【正文】 是將零件程序從零件程序存儲(chǔ)器取出送入緩沖器。這些信息在計(jì)算機(jī)作插補(bǔ)運(yùn)算與控制操作之前，需按一定的語(yǔ)法規(guī)則解釋成計(jì)算機(jī)容易處理的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在給定的內(nèi)存專(zhuān)用區(qū)間，即把各程序段中的數(shù)據(jù)根據(jù)其前面的文字地址送到相應(yīng)的緩沖寄存器中。 ３ 數(shù)據(jù)處理程序 數(shù)據(jù)處理程序有三個(gè)任務(wù)，即刀具半徑補(bǔ)償，速度計(jì)算（即根據(jù)合成速度算出各軸的分速度）以及輔助功能的處理等。 數(shù)據(jù)處理是為了減輕插補(bǔ)工作及速度控制程序的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，故也稱(chēng)為預(yù)計(jì)算。 （1）刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍? 在連續(xù)進(jìn)行輪廓加工過(guò)程中，由于刀具總有一定的半徑[例如銑刀的半徑或線切割機(jī)的鉬絲（或銅絲）半徑等］，所以刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡并不等于加工零件的輪廓。這種偏移即稱(chēng)為刀具半徑補(bǔ)償。反之，當(dāng)?shù)毒咛幱诰幊誊壽E前進(jìn)方向的右邊時(shí)，稱(chēng)右刀補(bǔ)，用G42表示，如圖中所示零件輪廓外部的虛線軌跡。G41，G42和G40均屬于模態(tài)代碼，一旦執(zhí)行便一直有效，直到同組其他代碼出現(xiàn)后才被取消。這種方法僅根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行刀補(bǔ)，不能解決程序段之間的過(guò)渡問(wèn)題，這樣編程人員必須事先估計(jì)出刀補(bǔ)后可能出現(xiàn)的間斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)的情況，進(jìn)行人為處理，將工件輪廓轉(zhuǎn)接處處理成圓弧過(guò)渡形式。而在G41刀補(bǔ)后出現(xiàn)交叉點(diǎn)時(shí)，C′′點(diǎn)不易求得，可事先在兩個(gè)程序段之間增加一個(gè)過(guò)渡圓弧AB，其半徑需大于刀具半徑，以免過(guò)切。 為保證一定的零件輪廓，實(shí)現(xiàn)刀具半徑補(bǔ)償，要計(jì)算刀具半徑補(bǔ)償矢量（簡(jiǎn)稱(chēng)刀補(bǔ)矢量）。在刀具補(bǔ)償程序中，需要計(jì)算出每個(gè)程序段中的刀補(bǔ)矢量，即計(jì)算出刀具的偏移量和旋轉(zhuǎn)角度。 （2）C功能刀具半徑補(bǔ)償 ①C刀具半徑補(bǔ)償?shù)脑砑坝?jì)算 硬件數(shù)控機(jī)床常用的刀具半徑補(bǔ)償方法，其主要特點(diǎn)是在程序段轉(zhuǎn)換時(shí)（如折線或直線與圓弧不相切時(shí)）采用圓弧過(guò)渡。理想的過(guò)渡形式應(yīng)是直線過(guò)渡形式。計(jì)算機(jī)數(shù)控的刀具半徑補(bǔ)償一般都采用直線過(guò)渡的方法，在系統(tǒng)程序中有一個(gè)刀具半徑補(bǔ)償子程序，需要時(shí)可調(diào)用之。ＮＣ裝置中采用的是硬件電路（即插補(bǔ)器）來(lái)實(shí)現(xiàn)各種軌跡的插補(bǔ)。計(jì)算機(jī)由若干條指令來(lái)實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)工作，但執(zhí)行每條指令都需要花費(fèi)一定的時(shí)間，而過(guò)去小型或微型計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度都不能滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床對(duì)進(jìn)給速度和分辨率的要求。即軟件實(shí)現(xiàn)粗插補(bǔ)，硬件實(shí)現(xiàn)細(xì)插補(bǔ)。 6．輸出程序 輸出程序的功能有如下幾項(xiàng)： （1）進(jìn)行伺服控制，如上所述。若某一軸由正向變成負(fù)向運(yùn)動(dòng)，則在反向前輸出 Q個(gè)正向脈沖；反之，若由負(fù)向變成正向運(yùn)動(dòng)，則在反向前輸出 Q個(gè)負(fù)向脈沖（Q為反向間隙，因?qū)嶋H情況而異）。 7．管理程序 當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段開(kāi)始插補(bǔ)加工時(shí)，管理程序即準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)段的讀入、譯碼、處理，調(diào)用各功能子程序，準(zhǔn)備好下一段數(shù)據(jù)。為數(shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過(guò)程服務(wù)的各個(gè)程序均由管理程序進(jìn)行調(diào)度。 診斷程序 完善的診斷程序可以防止故障的發(fā)生或擴(kuò)大，在故障出現(xiàn)后，還可以迅速查明故障的類(lèi)型和部位，減少故障停機(jī)時(shí)間。 ＣＮＣ系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu) １．ＣＮＣ系統(tǒng)軟件的特點(diǎn) （1）多任務(wù)并行處理 ＣＮＣ系統(tǒng)是一個(gè)專(zhuān)用的實(shí)時(shí)多任務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在它的控制軟件中融合了當(dāng)今計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中的許多先進(jìn)技術(shù)，其中最突出的是多任務(wù)并行處理技術(shù)。如 ＣＮＣ工作在加工控制狀態(tài)時(shí)，為了使操作人員能及時(shí)地了解ＣＮＣ的工作狀態(tài)，管理軟件中的顯示模塊必須與控制軟件同時(shí)運(yùn)行。 ③并行處理 指計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作。 ③資源分時(shí)共享 在單ＣＰＵ的ＣＮＣ裝置中，主要采用ＣＰＵ分時(shí)共享的原則來(lái)解決多任務(wù)的同時(shí)運(yùn)行。在ＣＮＣ裝置中，采用循環(huán)輪流和中斷優(yōu)先相結(jié)合的方法解決各任務(wù)使用CPU的問(wèn)題。而對(duì)于系統(tǒng)中一些實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的任務(wù)則按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，分別放在不同中斷優(yōu)先級(jí)上，環(huán)外的任務(wù)可以隨時(shí)中斷環(huán)內(nèi)各任務(wù)的執(zhí)行。 ④資源重疊流水處理 當(dāng) CNC裝置處在 NC作方式時(shí)，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程將由零件程序輸入、插補(bǔ)準(zhǔn)備（包括譯碼、刀補(bǔ)和速度處理）、插補(bǔ)、位置控制4個(gè)子過(guò)程組成。 流水處理的關(guān)鍵是時(shí)間重疊，即在一段時(shí)間間隔內(nèi)不是處理一個(gè)子過(guò)程，而是處理兩個(gè)或更多的子過(guò)程。所謂多重中斷，就是將中斷按級(jí)別優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，高級(jí)中斷源能中斷低級(jí)的中斷處理，等高級(jí)中斷處理完畢后，再返回來(lái)接著處理低級(jí)中斷尚未完成的工作。數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，被控對(duì)象是一個(gè)并發(fā)活動(dòng)的有機(jī)整體，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制和監(jiān)視的任務(wù)也是并發(fā)執(zhí)行的，它們之間存在著各種復(fù)雜的邏輯關(guān)系。 對(duì)于有實(shí)時(shí)要求，且各種任務(wù)互相交錯(cuò)并發(fā)的多任務(wù)控制系統(tǒng)，可采用多重中斷的并行處理技術(shù)。 無(wú)論采用哪種并行處理技術(shù)，各種協(xié)同任務(wù)都存在著各種邏輯聯(lián)系，它們之間必須進(jìn)行各種通信。各任務(wù)之間可以采用設(shè)置標(biāo)志、共同使用某一公共存儲(chǔ)區(qū)及多處理器串行通信等方法進(jìn)行聯(lián)系。常見(jiàn)的ＣＮＣ系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)有對(duì)應(yīng)于單微處理器系統(tǒng)的前后臺(tái)型和多重中斷型，以及對(duì)應(yīng)于多微處理器系統(tǒng)的功能模塊軟件結(jié)構(gòu)。 （1）前后臺(tái)型結(jié)構(gòu) 前臺(tái)程序是中斷服務(wù)程序，幾乎承擔(dān)了全部實(shí)時(shí)功能（插補(bǔ)、位置控制、機(jī)床相關(guān)邏輯和面板掃描監(jiān)控等功能）．這些功能和機(jī)床的動(dòng)作直接相關(guān)。前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)適用于單微機(jī)系統(tǒng)。也就是說(shuō)，所有功能子程序均安排成級(jí)別不同的中斷程序，整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷系統(tǒng)，管理功能主要通過(guò)各級(jí)中斷程序之間的相互通信來(lái)解決。①中斷優(yōu)先級(jí)安排中斷優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)如圖3．4．26所示，其中的功能表如表3．4．3所示。 3．5 CNC系統(tǒng)的工作過(guò)程3．5．1 CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)段歷程 。再通過(guò)數(shù)據(jù)處理程序?qū)㈩A(yù)計(jì)算出的刀補(bǔ)參數(shù)（刀補(bǔ)后的本程序段終點(diǎn)坐標(biāo)）、速度分量（L，ΔL）及有關(guān)輔助功能送入數(shù)據(jù)處理結(jié)果緩沖器，經(jīng)插補(bǔ)后將本次插補(bǔ)周期的輸出位置增量值（ΔX2，ΔY2 ）送至插補(bǔ)工作寄存器，再經(jīng)伺服（位置）控制處理，將段值（ΔX2，ΔY2）經(jīng)計(jì)算成為新指令位置值，同時(shí)將反饋的位置增量（ΔX1，ΔY1）加上原實(shí)際位置得出現(xiàn)在的實(shí)際位置值。之后便進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換。 零件加工程序通過(guò)紙帶輸入機(jī)、盒式磁帶機(jī)或MDI鍵盤(pán)（磁盤(pán)，或上級(jí)DNC接口輸入），按一定標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)輸入程序輸入到內(nèi)存中的零件程序存儲(chǔ)區(qū)。然后，程序段逐段進(jìn)行譯碼，即置文字地址碼的標(biāo)志位，并將ASCⅡ碼由數(shù)控內(nèi)部碼譯成系統(tǒng)能識(shí)別的二進(jìn)制碼或特征碼。接著再進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。最后，在位置控制比較環(huán)節(jié)中，將插補(bǔ)輸出的段值（位移量）加上原坐標(biāo)指令值作為新的指令位置值。將新的指令值與新的實(shí)際位置值相比較，算出跟隨誤差。再通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換成為速度命令電壓（或頻率），最后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)工作臺(tái)或刀具位移。刀具不能?chē)?yán)格地沿著所加工的曲線運(yùn)動(dòng)，只能用折線軌跡逼近所加工的曲線。換言之，插補(bǔ)就是沿著規(guī)定的輪廓，在輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間按一定算法進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化，給出相應(yīng)軸的位移量或用脈沖把起點(diǎn)和終點(diǎn)間的空白填補(bǔ)（逼近誤差要小于１個(gè)脈沖當(dāng)量）。3．6．2 運(yùn)動(dòng)軌跡插補(bǔ)的方法1．脈沖增量法（標(biāo)準(zhǔn)脈沖插補(bǔ) reference pulse）——行程標(biāo)量插補(bǔ)把每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令脈沖輸出到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等伺服機(jī)構(gòu)，并且每次產(chǎn)生一個(gè)單位的行程增量，這就是脈沖增量插補(bǔ)，如逐點(diǎn)比較法、ＤＤＡ法及一些相應(yīng)的改進(jìn)算法等都屬此類(lèi)。進(jìn)給速度指標(biāo)和精度指標(biāo)都難以滿(mǎn)足現(xiàn)在零件加工的要求，因此，這種插補(bǔ)法只適用于中等精度和中等速度的機(jī)床ＣＮＣ系統(tǒng)。 ２ 數(shù)據(jù)采樣法（sampled data）－－時(shí)間標(biāo)量插補(bǔ)在這種方法中，整個(gè)控制系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)而形成閉環(huán)，輸出的不是單個(gè)脈沖，而是數(shù)據(jù)，即標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制字。這類(lèi)插補(bǔ)算法適用于以直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件的閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。如果加工點(diǎn)走到圖形外面，那么下一步就要向圖形里面走；如果加工點(diǎn)在圖形里面，則下一步就要向圖形外面走，以縮小偏差。通過(guò)這種方法能得到一個(gè)接近規(guī)定圖形的軌跡，而最大偏差不超過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量。偏差判別插補(bǔ)開(kāi)始坐標(biāo)進(jìn)給新偏差計(jì)算到終點(diǎn)？結(jié)束YN （1）偏差判別 判別偏差符號(hào)，確定加工點(diǎn)是在規(guī)定圖形的外面還是里面。 （3）新偏差計(jì)算 進(jìn)給一步后，計(jì)算加工點(diǎn)與規(guī)定圖形的新偏差，作為下一步偏差判別的依據(jù)。如未到達(dá)終點(diǎn)，繼續(xù)插補(bǔ)工作循環(huán)，如果已到終點(diǎn)就停止插補(bǔ)。現(xiàn)假設(shè)動(dòng)點(diǎn) N正好處于直線OE上，則有下式成立： 即 XeYi－XiYe＝０(Xe，Ye)Y直線(Xm，Ym)(Xn，Yn) 假設(shè)動(dòng)點(diǎn)處于 OE的下方N′處，則直線 ON′的斜率小于直線OE的斜率，從而有 即 XeYi－XiYe＞０ 由以上關(guān)系式可以看出，（Xe Yi－Xi Ye）的符號(hào)反映了動(dòng)點(diǎn)N與直線OE之間的偏離情況。 ②坐標(biāo)進(jìn)給 以圖3．6．5為例。顯然，當(dāng)?shù)毒咛幱谥本€下方區(qū)域時(shí)（F＜0），為了更靠攏直線輪廓，則要求刀具向（＋Y）方向進(jìn)給一步；當(dāng)?shù)毒咛幱谥本€上方區(qū)域時(shí)（Ｆ＞０），為了更靠攏直線輪廓，則要求刀具向（＋Ｘ）方向進(jìn)給一步；當(dāng)?shù)毒哒锰幱谥本€上時(shí)（Ｆ＝０），理論上既可向（＋Ｘ）方向進(jìn)給一步，也可向（＋Ｙ）方向進(jìn)給一步，但一般情況下約定向（＋Ｘ）方向進(jìn)給，從而將F＞０和Ｆ＝０兩種情況歸一類(lèi)（Ｆ≥０）。這樣，通過(guò)逐點(diǎn)比較的方法，控制刀具走出一條盡量接近零件輪廓直線軌跡。顯然，逼近程度的大小與脈沖當(dāng)量的大小直接相關(guān)。因此，為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，通常采用遞推法，即每進(jìn)給一步后新加工點(diǎn)的加工偏差值通過(guò)前一點(diǎn)的偏差遞推算出。新的偏差函數(shù)為 Ｆi+1＝ＸeＹi+1－Ｘi+1Ｙe＝ＸｅＹi一ＸiＹe－Ｙe所以 Ｆi+1＝Ｆi－Ｙｅ （３－２）同樣，若Ｆ＜０，則向（＋Ｙ）方向進(jìn)給一步，新的動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值為 Ｘi+1＝Ｘi，　?。賗+1＝Ｙi+1因此新的偏差函數(shù)為 Ｆi+1＝ＸeＹi+1－Ｘi+1Ｙe＝ＸｅＹi一ＸiＹe＋Ｘe所以 　　?。苅+1＝Ｆi＋Ｘe （３－３）根據(jù)式（３－２）和（３一３）可以看出，采用遞推算法后，偏差函數(shù)Ｆ的計(jì)算只與終點(diǎn)坐標(biāo)值Ｘｅ，Ｙe有關(guān)，而不涉及動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)Ｘi，Ｙi的值，且不需要進(jìn)行乘法運(yùn)算，新動(dòng)點(diǎn)的偏差函數(shù)可由上一個(gè)動(dòng)點(diǎn)的偏差函數(shù)值遞推出來(lái)（減Yｅ或加Ｘe）。但要一步步速推，且需知道開(kāi)始加工點(diǎn)處的偏差值。④終點(diǎn)判別 由于插補(bǔ)誤差的影響，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡可能不通過(guò)被加工直線的終點(diǎn)Ｅ（Ｘｅ，Ｙe）。通常根據(jù)刀具沿Ｘ、Y軸所走的總步數(shù)判斷終點(diǎn)。否則，說(shuō)明直線還沒(méi)有加工完畢。這樣就可以根據(jù)插補(bǔ)循環(huán)數(shù)ｉ與具沿Ｘ，Ｙ軸應(yīng)進(jìn)給的總步數(shù)Ｎ是否相等判斷終點(diǎn)，即直線加工結(jié)束的條件為 ｉ＝Ｎ （３－４） 3．逐點(diǎn)比較法Ⅰ象限逆圓插補(bǔ) （1）基本原理 ①偏差判別 在圓弧加工過(guò)程中，要描述刀具位置與被加工圓弧之間的相對(duì)關(guān)系，可用動(dòng)點(diǎn)到圓心的距離大小來(lái)反映。通過(guò)比較動(dòng)點(diǎn)N到圓心的距離RN與圓弧半徑R之間的大小，就可反映出動(dòng)點(diǎn)與圓弧之間的相對(duì)位置關(guān)系，即當(dāng)動(dòng)點(diǎn)N（Xi，Yi）正好落在圓弧SE上時(shí)，則有下式成立 當(dāng)動(dòng)點(diǎn)N落在圓弧SE外側(cè)（如在N′處）時(shí)，則有下式成立 當(dāng)動(dòng)點(diǎn)N落在圓弧SE