第4章：計算機數(shù)控裝置課件

1、第三章第三章計算機數(shù)控裝置計算機數(shù)控裝置第一節(jié)第一節(jié)概述概述一、一、CNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成數(shù)控機床在數(shù)控機床在數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的控制下，自動地的控制下，自動地按給定的程序進行零件的加工。按給定的程序進行零件的加工。數(shù)控系統(tǒng)由：數(shù)控系統(tǒng)由：程序、輸入輸出設(shè)備程序、輸入輸出設(shè)備計算機數(shù)字控制裝置計算機數(shù)字控制裝置可編程控制器可編程控制器主軸驅(qū)動裝置主軸驅(qū)動裝置進給驅(qū)動裝置等組成進給驅(qū)動裝置等組成CNC系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)組成框圖程序程序輸輸入入設(shè)設(shè)備備CNC裝裝置置PLC主軸控主軸控制單元制單元主軸電機主軸電機機機床床位置檢測器位置檢測器進給電機進給電機速度控制單元速度控制單元I/O信號信號CNC

2、系統(tǒng)的核心系統(tǒng)的核心二、二、CNC裝置的組成裝置的組成從外部特征來看，從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由系統(tǒng)是由硬件硬件（通用硬件和專用硬件）和（通用硬件和專用硬件）和軟軟件件（專用）兩大部分組成的。（專用）兩大部分組成的。1、CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)n由計算機基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、由計算機基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成設(shè)備層三部分組成計計算算機機基基本本系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備層設(shè)備層設(shè)備支持層設(shè)備支持層接接 口口人機控制人機控制運動控制運動控制PMC其他其他I/O其他設(shè)備其他設(shè)備計算機系統(tǒng)計算機系統(tǒng)顯示設(shè)備顯示設(shè)備輸入輸入/出設(shè)備出設(shè)備機機床床機器人機器人測量機測量機.計算機基本

3、系統(tǒng)：計算機基本系統(tǒng)：CPU通信接口通信接口主軸控制主軸控制輸入輸入/輸出接口輸出接口RAMEPROM或或E2PROM紙帶閱讀機接口紙帶閱讀機接口位置控制位置控制CRT或液晶顯示接口或液晶顯示接口PLC接口接口MDI接口接口2、CNC裝置的軟件框圖裝置的軟件框圖CNC裝置系統(tǒng)軟件裝置系統(tǒng)軟件管理軟件管理軟件零件零件程序程序的輸?shù)妮斎胼斎胼敵龀坛龀绦蛐蝻@顯示示故故障障診診斷斷譯譯碼碼刀刀具具補補償償計計算算插插補補計計算算速速度度控控制制位位置置控控制制控制軟件控制軟件3、CNC硬件軟件的作用和相互關(guān)系硬件軟件的作用和相互關(guān)系 硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂 CNC裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬裝置的系統(tǒng)軟件在

4、系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整件的支持下，合理地組織、管理整個系統(tǒng)的各項工作，實現(xiàn)各種數(shù)控個系統(tǒng)的各項工作，實現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機床按照操作者的要功能，使數(shù)控機床按照操作者的要求，有條不紊地進行加工。求，有條不紊地進行加工。CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺硬件硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序接接口口被控設(shè)備被控設(shè)備機機床床機器人機器人測量機測量機.該平臺有以下兩方面的含義：該平臺有以下兩方面的含義：n提供提供CNC系統(tǒng)基本配置的必系統(tǒng)基本配置的必備功能；備功能；n在平臺上可以根據(jù)用戶的要在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進行功能設(shè)

5、計和開發(fā)。求進行功能設(shè)計和開發(fā)。三、三、CNC裝置的功能裝置的功能CNC裝置的功能是指滿足用裝置的功能是指滿足用戶操作和機床控制要求的方法和戶操作和機床控制要求的方法和手段。手段。CNC裝置的功能通常包括：裝置的功能通常包括：n基本功能基本功能數(shù)控系統(tǒng)基本配置數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；的功能，即必備功能；n選擇功能選擇功能用戶可根據(jù)實際要用戶可根據(jù)實際要求選擇的功能求選擇的功能CNC裝置的主要功能有：裝置的主要功能有：1、控制功能、控制功能指裝置能夠控制的以及指裝置能夠控制的以及能夠同時控制聯(lián)動的軸數(shù)能夠同時控制聯(lián)動的軸數(shù)?？刂戚S有移動軸和回轉(zhuǎn)軸、控制軸有移動軸和回轉(zhuǎn)軸、基本軸和附加

6、軸。聯(lián)動軸數(shù)越多，基本軸和附加軸。聯(lián)動軸數(shù)越多，CNC裝置的功能越強，加工的裝置的功能越強，加工的零件越復(fù)雜。零件越復(fù)雜。2、準(zhǔn)備功能（）、準(zhǔn)備功能（）用來指令機床動作方式的功能。用來指令機床動作方式的功能。 3、插補功能、插補功能主要用于對零件輪廓加主要用于對零件輪廓加工的控制；一般有直線插補工的控制；一般有直線插補和圓弧插補和圓弧插補,還可以有還可以有2次曲線次曲線和樣條曲線的插補等和樣條曲線的插補等.4、固定循環(huán)加工功能、固定循環(huán)加工功能 是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)典型加工循環(huán)是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能削和切螺紋等）的功

7、能-可以簡化可以簡化編程編程. .5、進給功能、進給功能（1）切削進給速度）切削進給速度 控制刀具相對工件的運動速度，單位為控制刀具相對工件的運動速度，單位為mm/min。（2）同步進給速度）同步進給速度 實現(xiàn)切削速度和進給速度的同步，單位為實現(xiàn)切削速度和進給速度的同步，單位為mm/r。（3）快速進給速度）快速進給速度:G00-可以通過面板來改變可以通過面板來改變.（4）進給倍率）進給倍率-可以通過面板來改變可以通過面板來改變 人工實時修調(diào)預(yù)先給定的進給速度人工實時修調(diào)預(yù)先給定的進給速度6、主軸功能、主軸功能（1）指定主軸轉(zhuǎn)速）指定主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為r

8、/min。S*;（2）設(shè)置恒定線速度）設(shè)置恒定線速度刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。為了提高加工工件的表面質(zhì)量為了提高加工工件的表面質(zhì)量.（3）主軸準(zhǔn)停）主軸準(zhǔn)停主軸周向定位于特定位置控制的功能。主軸周向定位于特定位置控制的功能。-換刀換刀7、輔助功能、輔助功能(M)主要用于指定主軸的正、反轉(zhuǎn)、主要用于指定主軸的正、反轉(zhuǎn)、停止、冷卻液的打開或關(guān)閉，換刀等停止、冷卻液的打開或關(guān)閉，換刀等動作。動作。8、刀具功能、刀具功能T用來選擇刀具并且指定有效刀具用來選擇刀具并且指定有效刀具的幾何參數(shù)的地址。的幾何參數(shù)的地址。9、補償功能、補償功能n刀具長度及半徑補

9、償；刀具長度及半徑補償；n絲桿的螺距誤差和反向間隙誤差絲桿的螺距誤差和反向間隙誤差的補償；的補償；n可以在加工前輸入到機床的存儲可以在加工前輸入到機床的存儲單元里單元里,10、字符圖形顯示功能、字符圖形顯示功能用于顯示程序、零件圖形、人用于顯示程序、零件圖形、人機對話編程菜單和故障信息等。機對話編程菜單和故障信息等。11、通信功能、通信功能CNC與外界進行信息和數(shù)據(jù)交換的功能與外界進行信息和數(shù)據(jù)交換的功能RS232C接口，可傳送零件加工程序，接口，可傳送零件加工程序，網(wǎng)卡：適應(yīng)網(wǎng)卡：適應(yīng)FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集等制造系統(tǒng)集成的要求。成的要求。12、自診斷功能、自診斷功能CNC自動實

10、現(xiàn)故障預(yù)報和自動實現(xiàn)故障預(yù)報和故障定位的功能。故障定位的功能。q開機自診斷；開機自診斷；q在線自診斷；在線自診斷；q離線自診斷；離線自診斷；q遠程通訊診斷。遠程通訊診斷。13、人機對話編程功能、人機對話編程功能菜單結(jié)構(gòu)操作界面；菜單結(jié)構(gòu)操作界面；零件加工程序的編輯環(huán)境；零件加工程序的編輯環(huán)境；系統(tǒng)和機床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯系統(tǒng)和機床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。示、查詢或修改畫面等。第二節(jié)第二節(jié)CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)裝置的硬件結(jié)構(gòu)按其中含有按其中含有CPU的多少來分的多少來分:單微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器：單微處理器：整個整個CNC裝置只

11、有一個裝置只有一個CPU，它集，它集中控制和管理整個系統(tǒng)資源，通過分時中控制和管理整個系統(tǒng)資源，通過分時處理的方式來實現(xiàn)各種處理的方式來實現(xiàn)各種NC功能。功能。系統(tǒng)中只有一個系統(tǒng)中只有一個CPU(稱為主稱為主CPU)對對系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)其它帶系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)其它帶CPU的的功能部件，只能接受主功能部件，只能接受主CPU的控制命令或的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)出請求信息以獲得所發(fā)出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。即它是處于以從屬地位的，故需的數(shù)據(jù)。即它是處于以從屬地位的，故稱之為主從結(jié)構(gòu)。稱之為主從結(jié)構(gòu)。多微處理器結(jié)構(gòu)：多微處理器結(jié)構(gòu)：CNC裝置中有兩個或兩個以裝置中有

12、兩個或兩個以上的上的CPU，即系統(tǒng)中的某些功能，即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有模塊自身也帶有CPU。n經(jīng)濟型數(shù)控裝置經(jīng)濟型數(shù)控裝置一般采用單微處理器機構(gòu)一般采用單微處理器機構(gòu)n高級型高級型CNC裝置裝置常采用多微處理器結(jié)構(gòu)常采用多微處理器結(jié)構(gòu)一、單微處理器結(jié)構(gòu)的一、單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置裝置I/O設(shè)備設(shè)備計算機主板計算機主板顯顯示示卡卡功能模板功能模板m功能模板功能模板1電電子子盤盤多功能卡多功能卡位置控制板位置控制板n位置控制板位置控制板1PLC模塊模塊主軸控制模板主軸控制模板機床機床I/O控制面板控制面板速度控制單元速度控制單元1速度控制單元速度控制單元n功能驅(qū)動功能驅(qū)動1功能驅(qū)動功

13、能驅(qū)動m系系統(tǒng)統(tǒng)總總線（線（BUS）標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)PC計算機計算機CNC裝置裝置CNC系統(tǒng)系統(tǒng)CNCCNC裝置是按模塊化設(shè)計的方法構(gòu)造的裝置是按模塊化設(shè)計的方法構(gòu)造的模塊化設(shè)計方法：模塊化設(shè)計方法： 將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干種具有將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干種具有獨立功能的單元模塊獨立功能的單元模塊, ,并配上相應(yīng)的驅(qū)動軟并配上相應(yīng)的驅(qū)動軟件。系統(tǒng)設(shè)計時按功能的要求選擇不同的件。系統(tǒng)設(shè)計時按功能的要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，功能模塊，并將其插入控制單元母板上，即可組成一個完整的控制系統(tǒng)的方法。其即可組成一個完整的控制系統(tǒng)的方法。其中單元母板一般為總線結(jié)構(gòu)的無源母板，中單元母板一

14、般為總線結(jié)構(gòu)的無源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號通路。它提供模塊間互聯(lián)的信號通路。n實現(xiàn)實現(xiàn)CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計的條件系統(tǒng)模塊化設(shè)計的條件是是總線總線(BUS)標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化。n采用模塊化結(jié)構(gòu)時，采用模塊化結(jié)構(gòu)時，CNC系統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)設(shè)計工作則可歸結(jié)為計工作則可歸結(jié)為功能模塊的合功能模塊的合理選用。理選用。1 1、計算機主板和系統(tǒng)總線、計算機主板和系統(tǒng)總線( (母板母板) )計算機主板是計算機主板是CNC裝置的核心。裝置的核心。包括：包括：nCPU及其外圍芯片；及其外圍芯片；n內(nèi)存單元、內(nèi)存單元、cache及其外圍芯片；及其外圍芯片；n通訊接口通訊接口(串口，并口，鍵盤接口串口，并口，鍵盤接口)。n

15、軟、硬驅(qū)動器接口軟、硬驅(qū)動器接口計算機主板的主要作用計算機主板的主要作用：對輸入到對輸入到CNC裝置中的種種數(shù)據(jù)、信裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息息(零件加工程序，各種零件加工程序，各種I/O信息等信息等)進行相進行相應(yīng)的算術(shù)和邏輯運算。并根據(jù)其處理結(jié)果，應(yīng)的算術(shù)和邏輯運算。并根據(jù)其處理結(jié)果，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，使用戶的指令得以執(zhí)行。使用戶的指令得以執(zhí)行。系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線(母板母板)： 由一組傳送數(shù)字信息的物理導(dǎo)線由一組傳送數(shù)字信息的物理導(dǎo)線組成，它是計算機系統(tǒng)內(nèi)部進行數(shù)據(jù)組成，它是計算機系統(tǒng)內(nèi)部進行數(shù)據(jù)或信息交換的通道。或信息交換的通道。 )( )

16、( )( CBDBAB控控制制總總線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)總總線線地地址址總總線線工業(yè)用工業(yè)用PC機的總線母板是獨立機的總線母板是獨立的無源四層板（走線面、元件面、的無源四層板（走線面、元件面、電源層和地線層），它的可靠性高電源層和地線層），它的可靠性高于兩層板。其規(guī)格有于兩層板。其規(guī)格有6槽、槽、8槽、槽、12槽、槽、14槽等。槽等。2 2、顯示模塊、顯示模塊( (顯示卡顯示卡) )顯示卡的主要作用是接收來自顯示卡的主要作用是接收來自CPU的的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃的掃描信號調(diào)制后，產(chǎn)生描信號調(diào)制后，產(chǎn)生CRT顯示器所需要的顯示器所需要的視頻信號，在視頻信號，

17、在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。上產(chǎn)生所需要的畫面。在在CNC裝置中，裝置中，CRT顯示是一個顯示是一個非常重要的功能，它是人機交流的重非常重要的功能，它是人機交流的重要媒介，它給用戶提供了一個直觀的要媒介，它給用戶提供了一個直觀的操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉適操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉適應(yīng)其操作過程。應(yīng)其操作過程。顯示卡是一個通用性很強的模塊。顯示卡是一個通用性很強的模塊。它不僅隨時可以在市場上買到，而且它它不僅隨時可以在市場上買到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無需用還有非常豐富的支持軟件，因此無需用戶自己開發(fā)。戶自己開發(fā)。3、輸入、輸入/出模塊出模塊(多功能卡多功能卡)它是它是CN

18、C裝置與外界進行數(shù)據(jù)和信息交裝置與外界進行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板，即換的接口板，即CNC裝置通過該接口可以從裝置通過該接口可以從輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，也可以將輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，也可以將CNC裝置中的裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的PC機模塊，機模塊，一般不需要用戶自己開發(fā)。如果計一般不需要用戶自己開發(fā)。如果計算機主板選用的是算機主板選用的是ALL-IN-ONE主主板，則此板可省略。板，則此板可省略。1）I/O信號的分類及接口電路的任務(wù)信號的分類及接口電路的任務(wù) 行行器器件件。：用用于于直直接接控控制制功功率率執(zhí)執(zhí)交交流流信信號號的的設(shè)設(shè)備備。其其它它接接

19、收收、發(fā)發(fā)送送模模擬擬量量和和主主軸軸的的伺伺服服控控制制或或：主主要要用用于于進進給給坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸模模擬擬量量數(shù)數(shù)字字量量OIOIOI/2）接口電路的主要任務(wù)）接口電路的主要任務(wù)進行電平轉(zhuǎn)換和功率放大；進行電平轉(zhuǎn)換和功率放大；防止噪音引起誤動作。防止噪音引起誤動作。-抗干擾抗干擾光電耦合器或繼電器將光電耦合器或繼電器將CNC與機床信號在與機床信號在電器上加以隔離。電器上加以隔離。 數(shù) 字 量 與 其 它 量 之 間 的 轉(zhuǎn) 換數(shù) 字 量 與 其 它 量 之 間 的 轉(zhuǎn) 換 - - -A/D,D/A以上三部分，再配上鍵盤、電以上三部分，再配上鍵盤、電源、機箱，實際上是一部通用的微源、機箱，實際

20、上是一部通用的微型計算機系統(tǒng)，它是型計算機系統(tǒng)，它是CNC裝置的裝置的核心，從某種意義上講，核心，從某種意義上講，CNC裝裝置的檔次和性能是由它決定的。因置的檔次和性能是由它決定的。因此，此，CNC裝置中計算機系統(tǒng)的合裝置中計算機系統(tǒng)的合理選用是至關(guān)重要的。理選用是至關(guān)重要的。4 4、存儲模塊、存儲模塊在在CNC裝置中它用來存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)：裝置中它用來存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)： 系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)；系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)； 系統(tǒng)的配置參數(shù)系統(tǒng)的配置參數(shù)( (系統(tǒng)所能控制的進給軸數(shù)，系統(tǒng)所能控制的進給軸數(shù)， 軸的定義，系統(tǒng)增益等軸的定義，系統(tǒng)增益等) ) 用戶的零件加工程序用戶的零件加工程序計

21、算機領(lǐng)域所用存儲器件有三類：計算機領(lǐng)域所用存儲器件有三類：n磁存儲器件，如：軟磁存儲器件，如：軟/硬磁盤（讀硬磁盤（讀/寫）。寫）。n光存儲器件，如：光盤（只讀）。光存儲器件，如：光盤（只讀）。n電子（半導(dǎo)體）存儲器件，如電子（半導(dǎo)體）存儲器件，如RAM、ROM、FLASH等。等。前兩類一般用作外存儲器，其特點是容量大，前兩類一般用作外存儲器，其特點是容量大，價格低價格低在在CNC裝置中，常采用電子存裝置中，常采用電子存儲器件作為外存儲器，主要是考慮到儲器件作為外存儲器，主要是考慮到CNC裝置的工作環(huán)境有可能受到電裝置的工作環(huán)境有可能受到電磁干擾，磁性器件的可靠性低，而電磁干擾，磁性器件的可靠

22、性低，而電子存儲器件的抗電磁干擾能力相對來子存儲器件的抗電磁干擾能力相對來講要強一些。講要強一些。電子存儲器件按其讀寫性能來分：電子存儲器件按其讀寫性能來分：n只讀存儲元件只讀存儲元件（ROM、PROM、EPROM）n易失性隨機讀寫存儲元件易失性隨機讀寫存儲元件（RAM）。）。n非易失性讀寫存儲元件非易失性讀寫存儲元件。這類器件有。這類器件有E2PROM；FLASH；帶后備電池的；帶后備電池的RAM。5 5、PLC(Programmable Logic Controller) PLC(Programmable Logic Controller) 模塊模塊nPLC模塊：模塊：CNC裝置實現(xiàn)順序控

23、制的裝置實現(xiàn)順序控制的模塊。模塊。nPLC模塊的作用：模塊的作用：接收來自操作面板、接收來自操作面板、機床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、機床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、強電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫強電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫控制的有關(guān)信號，經(jīng)處理后輸出去控制控制的有關(guān)信號，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運行。相應(yīng)器件的運行。CNC裝置與被控設(shè)備交換的信息有三類：裝置與被控設(shè)備交換的信息有三類：n開關(guān)信號開關(guān)信號n模擬信號模擬信號n脈沖信號脈沖信號上述信號由于其類型、電平、上述信號由于其類型、電平、功率以及抗干擾的原因，一般不能功率以及抗干擾的原因，一般不能直接與直接與CNC裝置相聯(lián)

24、，需要一個接裝置相聯(lián)，需要一個接口對這些信號進行變換處理。口對這些信號進行變換處理。PMC模塊實現(xiàn)方式有以幾種：模塊實現(xiàn)方式有以幾種：n簡單簡單I/O接口板接口板系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線數(shù)數(shù)字字接接口口光電隔離器件光電隔離器件A/DD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換調(diào)理電路調(diào)理電路功率放大功率放大傳傳感感元元件件功功率率放放大大光電隔離器件光電隔離器件計計數(shù)數(shù)器器計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖濾波、倍頻濾波、倍頻整形整形開關(guān)量轉(zhuǎn)換開關(guān)量轉(zhuǎn)換脈沖量轉(zhuǎn)換脈沖量轉(zhuǎn)換模擬量轉(zhuǎn)換模擬量轉(zhuǎn)換PLC（ProgrammableLogicController）控制：）控制：它是目前它是目前CNC系統(tǒng)用得最廣泛的方式。系統(tǒng)用得最廣泛的方式。電電 源源 模

25、模 塊塊通信功能通信功能人人 機機 接接 口口編程調(diào)試和試驗功能編程調(diào)試和試驗功能至傳感器和執(zhí)行器的接口功能至傳感器和執(zhí)行器的接口功能應(yīng)用程序的執(zhí)行應(yīng)用程序的執(zhí)行操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)功能應(yīng)用程序存儲應(yīng)用程序存儲數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 存存 儲儲信號處理功能信號處理功能操作者操作者應(yīng)用程序應(yīng)用程序設(shè)計人員設(shè)計人員機器機器/ /過程過程PLCPLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)外部供電外部供電外部設(shè)備外部設(shè)備CNC機床用的機床用的PLC一般分為兩類：一般分為兩類：內(nèi)裝型內(nèi)裝型（Built-inType）PLC（或集成式、內(nèi)含式）。（或集成式、內(nèi)含式）。獨立型獨立型（Stand-aloneType）PLC（或通用

26、型）（或通用型） 6、位置控制模塊位置控制模塊位置控制模塊是進給伺服系統(tǒng)位置控制模塊是進給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實現(xiàn)軌跡控制的重要組成部分，是實現(xiàn)軌跡控制時，時，CNC裝置與伺服驅(qū)動系統(tǒng)連裝置與伺服驅(qū)動系統(tǒng)連接的接口模塊。接的接口模塊。常用的位置控制模塊有：常用的位置控制模塊有：n開環(huán)位置控制模塊：開環(huán)位置控制模塊：CNC裝置裝置與步進電機驅(qū)動電源的接口；與步進電機驅(qū)動電源的接口；n閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊：塊：CNC裝置與直流、交流伺裝置與直流、交流伺服驅(qū)動裝置的接口。服驅(qū)動裝置的接口。7、 功能接口模塊功能接口模塊n實現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板，實現(xiàn)用戶特

27、定功能要求的接口板，n實例：實例：n仿形控制器接口；仿形控制器接口；n激光加工焦點自動跟蹤器接口；激光加工焦點自動跟蹤器接口；n刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號采集器接口板。刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號采集器接口板。8、單微處理器結(jié)構(gòu)特點、單微處理器結(jié)構(gòu)特點:（1）集中控制分時處理；）集中控制分時處理；（2）CPU通過總線與存儲器、通過總線與存儲器、I/O相連，相連，構(gòu)成構(gòu)成CNC裝置；裝置；（3）結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。）結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。二、二、多微處理器結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置裝置多主多主CPU結(jié)構(gòu)中，有兩個或兩結(jié)構(gòu)中，有兩個或兩個以上的個以上的CPU部件，部件之間采用部件，部件之間采用緊耦合，有集中

28、的操作系統(tǒng)，通過緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，通過總線仲裁器總線仲裁器(由硬件和軟件組成由硬件和軟件組成)來解來解決總線爭用問題，通過公共存儲器決總線爭用問題，通過公共存儲器來進行信息交換。來進行信息交換。特點：特點：q能實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處能實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)理速度快，可以實現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。功能。q容錯能力強，在某模塊出了故障后，容錯能力強，在某模塊出了故障后，通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作1、多處理機、多處理機CNC裝置的基本功能模塊裝置的基本功能模塊CNC管理模塊管理模塊CNC插補模塊插補模塊位置控制模塊位置控制模塊P

29、LC模塊模塊操作與控制數(shù)據(jù)輸入操作與控制數(shù)據(jù)輸入/輸出和顯示模塊輸出和顯示模塊存儲器模塊存儲器模塊（1）CNC管理模塊管理模塊系統(tǒng)初始化、中斷管理、總線系統(tǒng)初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理、系統(tǒng)裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理、系統(tǒng)軟、硬件診斷等。軟、硬件診斷等。（2）CNC插補模塊插補模塊譯碼、刀具半徑補償、坐譯碼、刀具半徑補償、坐標(biāo)位移量計算和進給速度處理標(biāo)位移量計算和進給速度處理等預(yù)處理，插補運算。等預(yù)處理，插補運算。（3）位置控制模塊）位置控制模塊自動加減速，回基準(zhǔn)點，伺自動加減速，回基準(zhǔn)點，伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補償服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補償?shù)?。等。?）PLC模塊模塊（

30、5）MDI/CRT、I/O模塊模塊；（6）存儲器模塊。）存儲器模塊。2、多微處理器結(jié)構(gòu)、多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)裝置的典型結(jié)構(gòu)v共享總線型共享總線型v共享存儲器型共享存儲器型（1）總線共享型結(jié)構(gòu)）總線共享型結(jié)構(gòu)多微處理器共享總線結(jié)構(gòu)框圖多微處理器共享總線結(jié)構(gòu)框圖FANUC15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)FANUC BUS操作面板圖形顯示模塊(CPU)通訊模塊(CPU)自動編程模塊(CPU)主存儲器模塊插補模塊(CPU)PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊CRT/MDII/O單元伺服驅(qū)動單元主軸單元結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征：功能模塊分為帶有功能模塊分為帶有CPU或或DMA的主模

31、的主模塊和從模塊塊和從模塊(RAM/ROM，I/O模塊模塊)以系統(tǒng)總線為中心，所有的主、從模塊以系統(tǒng)總線為中心，所有的主、從模塊都插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線上都插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線上采用總線仲裁機構(gòu)采用總線仲裁機構(gòu)(電路電路)來裁定多個模來裁定多個模塊同時請求使用系統(tǒng)總線的競爭問題塊同時請求使用系統(tǒng)總線的競爭問題 支持多微處理器系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)都支持多微處理器系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)都設(shè)計有設(shè)計有總線仲裁總線仲裁機構(gòu)，常用的方式有：機構(gòu)，常用的方式有： 式式、并并行行總總線線仲仲裁裁連連接接方方式式、串串行行總總線線仲仲裁裁連連接接方方21串行總線仲裁連接方法串行總線仲裁連接方法串行總線仲裁方式中，

32、優(yōu)先權(quán)的排列是按連接串行總線仲裁方式中，優(yōu)先權(quán)的排列是按連接位置決定的。位置決定的。某個主模塊只有在前面優(yōu)先權(quán)更高的主模塊不某個主模塊只有在前面優(yōu)先權(quán)更高的主模塊不占用總線時，才可使用總線。同時通知它后面優(yōu)先占用總線時，才可使用總線。同時通知它后面優(yōu)先權(quán)較低的主模塊不得使用總線。權(quán)較低的主模塊不得使用總線。并行總線仲裁框圖并行總線仲裁框圖并行總線仲裁方式中，通常采用優(yōu)先權(quán)編碼方并行總線仲裁方式中，通常采用優(yōu)先權(quán)編碼方案。案。這種結(jié)構(gòu)的模塊之間的通信，主要依靠存儲器這種結(jié)構(gòu)的模塊之間的通信，主要依靠存儲器來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。大部分系統(tǒng)采用公共存儲器方式大部分系統(tǒng)采用公共存儲器方式。共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

33、共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)組配靈結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對較低、可靠性活、成本相對較低、可靠性高高共享總線結(jié)構(gòu)的缺點共享總線結(jié)構(gòu)的缺點n總線是系統(tǒng)的總線是系統(tǒng)的“瓶頸瓶頸”，一旦系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障，將使整個系統(tǒng)受到總線出現(xiàn)故障，將使整個系統(tǒng)受到影響；影響；n由于使用總線要經(jīng)仲裁，使信息傳由于使用總線要經(jīng)仲裁，使信息傳輸率降低輸率降低第三節(jié)第三節(jié)CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)裝置的軟件結(jié)構(gòu)CNC裝置的軟件是為了完成裝置的軟件是為了完成CNC數(shù)數(shù)控機床的各項功能而專門設(shè)計和編制的，控機床的各項功能而專門設(shè)計和編制的，是一種專用軟件，其結(jié)構(gòu)取決于軟件的是一種專用軟件，其結(jié)構(gòu)取決于軟件的分工

34、，也取決于軟件本身的工作特點。分工，也取決于軟件本身的工作特點。一、軟件與硬件在實現(xiàn)各種功能的特點和關(guān)系一、軟件與硬件在實現(xiàn)各種功能的特點和關(guān)系關(guān)系：關(guān)系：從理論上講從理論上講，硬件能完成的功能，硬件能完成的功能也可以用軟件來完成。從實現(xiàn)功能也可以用軟件來完成。從實現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價的。等價的。特點特點：n硬件處理速度快，但靈活性差，硬件處理速度快，但靈活性差，實現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難；實現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難；n軟件設(shè)計靈活，適應(yīng)性強，但處軟件設(shè)計靈活，適應(yīng)性強，但處理速度相對較慢。理速度相對較慢。軟件、硬件實現(xiàn)功能的分配：軟件、硬件實現(xiàn)功能的

35、分配：功能界面劃分的準(zhǔn)則功能界面劃分的準(zhǔn)則系統(tǒng)的性能價格比系統(tǒng)的性能價格比二、二、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點最突出特點：最突出特點：多任務(wù)并行處理多任務(wù)并行處理多重實時中斷多重實時中斷1、多任務(wù)并行處理、多任務(wù)并行處理（1）CNC裝置的多任務(wù)性裝置的多任務(wù)性任務(wù)定義：任務(wù)定義： 可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運行過程。合上的運行過程。CNC的功能則可定義為的功能則可定義為CNC的任務(wù)：的任務(wù)： 位位置置控控制制插插補補運運算算速速度度處處理理刀刀具具補補償償譯譯碼碼控控制制軟軟件件診診斷斷顯顯示示零零件件程程序序的的輸輸入入輸輸出出管管理理軟軟件

36、件系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件 CNC CNC系統(tǒng)的任務(wù)要求并行處理：系統(tǒng)的任務(wù)要求并行處理： 為了保證控制的連續(xù)性和為了保證控制的連續(xù)性和各任務(wù)執(zhí)行的各任務(wù)執(zhí)行的時序配合時序配合要求，要求，CNCCNC系統(tǒng)的任務(wù)必須采用并行處系統(tǒng)的任務(wù)必須采用并行處理，而不能逐一處理。理，而不能逐一處理。（2）并行處理）并行處理并行處理是計算機在并行處理是計算機在同一時刻同一時刻或或同同一時間間隔一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作，運用并行處理技術(shù)相同或不同的工作，運用并行處理技術(shù)可提高運算速度?？商岣哌\算速度。采用并行處理技術(shù)的目的采用并行處理技術(shù)的目的： 合理使用和調(diào)配合理使

37、用和調(diào)配CNCCNC系統(tǒng)的資源系統(tǒng)的資源 提高提高CNCCNC系統(tǒng)的處理速度。系統(tǒng)的處理速度。并行處理的方法有：并行處理的方法有：資源共享資源共享資源重復(fù)資源重復(fù)時間重疊時間重疊資源共享資源共享是根據(jù)是根據(jù)“分時共享分時共享”的的原則，使多個用戶按時間順序使用同原則，使多個用戶按時間順序使用同一套設(shè)備；一套設(shè)備；時間重疊時間重疊使根據(jù)流水線處理技術(shù)，使根據(jù)流水線處理技術(shù)，使多個處理過程在時間上相互錯開，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；輪流使用同一套設(shè)備的幾個部分；資源重復(fù)資源重復(fù)是通過增加資源（如多是通過增加資源（如多CPU）提高運算速度。）提高運算速度。CNC裝

38、置的裝置的硬件設(shè)計硬件設(shè)計普遍普遍采用采用資源重復(fù)資源重復(fù)的并行處理方法；的并行處理方法；CNC裝置的裝置的軟件設(shè)計軟件設(shè)計常采常采用用資源分時共享資源分時共享和和資源重疊資源重疊的流水線處理技術(shù)的流水線處理技術(shù)1）資源分時共享并行處理）資源分時共享并行處理在在單單CPU裝置裝置中，主要采用中，主要采用CPU分時共分時共享的原則來解決多任務(wù)的同時運行享的原則來解決多任務(wù)的同時運行。資源分時共享資源分時共享在規(guī)定的時間長度在規(guī)定的時間長度（時間片）內(nèi)，根據(jù)各任務(wù)實時性的要（時間片）內(nèi)，根據(jù)各任務(wù)實時性的要求，規(guī)定它們占用求，規(guī)定它們占用CPU的時間，使它們的時間，使它們分時共享系統(tǒng)的資源。分時共

39、享系統(tǒng)的資源?！百Y源分時共享資源分時共享”的技術(shù)關(guān)鍵：的技術(shù)關(guān)鍵：其一：各任務(wù)的優(yōu)先級分配問題其一：各任務(wù)的優(yōu)先級分配問題其二：各任務(wù)占用其二：各任務(wù)占用CPU的時間長度，即的時間長度，即時間片的分配問題時間片的分配問題資源（資源（CPUCPU）分時共享圖）分時共享圖譯譯碼碼刀刀補補I/O顯顯示示初始初始化化位置控制位置控制插補運算插補運算背景程序背景程序4ms8ms16ms中斷級別高中斷級別高中斷級別低中斷級別低各任務(wù)占用CPUCPU 時間示意圖0ms 4ms 8ms 12ms 16ms位置控制插補運算背景程序資源分時共享技術(shù)的特征資源分時共享技術(shù)的特征在任何一個時刻只有一個任務(wù)占用在任何一

40、個時刻只有一個任務(wù)占用CPU；在一個時間片（如在一個時間片（如8ms或或16ms）內(nèi)，）內(nèi)，CPU并行地執(zhí)行了兩個或兩個以上并行地執(zhí)行了兩個或兩個以上的任務(wù)。的任務(wù)。 因此，資源分時共享的并因此，資源分時共享的并行處理只具有宏觀上的意義，即行處理只具有宏觀上的意義，即從微觀上來看，各個任務(wù)還是逐從微觀上來看，各個任務(wù)還是逐一執(zhí)行的。一執(zhí)行的。2、實時中斷處理實時中斷處理CNC系統(tǒng)的中斷管理主要由硬系統(tǒng)的中斷管理主要由硬件完成，而系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)則取決于件完成，而系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)則取決于系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)。n硬件主要提供支持中斷功能的芯片硬件主要提供支持中斷功能的芯片和電路，如中斷管理芯

41、片（和電路，如中斷管理芯片（8259或或功能相同的芯片），定時器計數(shù)器功能相同的芯片），定時器計數(shù)器（8253、8254等）等。等）等。n軟件主要完成對硬件芯片的初始化、軟件主要完成對硬件芯片的初始化、任務(wù)優(yōu)先級的定義、任務(wù)切換（斷任務(wù)優(yōu)先級的定義、任務(wù)切換（斷點的保護于恢復(fù)、中斷向量的保存點的保護于恢復(fù)、中斷向量的保存與恢復(fù)等）等。與恢復(fù)等）等。（1）CNC系統(tǒng)的中斷類型系統(tǒng)的中斷類型1）外部中斷；外部中斷；2）內(nèi)部定時中斷；）內(nèi)部定時中斷；3）硬件故障中斷；）硬件故障中斷；4）程序性中斷。）程序性中斷。（2）CNC系統(tǒng)中斷結(jié)構(gòu)模式系統(tǒng)中斷結(jié)構(gòu)模式n前后臺型中斷模式前后臺型中斷模式n中斷型結(jié)

42、構(gòu)模式中斷型結(jié)構(gòu)模式1）中斷型結(jié)構(gòu)模式）中斷型結(jié)構(gòu)模式這種結(jié)構(gòu)是將除了初始化程序之這種結(jié)構(gòu)是將除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務(wù)模塊分外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務(wù)模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度組成）對各級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。整個軟件就是一個大的中斷管管理。整個軟件就是一個大的中斷管理系統(tǒng)。理系統(tǒng)。中斷型結(jié)構(gòu)中斷優(yōu)先級別劃分中斷型結(jié)構(gòu)中斷優(yōu)先級別劃分優(yōu)先級優(yōu)先級主要功能主要功能中斷源中斷源0初始化初始化開機后進入開機后進入1CRT顯示、顯示、RO

43、M校驗校驗硬件、主程序硬件、主程序2工作方式選擇、插補準(zhǔn)備工作方式選擇、插補準(zhǔn)備16ms軟件定時軟件定時3PLC控制控制16ms軟件定時軟件定時4參數(shù)、變量、數(shù)據(jù)存儲器控制參數(shù)、變量、數(shù)據(jù)存儲器控制 硬件硬件5插補運算插補運算8ms軟件定時軟件定時6監(jiān)控和急停信號監(jiān)控和急停信號8ms軟件定時軟件定時7RS-232C輸入中斷輸入中斷硬件隨機硬件隨機8紙帶閱讀機紙帶閱讀機硬件隨機硬件隨機9報警報警串行傳送報警串行傳送報警10非屏蔽中斷非屏蔽中斷非屏蔽中斷產(chǎn)生非屏蔽中斷產(chǎn)生中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(了解了解)任務(wù)調(diào)度機制：任務(wù)調(diào)度機制：搶占式優(yōu)先調(diào)度。搶占式優(yōu)先調(diào)度。信息交換：信息交

44、換：緩沖區(qū)。緩沖區(qū)。實時性好。實時性好。由于中斷級別較多（最多可由于中斷級別較多（最多可達達8級），強實時性任務(wù)可安排在優(yōu)先級級），強實時性任務(wù)可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務(wù)程序中。較高的中斷服務(wù)程序中。模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護和擴充。對系統(tǒng)的維護和擴充。2）前后臺型結(jié)構(gòu)模式）前后臺型結(jié)構(gòu)模式整個系統(tǒng)軟件分為兩大部分：整個系統(tǒng)軟件分為兩大部分：前臺程序前臺程序后臺程序后臺程序。前臺程序前臺程序：是一個是一個實時中斷程序?qū)崟r中斷程序，完成幾，完成幾乎全部的實時功能，實現(xiàn)與機床動作乎全部的實時功能，實現(xiàn)與機床動作直接相關(guān)的功能。如：插補、位控、

45、直接相關(guān)的功能。如：插補、位控、機床相關(guān)邏輯和監(jiān)控等。機床相關(guān)邏輯和監(jiān)控等。后臺程序后臺程序：是一個是一個循環(huán)執(zhí)行程序循環(huán)執(zhí)行程序。如：輸。如：輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等插補前的準(zhǔn)入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等插補前的準(zhǔn)備工作和管理程序。備工作和管理程序。前后臺程序運行關(guān)系圖前臺程序前臺程序故障處理故障處理位置控制位置控制插補運算插補運算后臺程序后臺程序譯譯碼碼刀補處理刀補處理速度預(yù)處理速度預(yù)處理輸入輸入/輸出輸出顯示顯示中斷執(zhí)行中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后臺型結(jié)構(gòu)模式的特點前后臺型結(jié)構(gòu)模式的特點任務(wù)調(diào)度機制任務(wù)調(diào)度機制:優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)度。度。前臺程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺程序

46、的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是前臺和后臺程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。順序調(diào)度。信息交換信息交換:緩沖區(qū)緩沖區(qū)。前臺和后臺程序之間。前臺和后臺程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。實時性差。實時性差。在前臺和后臺程序內(nèi)無優(yōu)先在前臺和后臺程序內(nèi)無優(yōu)先級等級、級等級、也無搶占機制。也無搶占機制。第四節(jié)第四節(jié)CNC裝置的數(shù)據(jù)預(yù)處理裝置的數(shù)據(jù)預(yù)處理CNC裝置系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)：裝置系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)：如何將由零件加工程序表達的如何將由零件加工程序表達的加工加工信息信息，變換成各進給軸的，變換成各進給軸的位移指令、位移指令、主軸轉(zhuǎn)速指令和輔助動作指令主軸轉(zhuǎn)

47、速指令和輔助動作指令，控制加工設(shè)備的軌跡運動和邏輯動作，控制加工設(shè)備的軌跡運動和邏輯動作，加工出符合要求的零件。加工出符合要求的零件。數(shù)控加工及信息處理過程數(shù)控加工及信息處理過程零件程序零件程序控制面板控制面板零件緩沖器零件緩沖器(BS)譯碼譯碼(DS)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理(CS)傳送傳送AS工作寄存器工作寄存器(AR)插補插補伺服控制伺服控制機床機床坐標(biāo)坐標(biāo)軸軸命令信號命令信號反饋信號反饋信號調(diào)度調(diào)度機床邏輯控制機床邏輯控制顯示顯示控控制制信信號號回回答答信信號號機床機床強電強電部分部分執(zhí)行電器執(zhí)行電器限位開關(guān)限位開關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)包括處理：數(shù)據(jù)預(yù)包括處理：零件程序的輸入零件程序的輸入譯碼譯碼刀具（半徑

48、、長度）補償?shù)毒撸ò霃?、長度）補償坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等輸入輸入譯碼譯碼刀補刀補速度處理速度處理插補插補位控位控CNCCNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖加工程序加工程序譯譯碼碼譯碼緩沖區(qū)譯碼緩沖區(qū)刀補處理刀補處理刀補緩沖區(qū)刀補緩沖區(qū)速度預(yù)處理速度預(yù)處理插補緩沖區(qū)插補緩沖區(qū)插補處理插補處理運行緩沖區(qū)運行緩沖區(qū)伺服驅(qū)動伺服驅(qū)動位控處理位控處理位置反饋位置反饋PLC控制控制一、一、零件程序的輸入零件程序的輸入1）紙帶輸入方式紙帶輸入方式2）鍵盤輸入方式）鍵盤輸入方式3）MDI輸入方式輸入方式二、譯碼二、譯碼將用文本格式（通常用將用文本格式（通常用ASCII碼）碼）表達的零件加工程序

49、，以程序段為單表達的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成后續(xù)程序（本例是指刀補處位轉(zhuǎn)換成后續(xù)程序（本例是指刀補處理程序）所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。理程序）所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例： StructPROG_BUFFER charbuf_state；/緩沖區(qū)狀態(tài)，緩沖區(qū)狀態(tài)，0空；空；1準(zhǔn)備好。準(zhǔn)備好。 intblock_num；/以以BCD碼的形式存放本程序段號。碼的形式存放本程序段號。 doubleCOOR20；/存放尺寸指令的數(shù)值（存放尺寸指令的數(shù)值（m）。）。 intF,S；/F（mm/min）S（r/min）。）。 charG0；/以標(biāo)志形式存放以標(biāo)志形式存放G

50、指令。指令。 charG1； charM0；/以標(biāo)志形式存放以標(biāo)志形式存放M指令。指令。 charM1； charT；/存放本段換刀的刀具號。存放本段換刀的刀具號。 charD；/存放刀具補償?shù)牡毒甙霃街?。存放刀具補償?shù)牡毒甙霃街怠?；以標(biāo)志形式存放以標(biāo)志形式存放G G指令示例指令示例D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0G00 0 ：無該指令；：無該指令； 1：有該指令：有該指令G01 0 ：無該指令；：無該指令； 1：有該指令：有該指令G02 0 ：無該指令；：無該指令； 1：有該指令：有該指令G03 0 ：無該指令；：無該指令； 1：有該指令：有該指令G90/G91 0 ：G90

51、 ；1：G91G06 0 ：無該指令；：無該指令； 1：有該指令：有該指令00：G40 ；11：G4001：G41 ；10；G42在系統(tǒng)軟件中各程序間的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)軟件中各程序間的數(shù)據(jù)交換方式一般都是通過緩沖區(qū)進行交換方式一般都是通過緩沖區(qū)進行的。該緩沖區(qū)由若干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組的。該緩沖區(qū)由若干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)前程序段被解釋完后便將該成，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)組中空閑段的數(shù)據(jù)信息送入緩沖區(qū)組中空閑的一個。后續(xù)程序（如刀補程序）的一個。后續(xù)程序（如刀補程序）從該緩沖區(qū)組中獲取程序信息進行從該緩沖區(qū)組中獲取程序信息進行工作。工作。 N06 G90 G41 D11 G01 X2

52、00 Y300 F200 N06 G90 G41 D11 G01 X200 Y300 F200 ； Struct PROG_BUFFER Struct PROG_BUFFER char buf_state char buf_state； 0 0：( (開始開始) )；1 1（；）（；） int block_num int block_num； 0606（N06N06） double COOR20 double COOR20； COOR1=200000COOR1=200000；（；（X200X200） COOR2=300000 COOR2=300000；（；（Y300Y300） int F,S

53、int F,S； F=200F=200；（；（F200F200） char G0 char G0； D5=0D5=0；（；（G90G90） D6,D7=0,1 D6,D7=0,1（G41G41） D1=1 D1=1；（；（G01G01） char D char D； D=11D=11（D11D11） ；三、刀具補償原理三、刀具補償原理（1）刀具補償?shù)幕驹恚┑毒哐a償?shù)幕驹沓叹庈壽E程編軌跡( (零件輪廓零件輪廓) )b ba ac cd de eR RrBCDEHG刀具中心軌跡刀具中心軌跡A刀具半徑補償：刀具半徑補償：CNC裝置能夠根據(jù)零件輪廓信息和裝置能夠根據(jù)零件輪廓信息和刀具半徑自動計

54、算中心軌跡，使其自動刀具半徑自動計算中心軌跡，使其自動偏移零件輪廓一個刀具半徑值的計算稱偏移零件輪廓一個刀具半徑值的計算稱為刀具半徑補償。為刀具半徑補償。刀具半徑補償指令有：刀具半徑補償指令有：G40-取消刀補取消刀補G41-左刀補左刀補G42-右刀補右刀補補償指令為補償指令為模態(tài)指令模態(tài)指令左右刀補處理的主要工作：刀補處理的主要工作：n根據(jù)根據(jù)G90/G91計算零件輪廓的計算零件輪廓的終點坐標(biāo)值。終點坐標(biāo)值。n根據(jù)根據(jù)R和和G41/42，計算本段刀，計算本段刀具中心軌跡的終點（具中心軌跡的終點（Pe/Pe）坐標(biāo)值。坐標(biāo)值。n根據(jù)本段與前段連接關(guān)系，進根據(jù)本段與前段連接關(guān)系，進行段間連接處理。

55、行段間連接處理。Pe（200，300）XRP0（72，48）Pe”PeG41G42Y刀具半徑補償?shù)膱?zhí)行過程分三步刀具半徑補償?shù)膱?zhí)行過程分三步：1、刀補建立（、刀補建立（G41，G42）起刀點起刀點rG41起刀點起刀點rG422、刀補進行（模態(tài)指令）、刀補進行（模態(tài)指令）刀具中心軌跡始終比編程軌跡伸長刀具中心軌跡始終比編程軌跡伸長或縮短一個刀具半徑值的距離。在軌跡或縮短一個刀具半徑值的距離。在軌跡轉(zhuǎn)接處，采用圓弧過渡或直線過渡轉(zhuǎn)接處，采用圓弧過渡或直線過渡ABCABBC3、刀補撤消（、刀補撤消（G40）rG41G01G40G00（2）刀具半徑補償計算刀具半徑補償計算 B 功能刀具半徑補償計算功能

56、刀具半徑補償計算 (不能自動處理尖角過渡問題不能自動處理尖角過渡問題) C 功能刀具半徑補償計算功能刀具半徑補償計算C功能刀具半徑補償原理功能刀具半徑補償原理B功能刀具半徑補償不能自動處理尖角過渡問題功能刀具半徑補償不能自動處理尖角過渡問題ABCABBC1）C刀補原理刀補原理根據(jù)程編軌跡，直接計算出刀具中心軌跡交根據(jù)程編軌跡，直接計算出刀具中心軌跡交點的坐標(biāo)值，然后再對編程軌跡作伸長或縮短的修點的坐標(biāo)值，然后再對編程軌跡作伸長或縮短的修正。采用正。采用直線過渡直線過渡的方法。的方法。ABCC刀補的交點刀補的交點刀補軌跡刀補軌跡ABC零件程編軌跡零件程編軌跡2 2）工作流程）工作流程緩沖寄存區(qū)緩沖寄存區(qū)BS刀具補償?shù)毒哐a償緩沖區(qū)緩沖區(qū)CS工作寄存區(qū)工作寄存區(qū)AS輸出寄存區(qū)輸出寄存區(qū)OS第一段第一段程序內(nèi)容程序內(nèi)容第一段第一段程序內(nèi)容程序內(nèi)容第二段第二段程序內(nèi)容程序內(nèi)容判斷判斷修改修改修改后第一段修改后第一段程序內(nèi)容程序內(nèi)容 第二段第二段 程序內(nèi)容程序內(nèi)容第三段第三段程序內(nèi)容程序內(nèi)容3）程編軌跡轉(zhuǎn)接類型）程編軌跡轉(zhuǎn)接類型根據(jù)程序段軌跡矢量的夾角根據(jù)程序段軌跡矢量的夾角 （銳角或鈍角）（銳角或鈍角）和刀補（和刀補（G41或或G42）的不同，可分為以下三種）的不同，可分為以下三種過渡類型：過渡類型：伸長型、縮短型、插入型伸長型、縮短型、插入型四種轉(zhuǎn)接方式四種轉(zhuǎn)接方式直線與直線轉(zhuǎn)接直線與