53 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 代碼識別 在 CNC系統(tǒng)中，代碼識別由軟件完成。譯碼程序從零件緩沖器中逐個輸入字符代碼，將其與相應數(shù)字作比較，若相等就說明輸入了該字符。（圖 435） 各功能碼的譯碼 經(jīng)代碼識別設(shè)立了各功能代碼的標志后，就可以分別對各功能碼進行處理了。 對于不同的 CNC系統(tǒng)來說，編程格式有自己的規(guī)定，所以可以將譯碼結(jié)果緩沖器的設(shè)置與零件程序段格式相對應。（如表 44） 各個功能代碼的處理方式是不盡相同的，表 44，除 G代碼和 M代碼分組外，其與功能代碼只有一項，其地址在內(nèi)存中是指定的，因此，譯碼程序根據(jù)代碼識別設(shè)置的各功能碼的標志，確定其存放其相應數(shù)碼的地址，以便送入數(shù)據(jù)。 （圖 436） 2023/1/16 54 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 刀補處理的主要工作： 根據(jù) G90/G91計算零件輪廓的終點坐標值 。 根據(jù) R和 G41/42， 計算本段刀具 中心軌跡的終點 （ P’ e/P〃 e） 坐標值 。 根據(jù)本段與前段連接關(guān)系 ， 進行段間連接處理 。 2. 刀補處理 (計算刀具中心軌跡 ) 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 Pe（ 200， 300） X R P0（ 72， 48） Pe” Pe’ G41 G42 Y 2023/1/16 55 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 速度預處理 主要功能是根據(jù)加工程序給定的進給速度 ， 計算在每個插補周期內(nèi)的合成移動量 ， 供插補程序使用 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 2023/1/16 56 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 速度處理程序主要完成以下幾步計算： 計算本段總位移量： 直線：合成位移量 L； 園?。嚎偨俏灰屏?α 。 計算每個插補周期內(nèi)的合成進給量： ΔL= F*Δt/60 （ μ m） 式中： F進給速度值（ mm/min）； △ t數(shù)控系統(tǒng)的插 補周期（ ms） L α 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 2023/1/16 57 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 插補計算 主要功能： 根據(jù)操作面板上 “ 進給修調(diào) ” 開關(guān)的設(shè)定值 ， 計算本次插補周期的實際合成位移量： △ L1=△ L*修調(diào)值 將 △ L1按插補的線形 （ 直線 ， 園弧等 ） 和本插補點所在的位置分解到各個進給軸 ， 作為各軸的位置控制指令 （ △ X △ Y1） 。 經(jīng)插補計算后的數(shù)據(jù)存放在運行緩沖區(qū)中 ， 以供位置控制程序 之用 。 本程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補周期 △ t定時運行 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 2023/1/16 58 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 位置控制處理 f（） + + + + + 插補輸出 △ X1△ Y1 指令位置 X1新 Y1新 跟隨誤差 △ X3△ Y