【正文】 非常重要的功能， 它是人機(jī)交流的重要媒介 ，它給用戶(hù)提供了一個(gè)直觀(guān)的操作環(huán)境，可使用戶(hù)能快速地熟悉適應(yīng)其操作過(guò)程。它不僅隨時(shí)可以在市場(chǎng)上買(mǎi)到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無(wú)需用戶(hù)自己開(kāi)發(fā) 。 ? 該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的 PC機(jī)模塊 ， 一般不需要用戶(hù)自己開(kāi)發(fā) 。 二 .單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 硬件體系結(jié)構(gòu) * 39 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 以上三部分 ， 再配上鍵盤(pán) 、 電源 、 機(jī)箱 ， 實(shí)際上是一部通用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ， 它是 CNC裝置的核心 ， 從某種意義上講 ， CNC裝置的檔次和性能是由它決定的 。 二 .單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 * 40 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ⒋ 電子盤(pán) (存儲(chǔ)模塊 ) ? 電子盤(pán)是 CNC裝置特有的存儲(chǔ)模塊 。 二 .單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 * 41 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所用存儲(chǔ)器件有三類(lèi)： ? 磁存儲(chǔ)器件，如：軟 /硬磁盤(pán)（讀 /寫(xiě)）。 ? 電子（半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器件，如 RAM、 ROM、 FLASH等。 二 .單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 * 42 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 電子存儲(chǔ)器件一般用作內(nèi)存儲(chǔ)器，其價(jià)格高于前兩類(lèi)。 ? 非易失性讀寫(xiě)存儲(chǔ)元件。 二 .單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 * 43 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 在 CNC裝置中，常采用電子存儲(chǔ)器件作為外存儲(chǔ)器，主要是考慮到 CNC裝置的工作環(huán)境有可能受到電磁干擾，磁性器件的可靠性低，而電子存儲(chǔ)器件的抗電磁干擾能力相對(duì)來(lái)講要強(qiáng)一些。 ? 電子盤(pán)的規(guī)格有： 、 、 6MB、 12MB等。 ? PLC模塊的作用 ：接收來(lái)自操作面板 、 機(jī)床上的各行程開(kāi)關(guān) 、傳感器 、 按鈕 、 強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制 、 刀庫(kù)控制的有關(guān)信號(hào) ， 經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行 。 二 .單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 * 45 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 上述信號(hào)由于其類(lèi)型、電平、功率以及抗干擾的原因，一般不能直接與 CNC裝置相聯(lián)，需要一個(gè)接口對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行變換處理。信號(hào)轉(zhuǎn)換主要包括以下幾個(gè)方面： ? 電平轉(zhuǎn)換； ? A/D、 D/A轉(zhuǎn)換； ? 數(shù)字量與脈沖量相互轉(zhuǎn)換； ? 功率匹配； ? 阻斷外部的干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在電氣上將 CNC裝置與外部信號(hào)進(jìn)行隔離，以提高 CNC裝置運(yùn)行的可靠性。 電 源 模 塊 通信功能 人 機(jī) 接 口 編程調(diào)試和試驗(yàn)功能 至傳感器和執(zhí)行器的接口功能 應(yīng)用程序的執(zhí)行 操作系統(tǒng)功能 應(yīng)用程序存儲(chǔ) 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 信號(hào)處理功能 操作者 應(yīng)用程序 設(shè)計(jì)人員 機(jī)器 /過(guò)程 PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 外部供電 外部設(shè)備 * 49 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? CNC機(jī)床用的 PLC一般分為兩類(lèi)： ? 內(nèi)裝型 （ Builtin Type） PLC（ 或集成式、內(nèi)含式）。 ? 常用的位置控制模塊有： ?開(kāi)環(huán)位置控制模塊： CNC裝置與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的接口； ?閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊： CNC裝置與直流、交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置的接口。 二 .單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹 * 52 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 華中 Ⅰ 型數(shù)控系統(tǒng)是我國(guó)為數(shù)不多具有自主版權(quán)的高性能數(shù)控系統(tǒng)之一 。 它適合多坐標(biāo) (25)數(shù)控鏜銑床和加工中心 ， 在增加相應(yīng)的軟件模塊后 ， 也可適應(yīng)于其它類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床 (數(shù)控磨床 、 車(chē)床 、 齒輪加工機(jī)床等 )以及特種加工機(jī)床 （ 激光加工機(jī) 、 線(xiàn)切割機(jī)等 ） 。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 * 57 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 1. 多主結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： ? 能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 * 58 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 3. 共享總線(xiàn)結(jié)構(gòu)： FANUC BUS 操作面板 圖形顯示 模塊 (CPU) 通訊模塊 (CPU) 自動(dòng)編程模塊 (CPU) 主存儲(chǔ) 器模塊 插補(bǔ)模塊 (CPU) PLC模塊 (CPU) 位置控制模塊 (CPU) 主軸控 制模塊 CRT/MDI I/O單元 伺服驅(qū)動(dòng)單元 主軸單元 FANUC 15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) * 59 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 結(jié)構(gòu)特征： ? 功能模塊分為帶有 CPU或 DMA的主模塊和從模塊(RAM/ROM， I/O模塊 )， ? 以系統(tǒng)總線(xiàn)為中心，所有的主、從模塊都插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線(xiàn)上， ? 采用總線(xiàn)仲裁機(jī)構(gòu) (電路 )來(lái)裁定多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題 。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) * 61 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 4. 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) 顯示 CPU 鍵盤(pán) 中央 CPU 插補(bǔ) CPU 串口和收發(fā)器 CTRC 并 行 接 口 反饋脈沖和處理 EPROM EPROM RAM/EPROM 512 RAM RAM 512 字符 發(fā)生器 CRT 模擬量輸出 機(jī)床接口 反饋信號(hào)收發(fā)器 … … XYZCW 共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 * 62 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 結(jié)構(gòu)特征： ? 面向共公存儲(chǔ)器來(lái)設(shè)計(jì)的，即采用多端口來(lái)實(shí)現(xiàn)各主模塊之間的互連和通訊， ? 采用多端口控制邏輯來(lái)解決多個(gè)模塊同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)多端口存儲(chǔ)器沖突的矛盾。 四 . 多主結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介 第二節(jié) CNC裝置的硬件體系結(jié)構(gòu) * 63 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(gè)典型而又復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng) 。 第三章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置 * 64 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 1. 軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)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(lái)完成 。 ? 特點(diǎn) ： ? 硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。 一、 CNC裝置軟件和硬件的功能界面 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 65 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 3. 軟件 、 硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配就是 —— 軟件硬件功能界面劃分 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 * 68 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 加工程序 譯 碼 譯碼緩沖區(qū) 刀補(bǔ)處理 刀補(bǔ)緩沖區(qū) 速度預(yù)處理 插補(bǔ)緩沖區(qū) 插補(bǔ)處理 運(yùn)行緩沖區(qū) 伺服驅(qū)動(dòng) 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 * 69 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ⒈ 譯碼 (解釋 ) 將用文本格式 （ 通常用 ASCII碼 ） 表達(dá)的零件加工程序 ， 以程序段為單位轉(zhuǎn)換成后續(xù)程序 （ 本例是指刀補(bǔ)處理程序 ） 所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) （ 格式 ） 。 int block_num； //以 BCD碼的形式存放本程序段號(hào) 。 int F,S； //F（ mm/min） S（ r/min） 。 char G1； char M0； //以標(biāo)志形式存放 M指令 。 char D； //存放刀具補(bǔ)償?shù)牡毒甙霃街?。 該緩沖區(qū)由若干個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成 ， 當(dāng)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(gè) 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 * 73 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) N06 G90 G41 D11 G01 X200 Y300 F200 ； Struct PROG_BUFFER { char buf_state； 0： (開(kāi)始 )； 1（；） ⑨ int block_num； 06（ N06） ① double COOR[20]； COOR[1]=202300；（ X200） ⑥ COOR[2]=300000；（ Y300） ⑦ int F,S； F=200；（ F200） ⑧ char G0； D5=0；（ G90） ② D6,D7=0,1（ G41） ③ D1=1；（ G01） ⑤ ?? char D； D=11（ D11） ④ }； 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 74 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 刀補(bǔ)處理的主要工作： ? 根據(jù) G90/G91計(jì)算零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值 。 ? 根據(jù)本段與前段連接關(guān)系 ， 進(jìn)行段間連接處理 。 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 76 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 速度處理程序主要完成以下幾步計(jì)算： ? 計(jì)算本段總位移量： 直線(xiàn) ：合成位移量 L； 園弧 ：總角位移量 α 。 ?計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量： Δ L= F*Δ t/60 （ μ m） 式中： F進(jìn)給速度值（ mm/min）； △ t數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期（ ms） L α 二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 77 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ⒋ 插補(bǔ)計(jì)算 主要功能： ?根據(jù)操作面板上 “ 進(jìn)給修調(diào) ” 開(kāi)關(guān)的設(shè)定值 ， 計(jì)算本次插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量： △ L1=△ L*修調(diào)值 ?將 △ L1按插補(bǔ)的線(xiàn)形 （ 直線(xiàn) ， 園弧等 ） 和本插補(bǔ)點(diǎn)所在的位置分解到各個(gè)進(jìn)給軸 ， 作為各軸的位置控制指令 （ △ X △ Y1） 。 本程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期 △ t定時(shí)運(yùn)行 。 這一步在有些系統(tǒng)中是采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 CNC裝置的系統(tǒng)軟件則可看成是一個(gè)專(zhuān)用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 。 同時(shí) ， 這些要求也應(yīng)是 CNC系統(tǒng)軟件的特點(diǎn) 。 ? CNC的功能則可定義為 CNC的任務(wù)： 顯示、譯碼、刀補(bǔ)、速度處理、插補(bǔ)處理、位置控制、 … ? CNC系統(tǒng)的任務(wù)要求并行處理： 為了保證控制的連續(xù)性和各任務(wù)執(zhí)行的 時(shí)序配合 要求， CNC系統(tǒng)的任務(wù)必須采用并行處理，而不能逐一處理。 ? 采用并行處理技術(shù)的目的 ： ? 合理使用和調(diào)配 CNC系統(tǒng)的資源 ? 提高 CNC系統(tǒng)的處理速度 。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn) 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 84 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 資源分時(shí)共享 （ 對(duì)單一資源的系統(tǒng) ） ? 在 單 CPU結(jié)構(gòu) 的 CNC系統(tǒng)中，可采用“資源分時(shí)共享”并行處理技術(shù)。 ? “ 資源分時(shí)共享 ” 的技術(shù)關(guān)鍵： 其一：各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)分配問(wèn)題 。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn) 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 85 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) … 譯碼 刀補(bǔ) I/O 顯示 初始化 位置控制 插補(bǔ)運(yùn)算 背景程序 4ms 8ms 16ms 中斷級(jí)別高 中斷級(jí)別低 資源（ CPU） 分時(shí)共享圖 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn) 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 86 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 0m s 4 m s 8 m s 12 m s 16 m s位置控制插補(bǔ)運(yùn)算背景程序各任務(wù)占用 CPU 時(shí)間示意圖 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn) 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 87 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 資源分時(shí)共享技術(shù)的特征 ? 在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)占用 CPU； ? 在一個(gè)時(shí)間片 （ 如 8ms或 16ms） 內(nèi) ， CPU并行地執(zhí)行了兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù) 。 三 . CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn) 第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) * 88 現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) ? 并發(fā)處理和流水處理 （ 對(duì)多資源的系統(tǒng) ） 在多 CPU結(jié)構(gòu)的 CNC系統(tǒng)中 ， 根據(jù)各任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)程度 ， 可采用以下兩種并行處理技術(shù)： ? 若任務(wù)間的關(guān)聯(lián)程度不高 ， 則可讓其分別在不同的 CPU上同時(shí)執(zhí)行 —— 并發(fā)處理 ； ? 若任務(wù)間的關(guān)聯(lián)程度較高 ， 即一個(gè)任務(wù)的輸出是另一個(gè)任務(wù)的輸入 ， 則可采取 流水處理 的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)并行處理 。 三 . CNC