【正文】 個：一是把零件程序從閱讀機或鍵盤經(jīng)相應的緩沖器輸入到零件程序存儲器；二是將零件程序從零件程序存儲器取出送入緩沖器。這些信息在計算機作插補運算與控制操作之前，需按一定的語法規(guī)則解釋成計算機容易處理的數(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)處理程序有三個任務，即刀具半徑補償，速度計算（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工作及速度控制程序的負擔，提高系統(tǒng)的實時處理能力，故也稱為預計算。 （1）刀具半徑補償?shù)母拍? 在連續(xù)進行輪廓加工過程中，由于刀具總有一定的半徑[例如銑刀的半徑或線切割機的鉬絲（或銅絲）半徑等］，所以刀具中心運動軌跡并不等于加工零件的輪廓。這種偏移即稱為刀具半徑補償。反之，當?shù)毒咛幱诰幊誊壽E前進方向的右邊時，稱右刀補，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行刀補，不能解決程序段之間的過渡問題，這樣編程人員必須事先估計出刀補后可能出現(xiàn)的間斷點和交叉點的情況，進行人為處理，將工件輪廓轉(zhuǎn)接處處理成圓弧過渡形式。而在G41刀補后出現(xiàn)交叉點時，C′′點不易求得，可事先在兩個程序段之間增加一個過渡圓弧AB，其半徑需大于刀具半徑，以免過切。 為保證一定的零件輪廓，實現(xiàn)刀具半徑補償，要計算刀具半徑補償矢量（簡稱刀補矢量）。在刀具補償程序中，需要計算出每個程序段中的刀補矢量，即計算出刀具的偏移量和旋轉(zhuǎn)角度。 （2）C功能刀具半徑補償 ①C刀具半徑補償?shù)脑砑坝嬎? 硬件數(shù)控機床常用的刀具半徑補償方法，其主要特點是在程序段轉(zhuǎn)換時（如折線或直線與圓弧不相切時）采用圓弧過渡。理想的過渡形式應是直線過渡形式。計算機數(shù)控的刀具半徑補償一般都采用直線過渡的方法，在系統(tǒng)程序中有一個刀具半徑補償子程序，需要時可調(diào)用之。ＮＣ裝置中采用的是硬件電路（即插補器）來實現(xiàn)各種軌跡的插補。計算機由若干條指令來實現(xiàn)插補工作，但執(zhí)行每條指令都需要花費一定的時間，而過去小型或微型計算機的計算速度都不能滿足數(shù)控機床對進給速度和分辨率的要求。即軟件實現(xiàn)粗插補，硬件實現(xiàn)細插補。 6．輸出程序 輸出程序的功能有如下幾項： （1）進行伺服控制，如上所述。若某一軸由正向變成負向運動，則在反向前輸出 Q個正向脈沖；反之，若由負向變成正向運動，則在反向前輸出 Q個負向脈沖（Q為反向間隙，因?qū)嶋H情況而異）。 7．管理程序 當一個數(shù)據(jù)段開始插補加工時，管理程序即準備下一個數(shù)據(jù)段的讀入、譯碼、處理，調(diào)用各功能子程序，準備好下一段數(shù)據(jù)。為數(shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過程服務的各個程序均由管理程序進行調(diào)度。 診斷程序 完善的診斷程序可以防止故障的發(fā)生或擴大，在故障出現(xiàn)后，還可以迅速查明故障的類型和部位，減少故障停機時間。 ＣＮＣ系統(tǒng)軟件的特點和結構 １．ＣＮＣ系統(tǒng)軟件的特點 （1）多任務并行處理 ＣＮＣ系統(tǒng)是一個專用的實時多任務計算機系統(tǒng)，在它的控制軟件中融合了當今計算機軟件技術中的許多先進技術，其中最突出的是多任務并行處理技術。如 ＣＮＣ工作在加工控制狀態(tài)時，為了使操作人員能及時地了解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運行。 ③并行處理 指計算機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)相同或不同的工作。 ③資源分時共享 在單ＣＰＵ的ＣＮＣ裝置中，主要采用ＣＰＵ分時共享的原則來解決多任務的同時運行。在ＣＮＣ裝置中，采用循環(huán)輪流和中斷優(yōu)先相結合的方法解決各任務使用CPU的問題。而對于系統(tǒng)中一些實時性很強的任務則按優(yōu)先級排隊，分別放在不同中斷優(yōu)先級上，環(huán)外的任務可以隨時中斷環(huán)內(nèi)各任務的執(zhí)行。 ④資源重疊流水處理 當 CNC裝置處在 NC作方式時，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過程將由零件程序輸入、插補準備（包括譯碼、刀補和速度處理）、插補、位置控制4個子過程組成。 流水處理的關鍵是時間重疊，即在一段時間間隔內(nèi)不是處理一個子過程，而是處理兩個或更多的子過程。所謂多重中斷，就是將中斷按級別優(yōu)先權排隊，高級中斷源能中斷低級的中斷處理，等高級中斷處理完畢后，再返回來接著處理低級中斷尚未完成的工作。數(shù)控系統(tǒng)是一個實時控制系統(tǒng)，被控對象是一個并發(fā)活動的有機整體，對被控對象進行控制和監(jiān)視的任務也是并發(fā)執(zhí)行的，它們之間存在著各種復雜的邏輯關系。 對于有實時要求，且各種任務互相交錯并發(fā)的多任務控制系統(tǒng)，可采用多重中斷的并行處理技術。 無論采用哪種并行處理技術，各種協(xié)同任務都存在著各種邏輯聯(lián)系，它們之間必須進行各種通信。各任務之間可以采用設置標志、共同使用某一公共存儲區(qū)及多處理器串行通信等方法進行聯(lián)系。常見的ＣＮＣ系統(tǒng)軟件結構有對應于單微處理器系統(tǒng)的前后臺型和多重中斷型，以及對應于多微處理器系統(tǒng)的功能模塊軟件結構。 （1）前后臺型結構 前臺程序是中斷服務程序，幾乎承擔了全部實時功能（插補、位置控制、機床相關邏輯和面板掃描監(jiān)控等功能）．這些功能和機床的動作直接相關。前后臺型結構適用于單微機系統(tǒng)。也就是說，所有功能子程序均安排成級別不同的中斷程序，整個軟件就是一個大的中斷系統(tǒng)，管理功能主要通過各級中斷程序之間的相互通信來解決。①中斷優(yōu)先級安排中斷優(yōu)先級結構如圖3．4．26所示，其中的功能表如表3．4．3所示。 3．5 CNC系統(tǒng)的工作過程3．5．1 CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)段歷程 。再通過數(shù)據(jù)處理程序?qū)㈩A計算出的刀補參數(shù)（刀補后的本程序段終點坐標）、速度分量（L，ΔL）及有關輔助功能送入數(shù)據(jù)處理結果緩沖器，經(jīng)插補后將本次插補周期的輸出位置增量值（ΔX2，ΔY2 ）送至插補工作寄存器，再經(jīng)伺服（位置）控制處理，將段值（ΔX2，ΔY2）經(jīng)計算成為新指令位置值，同時將反饋的位置增量（ΔX1，ΔY1）加上原實際位置得出現(xiàn)在的實際位置值。之后便進行D／A轉(zhuǎn)換。 零件加工程序通過紙帶輸入機、盒式磁帶機或MDI鍵盤（磁盤，或上級DNC接口輸入），按一定標準通過輸入程序輸入到內(nèi)存中的零件程序存儲區(qū)。然后，程序段逐段進行譯碼，即置文字地址碼的標志位，并將ASCⅡ碼由數(shù)控內(nèi)部碼譯成系統(tǒng)能識別的二進制碼或特征碼。接著再進行插補運算。最后，在位置控制比較環(huán)節(jié)中，將插補輸出的段值（位移量）加上原坐標指令值作為新的指令位置值。將新的指令值與新的實際位置值相比較，算出跟隨誤差。再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成為速度命令電壓（或頻率），最后驅(qū)動伺服電動機，帶動工作臺或刀具位移。刀具不能嚴格地沿著所加工的曲線運動，只能用折線軌跡逼近所加工的曲線。換言之，插補就是沿著規(guī)定的輪廓，在輪廓的起點和終點之間按一定算法進行數(shù)據(jù)點的密化，給出相應軸的位移量或用脈沖把起點和終點間的空白填補（逼近誤差要小于１個脈沖當量）。3．6．2 運動軌跡插補的方法1．脈沖增量法（標準脈沖插補 reference pulse）——行程標量插補把每次插補運算產(chǎn)生的指令脈沖輸出到步進電動機等伺服機構，并且每次產(chǎn)生一個單位的行程增量，這就是脈沖增量插補，如逐點比較法、ＤＤＡ法及一些相應的改進算法等都屬此類。進給速度指標和精度指標都難以滿足現(xiàn)在零件加工的要求，因此，這種插補法只適用于中等精度和中等速度的機床ＣＮＣ系統(tǒng)。 ２ 數(shù)據(jù)采樣法（sampled data）－－時間標量插補在這種方法中，整個控制系統(tǒng)通過計算機而形成閉環(huán)，輸出的不是單個脈沖，而是數(shù)據(jù)，即標準二進制字。這類插補算法適用于以直流或交流伺服電動機作為執(zhí)行元件的閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。如果加工點走到圖形外面，那么下一步就要向圖形里面走；如果加工點在圖形里面，則下一步就要向圖形外面走，以縮小偏差。通過這種方法能得到一個接近規(guī)定圖形的軌跡，而最大偏差不超過一個脈沖當量。偏差判別插補開始坐標進給新偏差計算到終點？結束YN （1）偏差判別 判別偏差符號，確定加工點是在規(guī)定圖形的外面還是里面。 （3）新偏差計算 進給一步后，計算加工點與規(guī)定圖形的新偏差，作為下一步偏差判別的依據(jù)。如未到達終點，繼續(xù)插補工作循環(huán)，如果已到終點就停止插補。現(xiàn)假設動點 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) 假設動點處于 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 由以上關系式可以看出，（Xe Yi－Xi Ye）的符號反映了動點N與直線OE之間的偏離情況。 ②坐標進給 以圖3．6．5為例。顯然，當?shù)毒咛幱谥本€下方區(qū)域時（F＜0），為了更靠攏直線輪廓，則要求刀具向（＋Y）方向進給一步；當?shù)毒咛幱谥本€上方區(qū)域時（Ｆ＞０），為了更靠攏直線輪廓，則要求刀具向（＋Ｘ）方向進給一步；當?shù)毒哒锰幱谥本€上時（Ｆ＝０），理論上既可向（＋Ｘ）方向進給一步，也可向（＋Ｙ）方向進給一步，但一般情況下約定向（＋Ｘ）方向進給，從而將F＞０和Ｆ＝０兩種情況歸一類（Ｆ≥０）。這樣，通過逐點比較的方法，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量的大小直接相關。因此，為了簡化運算，通常采用遞推法，即每進給一步后新加工點的加工偏差值通過前一點的偏差遞推算出。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）方向進給一步，新的動點坐標值為 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 　　　Ｆi+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的計算只與終點坐標值Ｘｅ，Ｙe有關，而不涉及動點坐標Ｘi，Ｙi的值，且不需要進行乘法運算，新動點的偏差函數(shù)可由上一個動點的偏差函數(shù)值遞推出來（減Yｅ或加Ｘe）。但要一步步速推，且需知道開始加工點處的偏差值。④終點判別 由于插補誤差的影響，刀具的運動軌跡可能不通過被加工直線的終點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。否則，說明直線還沒有加工完畢。這樣就可以根據(jù)插補循環(huán)數(shù)ｉ與具沿Ｘ，Ｙ軸應進給的總步數(shù)Ｎ是否相等判斷終點，即直線加工結束的條件為 ｉ＝Ｎ （３－４） 3．逐點比較法Ⅰ象限逆圓插補 （1）基本原理 ①偏差判別 在圓弧加工過程中，要描述刀具位置與被加工圓弧之間的相對關系，可用動點到圓心的距離大小來反映。通過比較動點N到圓心的距離RN與圓弧半徑R之間的大小，就可反映出動點與圓弧之間的相對位置關系，即當動點N（Xi，Yi）正好落在圓弧SE上時，則有下式成立 當動點N落在圓弧SE外側(cè)（如在N′處）時，則有下式成立