【正文】 236 基于實時操作系統(tǒng) 軟件結(jié)構(gòu)圖 RTOS 模塊（任務(wù)）1 模塊（任務(wù)）2 模塊（任務(wù)）? …… 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 基于實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點： ? ⑴ 弱化功能模塊間的耦合關(guān)系 ?數(shù)控系統(tǒng)各功能模塊之間在邏輯上存在著耦合關(guān)系，在時間上存在著時序配合關(guān)系。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。 ?在本模式中，設(shè)計者只須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(diào)用關(guān)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(guān)系。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 基于實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點： ? ⑵ 系統(tǒng)的開放性和可維護性好 ?從本質(zhì)上講，前述結(jié)構(gòu)模式采用的是單一流程加中斷控制的機制，一旦開發(fā)完畢，系統(tǒng)將是完全封閉（對系統(tǒng)的開發(fā)者也是如此），若想對系統(tǒng)進行功能擴充和修改將是困難的。 ?在本模式中，系統(tǒng)功能的擴充或修改，只須將編寫好的任務(wù)模塊（模塊程序加上任務(wù)控制塊（ TCB）），掛到實時操作系統(tǒng)上（按要求進行編譯）即可。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性。 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) ? 基于實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點： ? ⑶ 減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量 ?在數(shù)控系統(tǒng)軟件開發(fā)中，系統(tǒng)內(nèi)核（任務(wù)管理、調(diào)度、通信機制）的設(shè)計開發(fā)的往往是很復(fù)雜的，而且工作量也相當(dāng)大。當(dāng)以現(xiàn)有的實時操作系統(tǒng)為內(nèi)核時，即可大大減少系統(tǒng)的開發(fā)工作量和開發(fā)周期。 內(nèi)容小結(jié) 數(shù)控 裝置軟件和硬件的功能界面 數(shù)控 裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 數(shù)控 裝置的軟件系統(tǒng)特點 數(shù)控 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式 數(shù)據(jù)處理 ? 用戶輸入的零件加工程序，插補程序是不能直接應(yīng)用的，必須先由數(shù)據(jù)處理程序模塊對用戶程序進行數(shù)據(jù)處理，得出插補程序所需要的數(shù)據(jù)信息和控制信息。所以數(shù)據(jù)處理程序又稱為 插補準備程序 。 ? 數(shù)據(jù)處理主要包括 零件程序的輸入、譯碼、刀具補償和處理用緩沖區(qū) 等。 ? 零件程序的輸入 ? 零件程序的輸入一般通過紙帶閱讀機、磁帶機及 MDI鍵盤或通信方式進行。輸入大都采用中斷方式，系統(tǒng)程序中有中斷服務(wù)程序。 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 零件程序是一個一個字符輸入數(shù)控系統(tǒng)的，數(shù)控系統(tǒng)的接口接收到一個字符后就向 CPU發(fā)中斷信號，激活中斷服務(wù)程序，讀入一個字符。 ? 先進行奇偶校驗，檢查讀入字符的正確性；再進行語句的檢查，即檢查該字符是不是程序字的信息。例如， G代碼后的最多跟兩位數(shù)字，如果接收到 G代碼后又接收到了 3位數(shù)字，說明輸入的程序有錯誤；坐標(biāo)代碼輸入后接收到的數(shù)字超過機床的控制范圍，同樣說明輸入的程序有錯誤。上述檢查都通過后才把輸入的字符存入零件程序緩沖區(qū)。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 輸入一段完整的程序段后，還要進行語法檢查，即檢查各個字符是否符合程序段格式；字的順序?qū)Σ粚?；需要的信息是否完整等。通過了這些檢查之后，才可以把該程序段輸入到零件程序存儲器。 ? 如 圖 237所示為零件程序的輸入過程，零件程序緩沖區(qū)是零件程序進入 CNC的必經(jīng)之路。 ? 系統(tǒng)運行時從零件程序存儲器中讀取程序進行譯碼處理的過程如 圖 238（ a） 所示，紙帶工作方式時的傳送過程如 圖 238（ b） 所示。 ? 數(shù)控系統(tǒng)中最常用工作方式為 存儲器工作方式 ，即用鍵盤命令調(diào)出零件程序存儲器中指定的零件程序。但有時在工作中還允許用 MDI鍵盤輸入修正程序段。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 譯碼 ? 1．譯碼的處理準則 ? 與編程的要求相一致，對一個程序段進行譯碼與數(shù)據(jù)處理時也要規(guī)定一些處理準則，主要有以下幾條： ? （ 1）刀具上一段的終點是下一段的起點 ? 刀具在運動中只能是連續(xù)運動，不會發(fā)生跳躍，所以在編制零件程序時，每一個程序段中只有運動終點的信息，而沒有起點的信息，那么上一段的終點將是下一段的起點。根據(jù)這一準則，譯碼時就可以完整地知道一條曲線的全部信息。 ? 一個零件程序的第一段在譯碼時則把當(dāng)前刀具的位置作為程序段的起點，所示在正式加工，啟動循環(huán)前一定要準確地對刀。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? （ 2）控制點的選擇 ? 數(shù)控系統(tǒng)是把刀具作為一個動點加以控制的，但刀具是有幾何形狀的固體，而且還存在一個安裝位置問題，所以要選擇一個控制點，而數(shù)控系統(tǒng)就是要控制這一點的運動。 ? 在數(shù)控銑床控制中，主平面（ XY）常以刀具的中心為控制點， Z方向則常為刀具的最前端。而數(shù)控車床則有所不同，經(jīng)常選擇的控制點為安裝刀具的刀架中心，這就造成數(shù)控車床控制始終要有刀具半徑補償和刀具長度補償。如果數(shù)控銑床Z方向的控制點是刀具錐柄端，則也需要刀具長度補償。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? （ 3）按機床坐標(biāo)系譯碼與計算 ? 每臺機床都有固有的坐標(biāo)系，這個坐標(biāo)系稱為機床坐標(biāo)系，機床的控制，即譯碼、數(shù)據(jù)處理、位置控制都是以機床坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的。 ? （ 4）模態(tài)代碼的處理 ? 模態(tài)代碼一旦指定，后續(xù)程序段中如果沒有出現(xiàn)同組（ G代碼）或同類（ M代碼）的代碼，或者沒有改變指令值（ A、 F、 D、 H、 X、 Y、 Z代碼），則該代碼一直有效，其對應(yīng)的譯碼信息一直保持不變，亦下一程序段是在繼承上一程序段模態(tài)信息的前提下進行譯碼的。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ?2．譯碼 ? 譯碼概念： 譯碼是以程序段為單位處理用戶加工程序，將其中的輪廓信息、加工速度和輔助功能信息，翻譯成便于計算機處理的信息格式，存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。 ? 如果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，這稱為 編譯 ； ? 如果是在加工過程中進行譯碼，即計算機進行加工控制時，利用空閑時間來對后面的程序段進行譯碼，這稱為解釋 。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 用編譯的方式可以節(jié)省時間，可使加工控制時計算機不致太忙，并可在編譯的同時進行語法檢查，但需要占用較大內(nèi)存； ? 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，有錯則報警，以免加工到中途再發(fā)現(xiàn)錯誤，造成工件報廢。 ? 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，但目前隨著編程方式的改進和數(shù)控代碼的復(fù)雜化，編譯方式的應(yīng)用也逐漸廣泛起來。 數(shù)據(jù)處理 ? 譯碼過程： ? 在數(shù)控系統(tǒng)中，用戶程序一般都先讀入內(nèi)存存放。程序存放的位置可以是零件程序存儲區(qū)、零件程序緩沖區(qū)或者鍵盤輸入（ MDI）緩沖區(qū)。譯碼程序?qū)?nèi)存中的用戶程序進行譯碼。譯碼程序必須找到要運行的程序的第一個字符，即第一個程序段的第一地址字符，才能開始譯碼。譯碼程序讀進地址字符，根據(jù)不同的字母做不同的處理。遇到功能代碼，將其之后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為特征碼，并存放于對應(yīng)的規(guī)定單元。若是尺寸代碼，將其后的數(shù)字串轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)，并存放于對應(yīng)的規(guī)定區(qū)域，數(shù)字串以空格或字母結(jié)束。處理完一個地址字后繼續(xù)往后讀，放棄地址之間的空格，讀下一字符，處理其后的數(shù)據(jù)，直到讀到 LF字符為止，即翻譯完一段程序。如 圖 239所示為譯碼程序流程圖。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 程序段中坐標(biāo)值譯碼最為復(fù)雜，這是因為為了滿足不同的零件加工需要，坐標(biāo)值有多種編程方法，對應(yīng)的就有多種編程方法的坐標(biāo)值譯碼處理。 ? 常見的譯碼處理主要有： 增量編程譯碼、工件坐標(biāo)系下的編程譯碼、公英制編程譯碼和極坐標(biāo)譯碼等。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 刀具補償 ? 加工程序中的刀具運動軌跡通常按刀具中心和刀尖編寫，所以在程序執(zhí)行前必須輸入相應(yīng)的刀具半徑和長度，這對加工中心尤其重要。刀具半徑和長度可以用普通的量具手工測量，也可用專門的刀具測量儀測量。 ? 操作者可以通過每把刀的刀尖在 Z軸方向相對于機床上同一 “ 對刀面 ” 的位置差來作為長度偏移值進行補償，采用數(shù)控系統(tǒng)本身提供的 “ 半自動刀具長度測量 ” 功能，輸入相對于 “ 標(biāo)準刀具 ” 的長度補償值。 ? 自動刀具半徑 /長度和工件測量功能，需要配備專用的接觸式傳感器及激光測頭和信號接收器。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 選用此功能時應(yīng)明確以下幾點： ? （ 1）接觸式傳感器和信號接收器安裝在機床工作區(qū)內(nèi)，它的防護十分重要，切削量大，使用噴淋沖洗的機床不宜安裝； ? （ 2）進行上述測量需要占用機床加工時間，可能影響機床的效率； ? （ 3）工件測量功能的一般用途是測量工件毛坯上作為程編原點的基準孔中心或其它基準點的位置，代替人工“ 對刀 ” ，它的精度不會高于機床本身的定位精度。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 在數(shù)控加工中有 3種補償： ? 刀具半徑補償 ? 刀具長度補償 ? 夾具偏置補償。 ? 這三種補償基本上能解決在加工中因刀具形狀而產(chǎn)生的軌跡問題。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? 1．刀具半徑補償 ? 什么是刀具半徑補償 (Tool Radius Compensation offset)？ ? 是使刀具在所選的平面內(nèi)向左或向右偏置一個半徑值，編程時只需按零件輪廓編程，不需要計算刀具中心運動軌跡，從而方便、簡化計算和程序編程。 ? 或： 根據(jù)按零件輪廓編制的程序和預(yù)先設(shè)定的偏置參數(shù)，數(shù)控裝置能實時自動生成刀具中心軌跡的功能稱為 刀具半徑補償功能 。 ? 刀具半徑補償?shù)氖褂檬峭ㄟ^指令 G4 G4G40來執(zhí)行的，分別為左刀補、右刀補、刀補取消。 數(shù)據(jù)處理 ? 刀具半徑補償功能的主要用途： ? 實時將編程軌跡變換成刀具中心軌跡 ?？?避免在 加工中由于刀具半徑的變化 (如由于刀具損壞而換刀等原因 )而重新編程的麻煩。 ? 刀具半徑誤差補償 ，由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑的變化，也不必重新編程，只須修改相應(yīng)的偏置參數(shù)即可。 ? 減少粗、精加工程序編制的工作量 。由于輪廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時，均要為精加工工序預(yù)留加工余量。加工余量的預(yù)留可通過修改偏置參數(shù)實現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個程序。 數(shù)據(jù)處理 ? 刀具補償兩個方向判別： ?在補償平面內(nèi)，沿著刀具前進方向看去，刀具在輪廓左邊用左刀補，刀具在輪廓右邊用右刀補。如 圖 240所示。 數(shù)據(jù)處理 起刀點 刀補建立 刀補進行 刀補撤銷 編程軌跡 刀具中心軌跡 ? 刀具半徑補償過程中，其運動軌跡可分為三個過程： ? 刀補建立 ? 刀補進行 ? 刀補撤銷 圖 241 刀具半徑補償過程 數(shù)據(jù)處理 ? （ 1）刀具補償?shù)慕?。設(shè)置刀具半徑補償值。 ? （ 2）刀具補償?shù)膱?zhí)行。讓刀具移動來使補償有效，此時刀具中心軌跡始終偏離程序軌跡一個設(shè)定的距離。 ? （ 3）刀具補償?shù)娜∠Ｓ?G40正確地取消半徑補償。 ? 在切削完成而刀具補償結(jié)束時，一定要用 G40使補償無效。 G40的使用一定要等刀具完全切削完畢并安全地退出工件以后才能執(zhí)行 G40命令來取消補償。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。 上一頁 下一頁 返回 數(shù)據(jù)處理 ? （ 1） B功能刀具半徑補償 上一頁 下一頁 返回 刀具半徑補償?shù)某Ｓ梅椒ǎ? ? B刀補的特點是：刀具中心軌跡的段間連接都是以 圓弧 進行的。其算法簡單、容易實現(xiàn)。 ?如圖示 243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’ 圖 243 B功能刀補 數(shù)據(jù)處理 ? 在外輪廓尖角加工時，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。 ? 在內(nèi)輪廓尖角加工時，由于 C”點不易求得 (受計算能力的限制 )編程人員必須在零件輪廓中插入一個半徑大于刀具半徑的園弧，這樣才能避免產(chǎn)生過切。 ? 這種刀補方法，無法滿足實際應(yīng)用中的許多要求。因此現(xiàn)在用得較少，而用得較多的是 C刀補。 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： 數(shù)據(jù)處理 ? （ 2） C功能刀具半徑補償（ C刀補） 上一頁 下一頁 返回 兩端輪廓的刀具中心軌跡之間采用 直線 連接。 特點： 尖角工藝性好 可實現(xiàn)過切自動預(yù)報 (在內(nèi)輪廓加工時 ) ，從而避免產(chǎn)生過切。 A’ B’ C” C B A G41 刀具 G42 刀具 編程軌