6-4數(shù)控技術(shù)第四章 計算機數(shù)控裝置的軟、硬件結(jié)構(gòu)

1、數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要局部,它是由數(shù)控程序、輸入輸出設(shè)備、CNC裝置、可編程控制器(PLC)、主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置（包括監(jiān)測裝置）等組成,有時也稱作計算機數(shù)控裝置（CNC裝置）。 第一節(jié) 概 述2022/7/101現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置。隨著計算機技術(shù)的開展,數(shù)控裝置性能越來越高,價格越來越低。從外部特征來看,CNC裝置是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大局部組成的,軟件在硬件的支持下運行,離開軟件,硬件便無法工作,二者缺一不可。. CNC裝置的組成2022/7/102現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) CNC裝置硬件的層次結(jié)構(gòu)CNC裝置的硬件具有一般計算機的根本結(jié)構(gòu)

2、,還有數(shù)控機床所特有的功能模塊與接口單元。圖4-1 CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu). CNC裝置的組成2022/7/103現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)2、CNC裝置軟件的功能結(jié)構(gòu) 從本質(zhì)特征來看,CNC裝置軟件是具有實時性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng),從功能特征來看,該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩局部組成。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。其結(jié)構(gòu)框圖如圖4-2所示。為了提高機床的進給速度控制,一些實時控制可以由硬件來完成,如硬件插補器。這樣CPU作些插補前的準備工作,而位置控制由硬件電路完成。. CNC裝置的組成2022/7/104現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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交互位置控制輸入輸出管理

3、插補運算故障診斷處理速度處理機床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補償. CNC裝置的組成2022/7/105現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)3、CNC裝置硬件軟件的作用和相互關(guān)系硬件是根底,軟件是靈魂CNC裝置的系統(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求,有條不紊地進行加工。 CNC裝置的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺,如圖4-3所示。. CNC裝置的組成2022/7/106現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)圖4-3 CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應(yīng)用軟件控制軟件數(shù)控加工程序 接口被控設(shè)備 機 床 機器人 測量機 . CNC裝置的組成2022/7/107現(xiàn)代數(shù)

4、控技術(shù) 1、具有靈活性和通用性CNC裝置的功能大多由軟件實現(xiàn),且軟硬件采用模塊化的結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)功能的修改、擴充變得較為靈活。CNC裝置其根本配置局部是通用的,不同的數(shù)控機床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊,以實現(xiàn)特定的控制功能。二. CNC裝置的優(yōu)點2022/7/108現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)2、數(shù)控功能豐富插補功能：二次曲線、樣條曲線、空間曲面插補補償功能：運動精度補償、隨機誤差補償、非線性誤差補償?shù)热藱C對話功能：加工的動、靜態(tài)跟蹤顯示,高級人機對話窗口編程功能：G代碼、籃圖編程、局部自動編程功能。二. CNC裝置的優(yōu)點2022/7/109現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 3、 可靠性高CNC裝置采用集成度高的電子元件、芯片、可

5、靠性得以保證。許多功能由軟件實現(xiàn),使硬件的數(shù)量減少。豐富的故障診斷及保護功能(大多由軟件實現(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)時間降低。二. CNC裝置的優(yōu)點2022/7/1010現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)4、使用維護方便操作使用方便：用戶只需根據(jù)菜單的提示,便可進行正確操作。編程方便：具有多種編程的功能、程序自動校驗和模擬仿真功能。維護維修方便：局部日常維護工作自動進行(潤滑,關(guān)鍵部件的定期檢查等),數(shù)控機床的自診斷功能,可迅速實現(xiàn)故障準確定位。二. CNC裝置的優(yōu)點2022/7/1011現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)5、易于實現(xiàn)機電一體化數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積小（采用計算機,硬件數(shù)量減少；電子元件的集成度越

6、來越高,硬件不斷減?。?使其與機床在物理上結(jié)合在一起成為可能,減少占地面積,方便操作。二. CNC裝置的優(yōu)點2022/7/1012現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括根本功能和選擇功能。不管用于什么場合的CNC裝置,根本功能使必備的數(shù)控功能；選擇功能是供用戶根據(jù)機床特點和用途進行選擇的功能。根本功能數(shù)控系統(tǒng)根本配置的功能,即必備功能；選擇功能用戶可根據(jù)實際要求選擇的功能。CNC裝置的功能2022/7/1013現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 1、控制功能 CNC能控制和能聯(lián)動控制的進給軸數(shù),它是數(shù)控裝置的重要性能指標。 CNC的控制軸分有：移動軸（X、Y、Z

7、）和回轉(zhuǎn)軸（A、B、C）；根本軸和附加軸（U、V、W）。數(shù)控車床一般只需X、Z兩軸聯(lián)動控制。數(shù)控銑床、鉆床以及加工中心等需要三軸控制以及三軸以上聯(lián)動控制。聯(lián)動控制軸數(shù)越多,CNC系統(tǒng)就越復(fù)雜,編程也越困難。CNC裝置的功能2022/7/1014現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)2、準備功能（G功能） 指令機床動作方式的功能。它包括根本移動、程序暫停、平面選擇、坐標設(shè)定、刀具補償、鏡像、固定循環(huán)加工、公英制轉(zhuǎn)換、子程序等指令。CNC裝置的功能2022/7/1015現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)3、 插補功能和固定循環(huán)功能插補功能是數(shù)控裝置實現(xiàn)零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運算的功能。實現(xiàn)插補功能的方法有逐點比較法、數(shù)字積分法、直接函數(shù)

8、法和雙DDA法等固定循環(huán)功能是數(shù)控裝置實現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能CNC裝置的功能2022/7/1016現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)4、進給功能進給速度的控制功能。進給速度 控制刀具相對工件的運動速度,單位為mm/min。同步進給速度 實現(xiàn)切削速度和進給速度的同步,單位為 mm/r。只有主軸裝有位置編碼器的機床才能指令同步進給速度進給倍率（進給修調(diào)率）人工實時修調(diào)預(yù)先給定的進給速度。使用倍率開關(guān)不用修改零件加工程序就改變進給速度。CNC裝置的功能2022/7/1017現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)5、主軸功能 數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速的控制功能,單位為r/min。恒線速度

9、控制刀具切削點的切削速度為恒速的控制功能。該功能主要 用于車削和磨削加工中,使工件端面質(zhì)量提高。主軸修調(diào)率人工實時修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速。主軸準停該功能使主軸在徑向的某一位置準確停止。加工中心必須有主軸準停功能,主軸準停后實施卸刀和裝刀動作。CNC裝置的功能2022/7/1018現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 6、輔助功能（M功能） 用于指令機床輔助操作的功能。主要用于指定主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、冷卻泵的翻開和關(guān)閉、換刀等動作。CNC裝置的功能2022/7/1019現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)7、刀具管理功能實現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。刀具幾何尺寸（半徑和長度）,供刀具補償功能使用；刀具壽命是指時間壽命,當?shù)毒邏勖狡?/p>

10、時,CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；CNC裝置都具有刀具號（T）管理功能,用于標識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。CNC裝置的功能2022/7/1020現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)8、補償功能刀具半徑和長度補償功能： 實現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。傳動鏈誤差：包括螺距誤差補償和反向間隙誤差補償功能。非線性誤差補償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等,采用AI、專家系統(tǒng)等新技術(shù)進行建模,利用模型實施在線補償。CNC裝置采用補償功能可以把這些補償量輸入到其內(nèi)部儲存器,在控制機床進給時按一定的計算方法將這些補償量補上。CNC裝置的功能2022/7/1021現(xiàn)代數(shù)

11、控技術(shù) 9、 人機對話功能在CNC裝置中這類功能有：菜單結(jié)構(gòu)操作界面；零件加工程序的編輯環(huán)境；系統(tǒng)和機床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。CNC裝置的功能2022/7/1022現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)10、自診斷功能CNC自動實現(xiàn)故障預(yù)報和故障定位的功能。CNC裝置中安裝了各種診斷程序,這些程序可以嵌入其它功能程序中,在CNC裝置運行過程中進行檢查和診斷。CNC裝置的功能2022/7/1023現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)11、通訊功能 CNC與外界進行信息和數(shù)據(jù)交換的功能通訊功能主要完成上級計算機與CNC裝置之間的數(shù)據(jù)和命令傳送。CNC裝置的功能2022/7/1024現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)第二節(jié) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)C

12、NC裝置從它的硬件組成結(jié)構(gòu)來看,假設(shè)按其中含有CPU的多少來分,可分為單微處理機和多微處理機結(jié)構(gòu)兩大類。經(jīng)濟型數(shù)控裝置一般采用單微處理結(jié)構(gòu),高級型CNC裝置采用多微處理結(jié)構(gòu)。多微處理結(jié)構(gòu)可以使數(shù)控機床向高速度、高精度和高智能化方向開展。2022/7/1025現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)一、分類：（一）、單微處理機結(jié)構(gòu)的數(shù)控裝置1、單機系統(tǒng): 整個CNC裝置只有一個CPU,它集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NC功能。該CPU既要對鍵盤輸入和CRT顯示處理,又要進行譯碼、刀補計算以及插補等實時處理,這樣進給速度顯然受到影響。2、主從結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中只有一個CPU(稱為主CPU)對系統(tǒng)的資源有控

13、制和使用權(quán)。其它帶CPU的功能部件只能接受主CPU的控制命令或數(shù)據(jù),或向主CPU發(fā)出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。即它是處于以附屬地位的,故稱之為主從結(jié)構(gòu),也歸類于單微處理機結(jié)構(gòu)第二節(jié) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)2022/7/1026現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)（二）、多微處理機結(jié)構(gòu)CNC裝置中有兩個或兩個以上的CPU,即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有CPU,根據(jù)部件間的相互關(guān)系又可將其分為：1、多主結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)中有兩個或兩個以上帶CPU的模塊部件對系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)。模塊之間采用緊耦合（關(guān)聯(lián)與依賴）,有集中的操作系統(tǒng),通過仲裁器來解決總線爭用問題,通過公共存儲器進行交換信息。2、分布式結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)有兩個或兩個以上帶C

14、PU的功能模塊,各模塊有自己獨立的運行環(huán)境,模塊間采用松耦合,且采用通訊方式交換信息。第二節(jié) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)2022/7/1027現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)CPU紙帶機接口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功能單微處理機數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)圖二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1028現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 1、微處理器和系統(tǒng)總線(母板) 微處理器由控制器和運算器組成,是微處理機的核心,他完成控制和運算兩方面的內(nèi)容。在CNC裝置中,控制器的控制任務(wù)為：從程序存儲器中依次

15、取出的指令,經(jīng)解釋,向CNC裝置各局部按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號,使指令得以執(zhí)行。而且又接受執(zhí)行部件發(fā)回來的反響信號,控制器根據(jù)程序中的指令信息以及這些反響信息,決定下一步命令操作。運算器的任務(wù)主要是：零件加工程序的譯碼、刀補計算、插補計算、位置控制計算及其它數(shù)據(jù)的計算和邏輯運算。系統(tǒng)總線是將微處理器、存儲器和輸入/輸出接口等相對獨立的裝置或功能部件聯(lián)系起來,并傳送信息的公共通道。由數(shù)據(jù)總線、地址總線：控制總線組成。二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1029現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)2、 顯示模塊(顯示卡)顯示卡的主要作用：接收來自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù),經(jīng)與CRT的掃描信號調(diào)制后,產(chǎn)

16、生CRT顯示器所需要的視頻信號,在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1030現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)在CNC裝置中,CRT顯示是一個非常重要的功能,它是人機交流的重要媒介,它給用戶提供了一個直觀的操作環(huán)境,可使用戶能快速地熟悉適應(yīng)其操作過程。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,而且它還有非常豐富的支持軟件,因此無需用戶自己開發(fā)。二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1031現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)3、 輸入/出模塊(多功能卡)它是CNC裝置與外界進行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板,即CNC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CNC裝置中的數(shù)據(jù)送給輸

17、出設(shè)備。該模塊也是標準的PC機模塊,一般不需要用戶開發(fā)。（1）I/O（輸入/輸出）接口同其它工業(yè)上的輸入/輸出接口一樣CNC裝置與機床間的接口也有國際標準,稱為“機床/數(shù)控接口標準。數(shù)控裝置與機床以及機床電器設(shè)備之間的接口分為三種類型二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1032現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹第一類：與驅(qū)動控制器和測量裝置之間的連接電路第二類：電源及保護電路第三類：開/關(guān)信號和代碼連接電路第一類接口傳送的信息是CNC裝置與伺服單元、伺服電機、位置監(jiān)測和速度檢測之間的控制信息,它們屬于數(shù)字控制、伺服控制和檢測控制。第二類電源及保護電路由數(shù)控機床強電線路中的電

18、源控制電路構(gòu)成。強電線路由電源變壓器、繼電器、接觸器、保護開關(guān)、熔斷器等連接而成,為驅(qū)動主軸電機、輔助電機、電磁鐵、電磁閥、離合器等功率執(zhí)行元件供電。強電線路不能與低壓下工作的控制電路或弱電路直接連接,只能通過中間繼電器、熱保護器、控制開關(guān)等轉(zhuǎn)換。第三類開/關(guān)信號和代碼連接電路是CNC裝置與機床參考點、限位、面板開關(guān)等以及一些輔助功能輸出控制連接的信號。當數(shù)控機床沒有用PLC時,這些信號在CNC裝置與機床之間直接傳送,當有PLC時,除一些高速信號外,均通過PLC輸入/輸出2022/7/1033現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹CNC裝置與被控設(shè)備交換的信號有三類：開關(guān)信號、模擬信號、

19、脈沖信號。這些信號由于其類型、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),需要一個接口對這些信號進行變換處理。接口電路主要包括以下幾個方面任務(wù)（1）電平轉(zhuǎn)換：一般CNC裝置的信號是TTL電平,而控制機床和來自機床的電信號電平通常不是TTL電平,因此要進行電平轉(zhuǎn)換,在重負載情況下,還要進行功率放大。2022/7/1034現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹（2）A/D、D/A轉(zhuǎn)換：CNC裝置的微處理器只能處理數(shù)字量而對于模擬量控制的地方,則需數(shù)/模（D/A)轉(zhuǎn)換器,同理,將模擬量輸入到CNC裝置需要模/數(shù)（A/D)轉(zhuǎn)換器。（3）防止噪聲引起誤動作阻斷外部的干擾信號進入計算機

20、,用光電耦合器或繼電器將CNC裝置和機床之間的信號在電器上加以隔離。以提高CNC裝置運行的可靠性。2022/7/1035現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 4、電子盤(存儲模塊)電子盤是CNC裝置特有的存儲模塊。在CNC裝置中它用來存放以下數(shù)據(jù)和參數(shù)：（1）系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)；（2）系統(tǒng)的配置參數(shù)(系統(tǒng)所能控制的進給軸數(shù),軸的定義,系統(tǒng)增益等)；（3）用戶的零件加工程序。 二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1036現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)存儲器有兩大類：只讀存儲器（ROM)和隨機存儲器（RAM)。常用的只讀存儲器有：紫外線可擦除的只讀存儲器（EPROM),和電擦除只讀存儲器（E2PROM)。只讀存儲器存放系統(tǒng)程

21、序,由數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家寫入或由生產(chǎn)廠家提供系統(tǒng)程序軟件和操作工具。隨機存儲器RAM用于存放中間運行結(jié)果,顯示數(shù)據(jù)以及運算中的狀態(tài)、標志信息等。屬于加工程序存儲器二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1037現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)5、PLC模塊PLC模塊：CNC裝置實現(xiàn)順序控制的模塊。PLC模塊的作用：接收來自操作面板、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。6、MDI接口（手動數(shù)據(jù)輸入）MDI是通過數(shù)控面板上的鍵盤操作。數(shù)控裝置的微處理器掃描到按下鍵的信號時,就將數(shù)據(jù)送到移位存放器,移位存放器的輸出經(jīng)報警檢查,假設(shè)按鍵

22、有效,按鍵數(shù)據(jù)在控制選通信號的作用下,經(jīng)選擇器、移位存放器、數(shù)據(jù)總線送入RAM存儲起來,假設(shè)按鍵無效,則數(shù)據(jù)不送入RAM.二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1038現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)7、位置控制模塊位置控制模塊是進給伺服系統(tǒng)的重要組成局部,是實現(xiàn)軌跡控制時,CNC裝置與伺服驅(qū)動系統(tǒng)連接的接口模塊。每一進給軸對應(yīng)一套位置控制器。位置控制器在CNC裝置的指令下控制電器帶開工作臺按要求的速度移動規(guī)定的距離。軸控制是數(shù)控機床上要求最高的控制,不僅對單個軸的運動和位置精度的控制有嚴格要求,而且在多軸聯(lián)動時,還要求各移動軸有很好的配合。常用的位置控制模塊有：開環(huán)位置控制模塊：CNC裝置與步進電機驅(qū)動

23、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)動裝置的接口。二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1039現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)8、功能接口模塊 實現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板, 實例：仿形控制器接口；激光加工焦點自動跟蹤器接口；刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號采集器接口板。二.單機或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹2022/7/1040現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)三、多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC裝置 在多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC裝置中,有兩個或兩個以上的CPU,多重操作系統(tǒng)有效地實行并行處理,1、多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC裝置根本功能模塊（1）CNC管理模塊 實現(xiàn)管理和組織整個CNC系統(tǒng)工作過程所需要的功能。如系統(tǒng)初始化

24、、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理。（2）CNC插補模塊 該模塊完成譯碼、刀具補償計算、坐標位移量的計算和進給速度處理等插補前的預(yù)處理。然后再進行插補計算,為各坐標軸提供位置給定量。（3）位置控制模塊 插補后的坐標位置給定值與位置監(jiān)測器測得的位置實際值進行比較,進行自動加減速、回基準點、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和飄移補償,最后得到速度控制的模擬電壓,去驅(qū)動進給電機。2022/7/1041現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)三、多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC裝置（4）PLC模塊 零件加工中的某些輔助功能和從機床來的信號在PLC模塊中作邏輯處理,實現(xiàn)各功能與操作方式之間的連接,機床電器設(shè)備的啟停、刀具交換、轉(zhuǎn)臺分度、工件數(shù)量和

25、運轉(zhuǎn)時間的計數(shù)等。（5）操作與控制數(shù)據(jù)輸入輸出和顯示模塊。零件加工程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)、各種操作命令的輸入輸出、顯示所要求的各種電路。（6）存儲器模塊。該模塊指存放程序和數(shù)據(jù)的主存儲器,或功能模塊間數(shù)據(jù)傳送的共享存儲器。 2、多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC裝置的優(yōu)點 與單微處理機結(jié)構(gòu)CNC裝置相比,多微處理機結(jié)構(gòu)CNC裝置有以下優(yōu)點：2022/7/1042現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)三、多微處理機結(jié)構(gòu)的CNC裝置（1）運算速度快,性能價格比高。多微處理機結(jié)構(gòu)中每一微處理機完成某一特定功能,相互獨立,并且并行工作,所以運算速度快。它適應(yīng)多軸控制,高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求,由于系統(tǒng)共享資源,故性能價格比高。（2）

26、適應(yīng)性強、擴展容易。多微處理機結(jié)構(gòu)CNC裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)?？蓪⑽⑻幚頇C、存儲器、輸入輸出控制分別作成插件板,或?qū)⑵浣M成獨立的硬件模塊,相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu),固化在硬件模塊中,這樣可以積木式組成CNC裝置,具有良好的適應(yīng)性和擴展性,維修也方便。（3）可靠性高。由于多微處理機功能模塊獨立完成某一任務(wù),所以某一功能模塊出故障,其它模塊照常工作,不至于整個系統(tǒng)癱瘓,只要換上正常模塊就解決問題,提高系統(tǒng)可靠性。（4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn) 一般硬件是通用的,易于配置,只要開發(fā)新的軟件就可以構(gòu)成不同的CNC裝置,便于組織規(guī)模生產(chǎn),保證質(zhì)量,形成批量。2022/7/1043現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 第三節(jié) CNC

27、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) CNC系統(tǒng)軟件是一個典型而又復(fù)雜的實時系統(tǒng)。本節(jié)將首先介紹系統(tǒng)軟硬件界面的關(guān)系,然后從系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)流的角度來分析CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程,并從多任務(wù)性和實時性的角度來分析CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點,CNC裝置的軟件是為完成CNC數(shù)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)取決于軟件的分工,也取決于軟件本身的結(jié)構(gòu)特點。軟件功能是CNC裝置的功能折射出了。一些廠商生產(chǎn)的CNC裝置,硬件設(shè)計好后根本不變,而軟件功能不斷升級,以滿足制造業(yè)開展的要求。2022/7/1044現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)1、軟件與硬件實現(xiàn)各種功能的特點和關(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完成。從

28、實現(xiàn)功能的角度看,軟件與硬件在邏輯上是等價的。特點：硬件處理速度快,但靈活性差,實現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難軟件設(shè)計靈活,適應(yīng)性強,但處理速度相對較慢。2、軟、硬件實現(xiàn)功能的分配軟件硬件功能界面劃分3、功能界面劃分的準則：系統(tǒng)的性能價格比一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面2022/7/1045現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)4、數(shù)控系統(tǒng)功能界面的幾種劃分：輸 入預(yù)處理位置檢測插補運算位置控制速度控制伺服電機程序硬件硬件硬件硬件軟件軟件軟件軟件 軟件和硬件的功能界面 一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面2022/7/1046現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面 四種功能界面的劃分,代表了不同時期的數(shù)控裝置產(chǎn)品。數(shù)

29、控裝置開展的趨勢是軟件承擔的任務(wù)越來越多。這主要是由于計算機的運算處理能力不斷增強,使軟件運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)的開展,硬件的本錢也在不斷降低,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,專門制做的時候,硬件所擔負的功能還會逐步增加。2022/7/1047現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) CNC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加工信息,變換成各進給軸的位移指令、主軸轉(zhuǎn)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,加工出符合要求的零件。二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程2022/7/1048現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)加工程序譯 碼譯碼緩沖區(qū)刀補處理刀補

30、緩沖區(qū)速度預(yù)處理插補緩沖區(qū)插補處理運行緩沖區(qū)伺服驅(qū)動位控處理位置反饋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2022/7/1049現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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)進行的。該緩沖區(qū)由假設(shè)干個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成,當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。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工作。二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程2022/7/1050現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)一、零件程序的輸入1、零件程序的輸入零件程序的輸入對于早期的數(shù)控裝置是用紙帶閱讀機鍵盤進行。現(xiàn)代的數(shù)控裝置可通過通信方式或其它輸入裝置實現(xiàn)。紙帶閱讀機中

31、斷效勞程序執(zhí)行一次只讀入一個字符,而且要經(jīng)過一系列的檢查判別,認為合格后才能存入緩沖區(qū)。鍵盤中斷效勞程序執(zhí)行一次讀入一個按鍵的信息,即按下一個鍵就向CPU 申請一次中斷。在鍵盤效勞程序中將鍵盤上打入的字符送入MDI緩沖器,然后再送入零件程序存儲器。(圖4-33）2、數(shù)據(jù)存放形式在零件程序存儲器中可以儲存多個零件程序,零件程序一般是按順序存放的,為了方便零件程序的調(diào)用,2022/7/1051現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)在零件程序存儲器中還開辟了目錄區(qū),在目錄區(qū)中按固定格式存放著相應(yīng)零件程序的有關(guān)信息,形成目錄表,目錄表的每一項對應(yīng)一個零件程序。（圖4-34）儲存的零件程序通常已不用ISO代碼或EIA代碼表示,而

32、是將它轉(zhuǎn)換為某些數(shù)控內(nèi)部代碼。（如表4-2）例如：程序 N10 G91 G01 X100 Y-50 F150 M03 LF 轉(zhuǎn)換成數(shù)控內(nèi)部碼如表4-3,為該零件程序段存儲器中的信息。3、零件加工程序的編輯將零件加工程序輸入后,常常需對該程序編輯,編輯工作主要有插入、刪除、替換和修改等操作。2022/7/1052現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)二、譯碼(解釋)將用文本格式（通常用ASCII碼）表達的零件加工程序,以程序段為單位轉(zhuǎn)換成數(shù)控系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式（本例是指刀補處理程序所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。并按系統(tǒng)規(guī)定的格式放在譯碼結(jié)果緩沖器中為后續(xù)程序使用。譯碼有解釋和編譯兩種方法。解釋方法是將輸入程序整改成某種形式,

33、在執(zhí)行時由計算機順序取出進行分析、判斷和處理,即一邊解釋一邊執(zhí)行。編輯方法是將輸入程序作為源程序,對它進行編譯,形成由機器指令組成的目的程序,然后計算機執(zhí)行這個目的程序。譯碼工作主要有：代碼識別和各項功能的譯碼2022/7/1053現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)1、代碼識別在CNC系統(tǒng)中,代碼識別由軟件完成。譯碼程序從零件緩沖器中逐個輸入字符代碼,將其與相應(yīng)數(shù)字作比較,假設(shè)相等就說明輸入了該字符。（圖4-35）2、各功能碼的譯碼經(jīng)代碼識別設(shè)立了各功能代碼的標志后,就可以分別對各功能碼進行處理了。 對于不同的CNC系統(tǒng)來說,編程格式有自己的規(guī)定,所以可以將譯碼結(jié)果緩沖器的設(shè)置與零件程序段格式相對應(yīng)。（如表4-4）

34、各個功能代碼的處理方式是不盡相同的,表4-4,除G代碼和M代碼分組外,其與功能代碼只有一項,其地址在內(nèi)存中是指定的,因此,譯碼程序根據(jù)代碼識別設(shè)置的各功能碼的標志,確定其存放其相應(yīng)數(shù)碼的地址,以便送入數(shù)據(jù)。 （圖4-36）2022/7/1054現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)刀補處理的主要工作：根據(jù)G90/G91計算零件輪廓的終點坐標值。根據(jù)R和G41/42,計算本段刀具中心軌跡的終點（Pe/Pe）坐標值。根據(jù)本段與前段連接關(guān)系,進行段間連接處理。2. 刀補處理(計算刀具中心軌跡)二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程Pe（200,300）XRP0（72,48）PePeG41G42Y2022/7/1055現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)3、

35、速度預(yù)處理主要功能是根據(jù)加工程序給定的進給速度,計算在每個插補周期內(nèi)的合成移動量,供插補程序使用。二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程2022/7/1056現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)速度處理程序主要完成以下幾步計算：計算本段總位移量：直線：合成位移量L；園?。嚎偨俏灰屏俊Ｓ嬎忝總€插補周期內(nèi)的合成進給量： L= F*t/60 （m）式中：F-進給速度值（mm/min）；t-數(shù)控系統(tǒng)的插補周期（ms）L二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程2022/7/1057現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)4、插補計算 主要功能：根據(jù)操作面板上“進給修調(diào)開關(guān)的設(shè)定值,計算本次插補周期的實際合成位移量：L1=L*修調(diào)值將L1按插補的線形（直線,園弧等）和本插補

36、點所在的位置分解到各個進給軸,作為各軸的位置控制指令（X1、Y1）。 經(jīng)插補計算后的數(shù)據(jù)存放在運行緩沖區(qū)中,以供位置控制程序 之用。本程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補周期t定時運行。二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程2022/7/1058現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)5、 位置控制處理f（）+-+插補輸出X1Y1指令位置X1新Y1新跟隨誤差X3Y3實際位置X2新Y2新反饋位置增量X2、Y2X1舊Y1舊X2舊Y2舊速度指令VX、VY位置控制轉(zhuǎn)換流程二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程2022/7/1059現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)位置控制完成以下幾步計算：計算新的位置指令坐標值：X1新= X1舊+X1；Y1新= Y1舊 +Y1；計算新的位置實際坐標

37、值：X2新= X2舊+X2；Y2新= Y2舊 +Y2計算跟隨誤差(指令位置值 實際位置值)：X3= X1新- X2新； Y3= Y1新- Y2新； 計算速度指令值： VX=f（X3）； VY=f（Y3）二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程2022/7/1060現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)f( )是位置環(huán)的調(diào)節(jié)控制算法,具體的算法視具體系統(tǒng)而定。這一步在有些系統(tǒng)中是采用硬件來實現(xiàn)的。VX、VY送給伺服驅(qū)動單元,控制電機運行,實現(xiàn)CNC裝置的軌跡控制二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程2022/7/1061現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) CNC系統(tǒng)是典型的實時控制系統(tǒng)。CNC裝置的系統(tǒng)軟件則可看成是一個專用實時操作系統(tǒng)。它的控制軟件也采用了計

38、算機軟件技術(shù)中的許多先進技術(shù)。其中多任務(wù)并行處理和多重實時中斷兩項技術(shù)的運用是CNC裝置軟件結(jié)構(gòu)的特點。因此,分析和了解這些要求是至關(guān)重要的,因為它既是系統(tǒng)設(shè)計和將來軟件測試的重要依據(jù),也是確定系統(tǒng)功能和性能指標的過程。三、 CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1062現(xiàn)代數(shù)控技術(shù). 多任務(wù)性與并行處理技術(shù)CNC的功能可定義為CNC的任務(wù)：顯示、譯碼、刀補、速度處理、插補處理、位置控制、等 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)行的時序配合要求,CNC系統(tǒng)的任務(wù)必須采用并行處理,如：插補的同時在屏幕上顯示坐標位置,為了保證加工過程的連續(xù)性,即刀具在各程序段不停刀、譯碼、

39、刀具補償和速度控制模塊必須與插補模塊同時進行,而插補又必須與位置控制同時進行,而不能逐一處理。. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1063現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)數(shù)控裝置管 理 控 制輸入I/O處理顯示診斷通訊速度處理刀具補償譯碼插補位置控制數(shù)控裝置的任務(wù)數(shù)控裝置的多任務(wù)性2022/7/1064現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)任務(wù)的并行處理關(guān)系輸入顯示診斷I/O控制譯碼刀補速度處理插補位置控制雙箭頭表示兩個模塊之間有并行處理關(guān)系任務(wù)的并行處理關(guān)系2022/7/1065現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)并行處理定義：系統(tǒng)在同一時間間隔或同一時刻內(nèi)完成兩個或兩個以上任務(wù)處理的方法。 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C

40、NC系統(tǒng)的處理速度。并行處理的實現(xiàn)方式：資源分時共享資源重復(fù)和時間重疊處理這些實現(xiàn)方式與CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1066現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)（1）、資源分時共享（對單一資源的系統(tǒng)）在單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中,可采用“資源分時共享并行處理技術(shù)。資源分時共享在規(guī)定的時間長度（時間片）內(nèi),根據(jù)各任務(wù)實時性的要求,規(guī)定它們占用CPU的時間,即使多個用戶按時間順序使用同一套設(shè)備,使它們分時共享系統(tǒng)的資源?！百Y源分時共享的技術(shù)關(guān)鍵：其一：各任務(wù)的優(yōu)先級分配問題。（各任務(wù)何時占用CPU)其二：各任務(wù)占用CPU的時間長度,即時間片的分配問題。在CNC裝置中,各任務(wù)占用

41、CPU是用循環(huán)輪流和中段優(yōu)先相結(jié)合的方法來解決。. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1067現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)其他譯碼刀補I/O顯示初始化位置控制插補運算背景程序4ms8ms16ms中斷級別高中斷級別低CNC裝置各任務(wù)分時共享（CPU）時間分布圖系統(tǒng)在完成初始化以后自動進入時間分配中,在環(huán)中依次輪流處理各任務(wù)。對于系統(tǒng)中一些實時性很強的任務(wù)則按優(yōu)先級排隊,分別放在不同優(yōu)先級上作環(huán)外任務(wù),環(huán)外任務(wù)可以隨時中斷環(huán)內(nèi)各任務(wù)的執(zhí)行。2022/7/1068現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)各任務(wù)占用CPU 時間示意圖. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1069現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)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)

42、占用CPU；在一個時間片（如8ms或16ms）內(nèi),CPU并行地執(zhí)行了兩個或兩個以上的任務(wù)。 因此,資源分時共享的并行處理只具有宏觀上的意義,即從 微觀上來看,各個任務(wù)還是逐一執(zhí)行的。. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1070現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) （2）、資源重復(fù)和時間重疊. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點時間重疊是根據(jù)流水處理技術(shù),使多個處理過程在時間上相互錯開,輪流使用同一設(shè)備的幾個局部。資源重復(fù)是通過增加資源（如多CPU）提高運算速度。CNC裝置的硬件設(shè)計普遍采用資源重復(fù)的并行處理方法。而CNC裝置的軟件設(shè)計則常采用資源分時共享和資源重疊的流水線處理技術(shù)。2022/7/1071現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 流水

43、處理技術(shù)的涵義 流水處理技術(shù)是利用重復(fù)的資源（CPU）,將一個大的任務(wù)分成假設(shè)干個子任務(wù)(任務(wù)的分法與資源重復(fù)的多少有關(guān)),這些小任務(wù)是彼此關(guān)系的,然后按一定的順序安排每個資源執(zhí)行一個任務(wù),就象在一條生產(chǎn)線上分不同工序加工零件的流水作業(yè)一樣。. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1072現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)流水處理技術(shù)示意圖時間t+t空間123123123輸出輸出輸出CPU1CPU2CPU3流水處理三、CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點流水處理的關(guān)鍵是時間重疊,在一個時間間隔內(nèi)不是處理一個子程序,而是處理兩個或更多的子程序t2022/7/1073現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 流水處理的特征在任何時刻（流水處理除開始和結(jié)束外

44、）均有兩個或兩個以上的任務(wù)在同時執(zhí)行。流水處理的關(guān)鍵是時間重疊。. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1074現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)實時性定義: 任務(wù)的執(zhí)行有嚴格時間要求（任務(wù)必須規(guī)定時間內(nèi)完成或響應(yīng)）,否則將導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果錯誤或系統(tǒng)故障的特性。實時中斷類型：外部中斷、內(nèi)部定時中斷、硬件故障中斷、程序性中斷實時性任務(wù)分類: 強實時性任務(wù)實時突發(fā)性任務(wù)；實時周期性任務(wù)弱實時性任務(wù)2、實時中斷處理2022/7/1075現(xiàn)代數(shù)控技術(shù) 強實時性任務(wù)實時突發(fā)性任務(wù)：任務(wù)的發(fā)生具有隨機性和突發(fā)性,是一種異步中斷事件。主要包括故障中斷(急停,機械限位、硬件故障等)、機床PLC中斷、硬件（按鍵）操作中斷等。實時周期性

45、任務(wù)：任務(wù)是精確地按一定時間間隔發(fā)生的。主要包括插補運算、位置控制等任務(wù)。為保證加工精度和加工過程的連續(xù)性,這類任務(wù)處理的實時性是關(guān)鍵。在任務(wù)的執(zhí)行過程中,除系統(tǒng)故障外,不允許被其它任何任務(wù)中斷。2022/7/1076現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)弱實時性任務(wù)這類任務(wù)的實時性要求相對較弱,只需要保證在某一段時間內(nèi)得以運行即可。在系統(tǒng)設(shè)計時,它們或被安排在背景程序中,或根據(jù)重要性將其設(shè)置成不同的優(yōu)先級（級別較低）,再由系統(tǒng)調(diào)度程序?qū)λ鼈冞M行合理的調(diào)度。這類任務(wù)主要包括：CRT顯示、零件程序的編輯、加工狀態(tài)的動態(tài)顯示、加工軌跡的靜態(tài)模擬仿真及動態(tài)顯示等。. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1077現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

46、搶占式優(yōu)先調(diào)度機制多任務(wù)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度方法：循環(huán)調(diào)度法 ；優(yōu)先調(diào)度法搶占方式：在CPU正在執(zhí)行某任務(wù)時,假設(shè)另一優(yōu)先級更高的任務(wù)請求執(zhí)行,CPU將立即終止正在執(zhí)行的任務(wù),轉(zhuǎn)而響應(yīng)優(yōu)先級高任務(wù)的請求優(yōu)先調(diào)度：在CPU空閑時,當同時有多個任務(wù)請求執(zhí)行時,優(yōu)先級高的任務(wù)將優(yōu)先得到滿足。. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點2022/7/1078現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)四、CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式結(jié)構(gòu)模式：指系統(tǒng)軟件的組織管理方式,即系統(tǒng)任務(wù)的劃分方式、任務(wù)調(diào)度機制、任務(wù)間的信息交換機制以及系統(tǒng)集成方法等。結(jié)構(gòu)模式的功能：組織和協(xié)調(diào)各個任務(wù)的執(zhí)行,使之滿足一定的時序配合要求和邏輯關(guān)系,以滿足CNC系統(tǒng)的各種控制要求。2022

47、/7/1079現(xiàn)代數(shù)控技術(shù). 前后臺型結(jié)構(gòu)模式該模式將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩局部：前臺程序: 主要完成插補運算、位置控制、故障診斷等實時性很強的任務(wù),它是一個實時中斷效勞程序。后臺程序(背景程序): 完成顯示、零件加工程序的編輯管理、系統(tǒng)的輸入/輸出、插補預(yù)處理（譯碼、刀補處理、速度預(yù)處理)等弱實時性的任務(wù),它是一個循環(huán)運行的程序,其在運行過程中,不斷地定時被前臺中斷程序所打斷,前后臺相互配合來完成零件的加工任務(wù)。該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC系統(tǒng)大都采用這種結(jié)構(gòu)。. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1080現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)前后臺程序運行關(guān)系圖前臺程序故障處理位置控制插補運算

48、后臺程序譯 碼刀補處理速度預(yù)處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1081現(xiàn)代數(shù)控技術(shù).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效勞程序中,然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷效勞程序?qū)嵤┱{(diào)度管理,其管理的功能主要通過各級中斷效勞程序之間的相互通信來解決。整個軟件就是一個大的中斷管理系統(tǒng)。. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1082現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)中斷型軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件 + 軟件）0級中斷服務(wù)程序 級中斷服務(wù)程序 級中斷服務(wù)程序級中斷服務(wù)程序1n2. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

49、模式2022/7/1083現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點任務(wù)調(diào)度機制：搶占式優(yōu)先調(diào)度。信息交換：緩沖區(qū)。實時性好。由于中斷級別較多（最多可達8級）,強實時性任務(wù)可安排在優(yōu)先級較高的中斷效勞程序中。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。 8090年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1084現(xiàn)代數(shù)控技術(shù). 基于實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式 實時操作系統(tǒng)（Real Time Operating System RTOS）是操作系統(tǒng)的一個重要分支,它除了具有通用操作系統(tǒng)的功能外,還具有任務(wù)管理、多種實時任務(wù)調(diào)度機制（如優(yōu)先級搶占調(diào)度、時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等）

50、、任務(wù)間的通信機制（如郵箱、消息隊列、信號燈等）等功能。由此可知,CNC系統(tǒng)軟件完全可以在實時操作系統(tǒng)的根底上進行開發(fā)。. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1085現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)基于實時操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖RTOS模塊（任務(wù)）1模塊（任務(wù)）2模塊（任務(wù)）. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1086現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)基于實時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點（1）弱化功能模塊間的耦合關(guān)系在本模式中,設(shè)計者只須考慮模塊自身功能的實現(xiàn),然后按規(guī)則掛到實時操作系統(tǒng)上,而模塊間的調(diào)用關(guān)系、信息交換方式等功能都由實時操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。從而弱化了模塊間的耦合關(guān)系。. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1087現(xiàn)代數(shù)控技

51、術(shù) （2）系統(tǒng)的開放性和可維護性好從本質(zhì)上講,前述結(jié)構(gòu)模式采用的是單一流程加中斷控制的機制,一旦開發(fā)完畢,系統(tǒng)將使得完全封閉（對系統(tǒng)的開發(fā)者也是如此）,假設(shè)想對系統(tǒng)進行功能擴充和修改將是困難的。在本模式中,系統(tǒng)功能的擴充或修改,只須將編寫好的任務(wù)模塊（模塊程序加上任務(wù)控制塊（TCB）,掛到實時操作系統(tǒng)上（按要求進行編譯）即可。因而,采用該模式開發(fā)的CNC系統(tǒng)具有良好的開放性和可維護性。. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1088現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)（3）減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量在CNC系統(tǒng)軟件開發(fā)中,系統(tǒng)內(nèi)核（任務(wù)管理、調(diào)度、通信機制）的設(shè)計開發(fā)的往往是很復(fù)雜的,而且工作量也相當大。當以現(xiàn)有的實時操作

52、系統(tǒng)為內(nèi)核時,即可大大減少系統(tǒng)的開發(fā)工作量和開發(fā)周期。. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式2022/7/1089現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)第四節(jié) STD80數(shù)控系統(tǒng)的硬件 STD80系統(tǒng)是通用微型計算機系統(tǒng),既可以組成開環(huán)的也可以組成閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng),該系統(tǒng)采用STD總線結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)的硬件以Z80A CPU為核心,采用高集成度的存儲器,控制程序固化在ROM中,在實際加工過程中,最高切削速度和最高進給速度均由用戶根據(jù)機床性能和加工需要自行設(shè)定。系統(tǒng)選用CMOS RAM作為“零件加工程序存儲器、有刀具長度、刀具半徑補償和位置偏移等多種補償功能,系統(tǒng)可以設(shè)置假設(shè)干參數(shù)。 一、CPU板 CPU模板由Z80A CPU 微處理器、

53、32KB字節(jié)存儲器（控制程序占24KB 加工程序占8KB）定時計數(shù)器CTC(具有定時計數(shù)功能外還具有中斷功能）、并行和串行接口（主要完成CPU和外部間的數(shù)據(jù)傳送、交換和處理以及8位并行輸入和輸出）2022/7/1090現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)第四節(jié) STD數(shù)控系統(tǒng)的硬件二、64KB帶備用電池存儲器板該板是STD總線64KB字節(jié)的RAM/ROM板,板上有8個用于擴展存儲器的芯片插座,每個插座可插8KB的存儲器芯片,中選擇COMS的HM6264-LP芯片時,具有斷電后保護隨機存儲器中數(shù)據(jù)的功能。當斷電時鋰電池E向低功耗的6264芯片提供維持電壓。2022/7/1091現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)第四節(jié) STD數(shù)控系統(tǒng)的硬件三、步進電機接口板該接口板為步進電機驅(qū)動電源提供可變的脈沖振蕩源,六相或五相脈沖分配器和正負相控制功能。8253的0通道用作進給振蕩器