【正文】 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 。 它的基本原理可以用右圖所示的函數(shù)積分表示，從微分幾何概念來看，從時刻 0到時刻 t求函數(shù) y=f(t)曲線所包圍的面積時，可用積分公式： ?? t tdtfS 0 )( （ 1） 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 65頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 如果將 0~t的時間劃分成時間間隔為 Δt的有限區(qū)間，當(dāng) Δt足夠小時，可得近似公式： Δ t y=f(t) ti1 ti O t 數(shù)字積分原理 y ?? t tdtfS 0 )(tydtfS niitt ??? ????110 )( 式中 yi1為 t=ti1時 f(t)的值，此公式說明：積分可以用數(shù)的累加來近似代替，其幾何意義就是用一系列小矩形面積之和來近似表示函數(shù) f(t)下面的面積。實(shí)現(xiàn)數(shù)字積分插補(bǔ)計算 的裝置稱為數(shù)字積分器，或數(shù)字微分器 (Digital Differential Analyzer, DDA)， 數(shù)字積分器可以用軟件來實(shí)現(xiàn)。 所以： 刀具進(jìn)給速度與插補(bǔ)時鐘頻率 f 和與 X軸夾角 有關(guān) fNVL ??? s inc o s LLYXN ee ?????? c oss in ??fV?數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 63頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 （ 5）逐點(diǎn)比較法的象限處理 ? 1）分別處理法 ? 四個象限的直線插補(bǔ)，會有 4組計算公式，對于 4個象限的逆時針圓弧插補(bǔ)和 4個象限的順時針圓弧插補(bǔ)，會有 8組計算公式 ? 2）坐標(biāo)變換法 ? 用第一象限逆圓插補(bǔ)的偏差函數(shù)進(jìn)行第三象限逆圓和第二、四象限順圓插補(bǔ)的偏差計算，用第一象限順圓插補(bǔ)的偏差函數(shù)進(jìn)行第三象限順圓和第二、四象限逆圓插補(bǔ)的偏差計算。終點(diǎn)判別是判斷進(jìn)給總步數(shù) N=6+4=10，將其存入終點(diǎn)判別計數(shù)器中，每進(jìn)給一步減 1，若 N=0，則停止插補(bǔ) 。 ? ① 判斷插補(bǔ)或進(jìn)給的總步數(shù)：； ? ② 判斷 XiXe≥ 0， 且 YiYe≥ 0， 成立插補(bǔ)結(jié)束 。 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 54頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 （ 2）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) Y X F0 F0 Pi (Xi,Yi) E (Xe,Ye) O ? 1）偏差函數(shù)構(gòu)造 ? 對于第一象限直線 OE上任一點(diǎn) (X,Y):X/Y = Xe/Ye ? 若刀具加工點(diǎn)為 Pi（ Xi， Yi）， ? 則該點(diǎn)的偏差函數(shù) Fi可表示為 ? F=YXeXYe ? 若 Fi= 0， 表示加工點(diǎn)位于直線上； ? 若 Fi 0， 表示加工點(diǎn)位于直線上方； ? 若 Fi 0， 表示加工點(diǎn)位于直線下方 。 逐點(diǎn)比較法可以實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)及其它曲線插補(bǔ)。 （ 1）插補(bǔ)原理及特點(diǎn) 原理 ：每次僅向一個坐標(biāo)軸輸出一個進(jìn)給脈沖，而每走一步都要通過偏差函數(shù)計算，判斷偏差點(diǎn)的瞬時坐標(biāo)同規(guī)定加工軌跡之間的偏差，然后決定下一步的進(jìn)給方向。 (3)合成速度的均勻性指標(biāo) ☆ 合成速度的均勻性：插補(bǔ)運(yùn)算輸出的各軸進(jìn)給率，經(jīng)運(yùn)動合成的實(shí)際速度（ Fr）與給定的進(jìn)給速度（ F ）的符合程度。 ☆ 采用逼近誤差和計算誤差較小的插補(bǔ)算法；采用優(yōu)化的小數(shù)圓整法，如：逢奇（偶）四舍五入法、小數(shù)累進(jìn)法等。 (2)插補(bǔ)精度： 插補(bǔ)輪廓與給定輪廓的符合程度，它可用插補(bǔ)誤差來評價。 ☆ 插補(bǔ)算法穩(wěn)定的充必條件：在插補(bǔ)運(yùn)算過程中，對計算誤差和舍入誤差沒有累積效應(yīng)。該裝置按伺服檢測采樣周期采集實(shí)際位移，并反饋給插補(bǔ)器與指令比較，有誤差運(yùn)動，誤差為零停止，從而完成閉環(huán)控制。 采用時間分割思想，根據(jù) 編程的進(jìn)給速度 將輪廓曲線分割為每個插補(bǔ)周期的進(jìn)給直線段（又稱 輪廓步長 ）進(jìn)行數(shù)據(jù)密化，以此來逼近輪廓曲線。 一、概述 插補(bǔ)的基本概念 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 50頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 插補(bǔ)方法的分類 完成插補(bǔ)運(yùn)算的裝置或程序稱為插補(bǔ)器 硬件插補(bǔ)器 軟件插補(bǔ)器 軟硬件結(jié)合插補(bǔ)器 從產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型分 直線插補(bǔ)、 二次曲線插補(bǔ) 從插補(bǔ)計算輸出的數(shù)值形式分 脈沖增量插補(bǔ) (基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ) ) 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ) 逐點(diǎn)比較法 數(shù)字積分法 脈沖乘法器 直線函數(shù)法 擴(kuò)展 DDA 二階遞歸算法 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 51頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)、數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)原理 每次插補(bǔ)結(jié)束僅向各運(yùn)動坐標(biāo)軸輸出一個控制脈沖，各坐標(biāo)僅產(chǎn)生一個脈沖當(dāng)量或行程的增量。每個中間點(diǎn)計算所需時間（ 插補(bǔ)運(yùn)算的速度 ）直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補(bǔ)中間點(diǎn)坐標(biāo)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(bǔ)算法是整個數(shù)控系統(tǒng)控制的核心。 插補(bǔ)有二層意思： 一是用小線段逼近產(chǎn)生基本線型（如直線、圓弧等）； 二是用基本線型擬合其它輪廓曲線。 （ 2）插補(bǔ)： 數(shù)控實(shí)際應(yīng)用中，對工件的輪廓曲線采用一小段直線或圓弧進(jìn)行擬合，以滿足精度要求 (也有需要拋物線和高次曲線擬合的情況 )，這種擬合方法就是“插補(bǔ)”，也叫插補(bǔ)原理。其管理的功能主要通過各級中斷服務(wù)程序之間的相互通信來解決 。圖 4— 24是這種結(jié)構(gòu)的前后臺程序關(guān)系圖。后臺程序 (背景程序 )是一個循環(huán)程序，它包括管理軟件和插補(bǔ)準(zhǔn)備程序。 4） 程序性中斷 程序中出現(xiàn)的異常情況的報警中斷 。 2） 內(nèi)部定時中斷：插補(bǔ)周期定時中斷和位置采樣定時中斷 。 各緩沖區(qū)數(shù)據(jù)交換和更新的同步是靠同步信號指針來實(shí)現(xiàn)的 。 ? 并發(fā)處理和流水處理的關(guān)鍵是 時間重疊 ， 是以資源重復(fù)的代價換得時間上的重疊 ， 或者說 以空間復(fù)雜性的代價換得時間上的快速性 。 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 43頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 流水處理技術(shù)的涵義 流水處理技術(shù)是利用重復(fù)的資源（ CPU），將一個大的任務(wù)分成若干個子任務(wù) (任務(wù)的分法與資源重復(fù)的多少有關(guān) )，這些小任務(wù)是彼此關(guān)系的，然后按一定的順序安排每個資源執(zhí)行一個任務(wù)，就象在一條生產(chǎn)線上分不同工序加工零件的流水作業(yè)一樣。 因此 ， 資源分時共享的并行處理只具有宏觀上的意義 ，即從微觀上來看 ， 各個任務(wù)還是逐一執(zhí)行的 。 其二：各任務(wù)占用 CPU的時間長度 ， 即 時間片的分配問題 。 ? 資源分時共享 ——在規(guī)定的時間長度 （ 時間片 ）內(nèi) ， 根據(jù)各任務(wù)實(shí)時性的要求 ， 規(guī)定它們占用CPU的時間 ， 使它們分時共享系統(tǒng)的資源 。 時間重疊： 根據(jù)流水線處理技術(shù) ， 使多個處理過程在時間上相互錯開 ， 輪流使用 同一套設(shè)備的幾個部分 。 并行處理的分類： “ 資源重復(fù) ” ， “ 時間重疊 ” 和 “ 資源共享 ” 。 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 37頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 多任務(wù)并行處理 （ 1） CNC裝置的多任務(wù)性 CNC裝置 管 理 控 制 輸入 顯示 位控 診斷 I/O 插補(bǔ) 位控 譯 碼 刀 補(bǔ) 速度處理 輸 入 I/ O 處 理 顯 示 診 斷 通 訊 譯 碼 刀 具 補(bǔ) 償 速 度 處 理 位 置 控 制 插 補(bǔ) 裝置軟件任務(wù)分解 軟件任務(wù)的并行處理 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 38頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 （ 2）并行處理 并行處理： 是指計算機(jī)在同一時刻或同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作 。 管理方式： 單微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)：前后臺型和中斷型的軟件結(jié)構(gòu) 。 系統(tǒng)軟件的組成： （ 管理和控制 ） 管理部分： 輸入 、 I/O處理 、 通訊 、 顯示 、 診斷以及加工程序的編制管理等程序 。 3）網(wǎng)絡(luò)化 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 35頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 一、 CNC裝置軟硬件的分工 CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 三種典型 CNC裝置軟硬件的分工 紙 帶 輸 入 插補(bǔ) 準(zhǔn)備 插 補(bǔ) 位 控 紙 帶 輸 入 插補(bǔ) 準(zhǔn)備 插 補(bǔ) 位 控 速 控 電 機(jī) 測量 第一種 第二種 第三種 硬件 硬件 軟件 硬件 硬件 軟件 軟件 硬件 硬件 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 36頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 二、 CNC系統(tǒng)控制軟件的特點(diǎn) CNC系統(tǒng)是一個專用的實(shí)時多任務(wù)計算機(jī)控制系統(tǒng)，它的控制軟件也用了計算機(jī)軟件技術(shù)中的許多先進(jìn)技術(shù)。 ： 1）在控制系統(tǒng)技術(shù)，接口技術(shù)、檢測傳感技術(shù)、執(zhí)行器技術(shù)、軟件技術(shù)五大方面開發(fā)出優(yōu)質(zhì)、先進(jìn)、適銷的經(jīng)濟(jì)、合理的開放式數(shù)控系統(tǒng)。可界面開放，提高人機(jī)界面的功能。已生產(chǎn)的大量 CNC系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上變化，對維修和可靠性不利。 易實(shí)現(xiàn)，研究單位和高校。 數(shù)控技術(shù) 第五章 計算機(jī)數(shù)控 (CNC)系統(tǒng) 第 34頁共 87頁 退 出 目 錄 頁 返 回 概述 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)原理 CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制 ② PC嵌入式 :把一塊多軸運(yùn)動控制卡插入傳統(tǒng)的 PC中，運(yùn)動卡運(yùn)行以坐標(biāo)軸運(yùn)動為主的實(shí)時控制（作為數(shù)控功能運(yùn)行）。運(yùn)動執(zhí)行通過伺服卡傳遞數(shù)據(jù)，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動坐標(biāo)軸電機(jī)。 ⑤統(tǒng)一的人機(jī)界面。 ③互操作性：模塊在一起工作時，表現(xiàn)為相互協(xié)調(diào)，可以根據(jù)定義相互交換數(shù)據(jù)。其特點(diǎn)： ①可移植性：在保持應(yīng)用模塊功能的情況下，不需任何變化就可以應(yīng)用到不同的平臺上。這