數(shù)控系統(tǒng)(一)

1、第第2 2章章 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：1.CNC1.CNC的組成的組成、工作過程、工作過程、功能與特點(diǎn)功能與特點(diǎn)2.CNC2.CNC的硬件結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)3.CNC3.CNC系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu)4.CNC4.CNC系統(tǒng)系統(tǒng)的插補(bǔ)原理的插補(bǔ)原理2.12.1 數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各部分功能數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各部分功能2.1.1 2.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)的工作過程數(shù)控系統(tǒng)的工作過程： 數(shù)控機(jī)床加工零件，首先必須將被加工零件的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)按規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，然后將所編寫程序指令輸入到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)再將程序（代碼）

2、進(jìn)行譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算，向機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)的伺服機(jī)構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信息和指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件，控制所需要的輔助運(yùn)動(dòng)，最后加工出合格零件。這些信息和指令包括：各坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度、進(jìn)給方向和進(jìn)給位移量、各狀態(tài)的控制信號。 數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（FANUC-6MB）CNCCNC系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)CNC是在NC的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其部分或全部控制功能通過軟件來實(shí)現(xiàn)。只要更改控制程序，無需更改硬件電路，就可改變控制功能。因此，CNC系統(tǒng)在通用性、靈活性、使用范圍等諸方面具有更大的優(yōu)越性。CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成CNC數(shù)控系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)、可編程邏輯控

3、制器(PLC)、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成，習(xí)慣上稱為CNC系統(tǒng)。 CNC系統(tǒng)由硬件和軟件組成，軟件在硬件的支持下運(yùn)行，離開軟件硬件便無法工作，二者缺一不可。 CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（1 1）CNCCNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成。計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 基基 本本 系系 統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)備備層層設(shè)設(shè)備備支支持持層層接 口人機(jī)控制運(yùn)動(dòng)控制PMC其他I/O其他設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示設(shè)備輸入/出設(shè)備機(jī) 床機(jī)器人測量機(jī) .CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（2） CNC系統(tǒng)軟件的功能結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)軟件是具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性的

4、專用操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。操作系統(tǒng)管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機(jī)交互交互位置控制輸入輸出管理插補(bǔ)運(yùn)算故障診斷處理速度處理機(jī)床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補(bǔ)償.3-2 CNC 軟件系統(tǒng)功能框圖CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（3 3）CNCCNC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CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求，有條不紊地進(jìn)行加工。 CNC系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺，如圖所示。CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的

5、組成CNC系統(tǒng)平臺系統(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(jī)機(jī) 床床 機(jī)器人機(jī)器人 測量機(jī)測量機(jī) .CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理 CNC系統(tǒng)在其硬件環(huán)境支持下，按照系統(tǒng)監(jiān)控軟件的控制邏輯，對輸入、譯碼、刀具補(bǔ)償、速度規(guī)劃、插補(bǔ)、位置控制、IO口處理、顯示和診斷等方面進(jìn)行控制。（1）輸入數(shù)據(jù)處理程序 輸入數(shù)據(jù)處理程序接收輸入的零件加工程序，將其用標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行編譯、整理，按所規(guī)定的格式存放。有些系統(tǒng)還要進(jìn)一步進(jìn)行刀具半徑偏移的計(jì)算，或?yàn)椴逖a(bǔ)運(yùn)算和速度控制等進(jìn)行一些預(yù)處理。CN

6、CCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理輸入數(shù)據(jù)處理程序一般包括下面三項(xiàng)內(nèi)容： 輸入 譯碼 數(shù)據(jù)處理CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理（2）插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制程序 插補(bǔ)運(yùn)算程序完成CNC系統(tǒng)中插補(bǔ)器的功能，即實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸脈沖分配的功能。 脈沖分配包括點(diǎn)位、直線以及曲線三個(gè)方面。 插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果輸出，經(jīng)過位置控制部分(這部分工作既可由軟件完成，也可由硬件完成)控制伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，控制刀具按預(yù)定的軌跡加工。位置控制的主要任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理（3）速度控制程序 編程所給的刀具移動(dòng)速度是在各

7、坐標(biāo)的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據(jù)合成速度來計(jì)算各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)方向的分速度。速度控制程序的目的就是控制脈沖分配的速度，即根據(jù)給定的速度代碼(或其他相應(yīng)的速度指令)，控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，以保證按預(yù)定速度進(jìn)給。 速度控制可以用兩種方法實(shí)現(xiàn)：一種是用軟件方法，如程序計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)；另一種用定時(shí)計(jì)數(shù)電路由外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)，運(yùn)用中斷方法來實(shí)現(xiàn)。CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理（4）系統(tǒng)管理程序 為數(shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過程服務(wù)的各個(gè)程序均由系統(tǒng)管理程序進(jìn)行調(diào)度，因此，它是實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。管理程序還要對面板命令、時(shí)鐘信號、故障信號等引起的中斷進(jìn)行處理。水平較高的管理程序可

8、使多道程序并行工作。有的管理程序還安排進(jìn)行自動(dòng)編程工作，或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行必要的預(yù)防性診斷。CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理（5）診斷程序 診斷程序可以在運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指示出故障的類型。也可以在運(yùn)行前或發(fā)生故障后，檢查各種部件(接口、開關(guān)、伺服系統(tǒng))的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。還可以在維修中查找有關(guān)部件的工作狀態(tài)，判別其是否正常，對于不正常的部件給予顯示，便于維修人員能及時(shí)處琿。CNCCNC系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）具有靈活性和通用性CNC系統(tǒng)的功能大多由軟件實(shí)現(xiàn)，且軟硬件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、擴(kuò)充變得較為靈活。CNC系統(tǒng)其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)

9、控機(jī)床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊，以實(shí)現(xiàn)特定的控制功能。（2）數(shù)控功能豐富插補(bǔ)功能：插補(bǔ)功能：二次曲線、樣條、空間曲面插補(bǔ)補(bǔ)償功能：補(bǔ)償功能：運(yùn)動(dòng)精度補(bǔ)償、隨機(jī)誤差補(bǔ)償、非線性誤 差補(bǔ)償?shù)热藱C(jī)對話功能：人機(jī)對話功能：加工的動(dòng)、靜態(tài)跟蹤顯示，高級人機(jī)對話窗口編程功能：編程功能：G代碼、籃圖編程、部分自動(dòng)編程功能。（3）可靠性高CNC系統(tǒng)采用集成度高的電子元件、芯片是可靠性的保證。許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。豐富的故障診斷及保護(hù)功能(大多由軟件實(shí)現(xiàn))，從而可使系統(tǒng)的故障發(fā)生的頻率和發(fā)生故障后的修復(fù)時(shí)間降低。（4）使用維護(hù)方便操作使用方便：操作使用方便：用戶只需根據(jù)菜單的提示，便可進(jìn)行正確

10、操作。編程方便：編程方便：具有多種編程的功能、程序自動(dòng)校驗(yàn)和模擬仿真功能。維護(hù)維修方便：維護(hù)維修方便：部分日常維護(hù)工作自動(dòng)進(jìn)行(潤滑，關(guān)鍵部件的定期檢查等)，數(shù)控機(jī)床的自診斷功能，可迅速實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位。 （5）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積小(采用計(jì)算機(jī)，硬件數(shù)量減少；電子元件的集成度越來越高，硬件的不斷減小)，使其與機(jī)床在物理上結(jié)合在一起成為可能，減少占地面積，方便操作。1 基本功能（數(shù)控系統(tǒng)都應(yīng)具備） 控制功能，準(zhǔn)備功能，插補(bǔ)功能，進(jìn)給功能，主軸功能， 輔助功能，刀具管理功能，顯示功能2 擴(kuò)展功能 補(bǔ)償功能，自診斷功能、固定循環(huán)功能，通信功能，人機(jī)對話編程功能，圖形顯示功能等

11、數(shù)控系統(tǒng)的功能 硬件 軟件 幾種典型的軟硬件界面的劃分程序輸入數(shù)據(jù)處理插補(bǔ)位控速控伺服電機(jī)測量計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件組成，數(shù)控系統(tǒng)軟件和硬件的功能界面： 哪些功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，哪些功能由硬件來實(shí)現(xiàn)，或怎樣確定軟件和硬件在數(shù)控系統(tǒng)中所承擔(dān)的任務(wù)。 四種功能界面的劃分，代表了不同時(shí)期的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是軟件承擔(dān)的任務(wù)越來越多。這主要是由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理能力不斷增強(qiáng)，使軟件運(yùn)行的速度大大提高的結(jié)果。這種趨勢并不是一成不變的，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，硬件的成本也在不斷降低，如果硬件的制造可以做到象軟件一樣靈活，能夠根據(jù)特殊需求，專門制做的時(shí)候，硬件所擔(dān)負(fù)的功能還會(huì)逐步增加。 2. 2

12、 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1、單處理器結(jié)構(gòu) 單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在單微處理器結(jié)構(gòu)中，整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)微處理器來完成數(shù)據(jù)存儲和處理、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、顯示等功能,并對其進(jìn)行控制和處理。采用集中控制、分時(shí)處理的控制方式。單個(gè)微處理器通過總線與存儲器、輸入輸出接口及其它接口相連，構(gòu)成整個(gè)CNC系統(tǒng)。某些CNC系統(tǒng)雖然有兩個(gè)以上的微處理器，但其中只有一個(gè)微處理器能夠控制系統(tǒng)總線，占用總線資源，而其他微處理器只作為專用控制部件，不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，它們組成主從結(jié)構(gòu)，故也歸于單微處理器結(jié)構(gòu)中。2. 2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件數(shù)控系

13、統(tǒng)的硬件CPUEPROMRAMIN接口接口OUT接口接口紙帶紙帶閱讀機(jī)閱讀機(jī)MDI/CRT接口接口位置位置控制控制其它其它接口接口總總線線1、單微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 用80C31單片機(jī)組成的簡易數(shù)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)圖CPU紙帶機(jī)接口RS232接口CRT/MDI接口手搖輪接口ROM接口RAM接口PLC接口位控單元位控單元位控單元主軸單元D/AD/AD/AD/A速度單元速度單元速度單元速度單元MMMMMST功能單微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 微處理器 微處理器CPU是CNC系統(tǒng)的核心，主要由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。 運(yùn)算器含算術(shù)邏輯運(yùn)算、寄存器和堆棧等部件，對數(shù)

14、據(jù)進(jìn)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。 控制器從存儲器中依次取出組成程序的指令，經(jīng)過譯碼，向CNC系統(tǒng)各部分按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號，使指令得以執(zhí)行。同時(shí)接收執(zhí)行部件發(fā)回來的反饋信息，控制器根據(jù)程序中的指令信息及這些反饋信息，決定下一步命令操作。單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 總線 總線是由賦予一定信號意義的物理導(dǎo)線構(gòu)成，按信號的物理意義，可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線三組。數(shù)據(jù)總線為各部件之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和傳送的數(shù)據(jù)寬度相等，采用雙方向線。地址總線傳送的是地址信號，與數(shù)據(jù)總線結(jié)合使用，以確定數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來源地或目的地，采用單方向線。控制總線傳輸?shù)氖枪芾砜偩€的某些控制

15、信號，如數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫控制、中斷復(fù)位及各種確認(rèn)信號，采用單方向線。單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制存儲器 存儲器用于存放數(shù)據(jù)、參數(shù)和程序等。系統(tǒng)控制程序存放在可擦寫只讀存儲器(EPROM)中，即使系統(tǒng)斷電控制程序也不會(huì)丟失。程序只能被CPU讀出，不能隨機(jī)寫入，必要時(shí)可用紫外線擦除EPROM，再重寫監(jiān)控程序。常用的EPROM有2732、2764、27128、27256、27512、27010等。 運(yùn)算的中間結(jié)果存放在隨機(jī)存儲器(RAM)中，常用的RAM有6264、62256等。存放在RAM中的數(shù)據(jù)能隨機(jī)地進(jìn)行讀寫，但如不采取適當(dāng)?shù)拇胧瑪嚯姾蟠娣判畔?huì)丟失。單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制單處

16、理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 IO(輸入輸出)接口 CNC系統(tǒng)和機(jī)床之間的信號一般不直接連接，而通過輸入(Input)和輸出(Output)接口(IO)電路連接。接口電路的主要任務(wù)如下： 1）進(jìn)行必要的電氣隔離，防止干擾信號引起誤動(dòng)作。 2）進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。 單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 MDICRT接口 MDI手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入是通過數(shù)控面板上的鍵盤操作。當(dāng)掃描到有鍵按下時(shí)，將數(shù)據(jù)送入移位寄存器，經(jīng)數(shù)據(jù)處理判別該鍵的屬性及其有效，并進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)控處理。 CRT(陰極射線管)接口在CNC軟件控制下，在單色或彩色CRT(或LCD)上實(shí)現(xiàn)字符和圖形顯示，對數(shù)控代碼程序、參數(shù)、各種補(bǔ)償數(shù)據(jù)、

17、坐標(biāo)位置、故障信息、人機(jī)對話編程菜單、零件圖形和動(dòng)態(tài)刀具軌跡等進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制位置控制模塊 速度控制、位置反饋等單元組成位置環(huán)控制模塊。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)對位置環(huán)的控制要求是無超調(diào)、無滯后、特性硬、抗干擾能力強(qiáng)；對速度環(huán)的要求是大慣性、大調(diào)速比(一般大于1：2000)、特性硬。下圖是位置環(huán)與速度環(huán)示意圖。 單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 可編程控制器 可編程控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC，替代傳統(tǒng)機(jī)床強(qiáng)電繼電器邏輯控制，利用邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)各種開關(guān)量的控制。 CNC系統(tǒng)和PLC的數(shù)據(jù)交換和處理過程如

18、下：1）CNC系統(tǒng)將要PLC處理的數(shù)據(jù)寫到DPRAM中；2）PLC從DPRAM中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)邏輯檢測、邏輯 運(yùn)算和處理；3）一方面PLC用處理的結(jié)果通過輸出接口控制機(jī)床電氣，另一方面將處理的狀態(tài)通過DPRAM反饋給CNC系統(tǒng)；4）CNC系統(tǒng)根據(jù)反饋結(jié)果，進(jìn)行相關(guān)處理和顯示。單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制單處理器計(jì)算機(jī)數(shù)字控制 通信接口 當(dāng)CNC系統(tǒng)用作設(shè)備層和工作層控制器組成分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC或柔性制造系統(tǒng)FMS時(shí)，還要與上級計(jì)算機(jī)或直接數(shù)字控制器DNC進(jìn)行數(shù)字通信。 2、多微處理器結(jié)構(gòu) 多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床高速度、高精度、多功能的要求。在多微處理器結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上微

19、處理器。多微處理器CNC系統(tǒng)采用模塊化技術(shù)，由多個(gè)功能模塊組成。有管理模塊、插補(bǔ)模塊、位置控制模塊、存儲器模塊、操作面板管理和顯示模塊以及PLC模塊等。多微處理器CNC系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可分為共享存儲器結(jié)構(gòu)和共享總線結(jié)構(gòu) （1）多微處理器CNC系統(tǒng)的基本功能模塊 多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)，一般由六種功能模塊組成，通過增加相應(yīng)的功能模塊，可實(shí)現(xiàn)一些特殊功能。CNC管理模塊 該模塊組織和管理整個(gè)CNC系統(tǒng)各功能協(xié)調(diào)工作。CNC插補(bǔ)模塊該模塊 根據(jù)前面的編譯指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，按規(guī)定的插補(bǔ)類型通過插補(bǔ)計(jì)算為各個(gè)坐標(biāo)提供位置給定值。 位置控制模塊 插補(bǔ)后的坐標(biāo)作為位置控制模塊的給定值，而實(shí)際位置通過相

20、應(yīng)的傳感器反饋給該模塊，經(jīng)過一定的控制算法，實(shí)現(xiàn)無超調(diào)、無滯后、高性能的位置閉環(huán)。PLC模塊 零件程序中的開關(guān)功能和由機(jī)床來的信號在這個(gè)模塊中作邏輯處理，實(shí)現(xiàn)各功能和操作方式之間的連鎖，機(jī)床電氣設(shè)備的啟停、刀具交換、轉(zhuǎn)臺分度、工件數(shù)量和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的計(jì)數(shù)等。 操作面板監(jiān)控和顯示模塊 零件程序、參數(shù)、各種操作命令和數(shù)據(jù)的輸入(如軟盤、硬盤、鍵盤、各種開關(guān)量和模擬量的輸入、上級計(jì)算機(jī)輸入等)、輸出(如通過軟盤、硬盤、各種開關(guān)量和模擬量的輸出、打印機(jī))、顯示(如通過LED、CRT、LCD等)所需要的各種接口電路。 存儲器模塊該模塊 指程序和數(shù)據(jù)的主存儲器，或功能模塊間數(shù)據(jù)傳送用的共享存儲器。(2)多微處

21、理器CNC系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)多為模塊化結(jié)構(gòu)，通常采用共享總線和共享存儲器兩種典型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)模塊間的互聯(lián)與通信。 共享總線結(jié)構(gòu) 以系統(tǒng)總線為中心的多微處理器CNC系統(tǒng)，把組成CNC系統(tǒng)的各個(gè)功能部件劃分為帶有CPU或DMA器件的主模塊和不帶CPU或DMA器件的從模塊(如各種RAM、ROM模塊、IO模塊)兩大類。系統(tǒng)總線的作用是把各個(gè)模塊有效地連接在一起，按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議交換各種數(shù)據(jù)和控制信息，構(gòu)成完整的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的功能。共享總線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1、在系統(tǒng)中只有主模塊有權(quán)控制和使用系統(tǒng)總線。2、同一時(shí)刻只能由一個(gè)主模塊占有總線，通過仲裁電路裁決各主模塊同時(shí)請求系統(tǒng)總線的競爭，

22、按負(fù)擔(dān)任務(wù)的重要程度預(yù)先安排好各主模塊的優(yōu)先級別或高低順序。3、這種結(jié)構(gòu)模塊之間的通信主要依靠存儲器來實(shí)現(xiàn)，大部分系統(tǒng)采用公共存儲器方式。 多微處理器結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)多微處理器結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng) 共享存總線結(jié)構(gòu)CNC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(dòng)編程模塊(CPU)主存儲器模塊插補(bǔ)模塊(CPU)PLC模塊(CPU)位置控制模塊(CPU)主軸控制模塊CRT/MDII/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)共享存儲器結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征： 面向共公存儲器來設(shè)計(jì)的，即采用多端口來實(shí)現(xiàn)各主模塊之間的互連和通訊， 采用多端

23、口控制邏輯來解決多個(gè)模塊同時(shí)訪問多端口存儲器沖突的矛盾。由于多端口存儲器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而且對兩個(gè)以上的主模塊，會(huì)因爭用存儲器可能造成存儲器傳輸信息的阻塞，所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端口存儲器（雙端口RAM）。 共享存儲器結(jié)構(gòu)CNC硬件結(jié)構(gòu) 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2.3 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)和開放式數(shù)控系統(tǒng) 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)各功能模塊間的通訊是按照SERCOS（Serial Communication System）協(xié)議進(jìn)行的。圖4-7表示了SERCOS協(xié)議通訊的原理。由一個(gè)控制器和若干個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成通訊回路。通訊以循環(huán)方式進(jìn)行，每個(gè)循環(huán)的時(shí)間可設(shè)定為62s、125s、250s或其整

24、數(shù)倍。循環(huán)時(shí)間的長短以保證控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器間的同步通訊為前提。圖中的Master表示運(yùn)動(dòng)控制器，Slave i表示連接在控制環(huán)路中的第i個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，MST表示同步信息，ATi表示第i個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的數(shù)據(jù)，MDT為控制器發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)。開放式結(jié)構(gòu)開放式結(jié)構(gòu) 具有在不同的工作平臺上均能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、具有在不同的工作平臺上均能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行互操作的系統(tǒng)。且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行互操作的系統(tǒng)。 系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化(Standardization)與多樣化與多樣化( Diversification)和互換性和互換性(In

25、terchangeability)的特征的特征 允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)“積木式積木式”的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的；透明的； 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)管 理控 制輸入I/O處理顯示診斷通訊速度處理刀具補(bǔ)償譯碼插補(bǔ)位置控制2.3 2.3 數(shù)控系統(tǒng)的軟件數(shù)控系統(tǒng)的軟件2.3.1 數(shù)控系統(tǒng)的軟件的基本任務(wù)CNC的功能輸入輸入、譯碼、譯碼刀具刀具補(bǔ)償、進(jìn)給補(bǔ)償、進(jìn)給速度處理速度處理插插補(bǔ)、補(bǔ)、位置控制位置控制I/OI/O接口接口顯示顯示、診斷、診斷1. 輸入 將編寫好的數(shù)控加工程序輸入給CNC系統(tǒng)。方式有：紙

26、帶閱讀機(jī)輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入、通訊接口輸入及連接上一級計(jì)算機(jī)的DNC(Direct Numerical Control)接口輸入。 CNC系統(tǒng)在輸入過程中還要完成校驗(yàn)和代碼轉(zhuǎn)換等工作，輸入的全部信息都放到CNC系統(tǒng)的內(nèi)部存儲器中。 CNC軟件的基本任務(wù) 譯碼處理是以一個(gè)程序段為單位對零件數(shù)控加工程序進(jìn)行處理，把輸入的零件加工程序翻譯成數(shù)控系把輸入的零件加工程序翻譯成數(shù)控系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式。在譯碼過程中，首先對程序段的語法進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，立即報(bào)警。若沒有錯(cuò)誤，則把程序段中的零件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線程序段中的零件輪廓信息（如起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等）、加工速度信息

27、（或圓弧等）、加工速度信息（F F代碼）和其它輔助信息代碼）和其它輔助信息（M M、S S、T T代碼等）代碼等）按照一定的語法規(guī)則解釋成微處理器能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存單元，準(zhǔn)備為后續(xù)程序使用。 譯碼后的數(shù)據(jù)有兩種存放格式。 1 不按字符格式的存放方法 2 保留字符格式的存放方法2. 2. 譯碼高4位 低4位 說 明 1 3 G 03 2 3 M 03 100 X值 50 Y值 0 Z值 0 I值 50 J值 0 K值 100 F值 不按字符格式的譯碼數(shù)據(jù)存放格式M03 G03 X100. Y50. I0 J50. F100.； 刀具長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償 刀具半徑

28、補(bǔ)償是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化成刀具中心軌跡，編程員只需按零件輪廓軌跡編程，減輕了工作量。刀具半徑補(bǔ)償處理程序主要進(jìn)行以下幾項(xiàng)工作： 1 計(jì)算本段零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值； 2 根據(jù)刀具的半徑值和刀具補(bǔ)償方向，計(jì)算出本段刀具中心軌跡的終點(diǎn)位置； 3 根據(jù)本段和下一段的轉(zhuǎn)接關(guān)系進(jìn)行段間處理。3. 3. 數(shù)據(jù)預(yù)處理合成速度、坐標(biāo)方向的分速度 速度預(yù)處理程序主要完成以下幾步計(jì)算： 1計(jì)算本程序段總位移量 2計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量 L=Ft/60（m） 式中，F(xiàn) 進(jìn)給速度值（mm/min）； t 數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期（ms）。4. 4. 插補(bǔ)和位置控制插補(bǔ)和位置控制 插補(bǔ)的任務(wù)是通過插補(bǔ)計(jì)算程序在已知有限

29、信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作，即在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)。 1 根據(jù)速度倍率值計(jì)算本次插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量； 2 計(jì)算新的坐標(biāo)位置； 3 將合成位移分解到各個(gè)坐標(biāo)方向，得到各個(gè)坐標(biāo)軸的位置控制指令。 插補(bǔ)程序要實(shí)時(shí)性 插補(bǔ) 圖 位置控制原理 位置控制是在伺服系統(tǒng)的每個(gè)采樣周期內(nèi)，將精插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置信息進(jìn)行比較，其差值作為伺服調(diào)節(jié)的輸入，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標(biāo)的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償，以提高機(jī)床的定位精度。位置控制是強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)，所有計(jì)算必須在位置控制周期（伺服周期）內(nèi)完成。伺服周期可以等

30、于插補(bǔ)周期，也可以是插補(bǔ)周期的整數(shù)分之一。 指令位置 +插補(bǔ)輸出 +x2，y2- -位控輸出x3，y3 + X2新，Y2新實(shí) 際 位 置 增量x1，y1 實(shí)際位置X1新，Y1新 X2舊，Y2舊 X1舊，Y1舊 + + -位置控制1 計(jì)算新的指令坐標(biāo)位置 X2新 = X2舊 + x2 Y2新 = Y2舊 + y22 計(jì)算實(shí)際坐標(biāo)位置 X1新 = X1舊 + x1 Y1新 = Y1舊 + y13 計(jì)算位置控制輸出值 x3 = X2新 - X1新 y3 = Y2新 Y1新 位置控制是強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)，所有計(jì)算必須在位置控制周期（伺服周期）內(nèi)完成。伺服周期可以等于插補(bǔ)周期，也可以是插補(bǔ)周期的整數(shù)分之一。 CNC系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的控制單元，在數(shù)控加工中，CNC系統(tǒng)要完成管理和控制兩大任務(wù)。管理軟件要完成的任務(wù)包括輸入輸出處理、顯示、通信、和診斷等。控制軟件要完成的任務(wù)包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度控制、插補(bǔ)和位置控制、輔助功能控制等。 這些任務(wù)中有些可以順序執(zhí)行，有些必須同時(shí)執(zhí)行，如： （1） 顯示和控制任務(wù)必須同時(shí)執(zhí)行，以便操作人員及時(shí)了解機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)； （2） 在加工過程中，為使加工過程連續(xù)，譯碼、刀補(bǔ)