C計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置

1教學(xué)內(nèi)容第4章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置4.1概述4.2CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)4.3CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)4.4CNC裝置的插補(bǔ)原理4.5刀具半徑補(bǔ)償原理24.1.1CNC裝置的組成4.1.2CNC裝置的功能4.1概述3數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）由數(shù)控程序、I/O設(shè)備、數(shù)控裝置（CNC裝置）、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)給伺服系統(tǒng)共同組成的一個(gè)完整的系統(tǒng)，其核心是數(shù)控裝置。4數(shù)控系統(tǒng)特征控制特征：CNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件(各運(yùn)動(dòng)軸)的位移量、速度為控制對(duì)象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。外部特征：CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。5CNC裝置主要功能正確識(shí)別和解釋數(shù)控加工程序；進(jìn)行零件輪廓幾何信息和命令信息的處理；將處理結(jié)果分發(fā)給相應(yīng)的單元。處理結(jié)果：連續(xù)控制量，送往驅(qū)動(dòng)控制裝置；離散的開(kāi)關(guān)控制量，送往機(jī)床電器邏輯控制裝置。

64.1.1CNC裝置的組成1、CNC裝置硬件的基本組成程序存儲(chǔ)器（ROM/EEPROM）通信接口主軸控制接口輸入/輸出接口數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）MDI接口PLC接口CRT或LCD接口位置控制接口紙帶閱讀機(jī)接口CPU微型機(jī)基本結(jié)構(gòu)；特有的功能模塊；特有的接口單元。

72、CNC裝置軟件的基本功能本質(zhì)特征：

具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)；功能特征：

該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。83、CNC裝置硬件、軟件的相互關(guān)系CNC裝置的硬件和軟件構(gòu)成了CNC裝置的系統(tǒng)平臺(tái)

硬件操作系統(tǒng)管理軟件應(yīng)用軟件控制軟件數(shù)控加工程序口被控設(shè)備

機(jī)床機(jī)器人測(cè)量機(jī)

......

接9該平臺(tái)有以下兩方面的作用提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。104.1.2CNC裝置的功能CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機(jī)床控制要求的方法和手段?；竟δ堋獢?shù)控系統(tǒng)必備的功能。選擇功能——用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。11CNC裝置置的的主主要要功功能能7、輔輔助助功功能能8、刀刀具具管管理理功功能能9、補(bǔ)補(bǔ)償償功功能能10、人人機(jī)機(jī)對(duì)對(duì)話話功功能能11、自自診診斷斷功功能能12、通通信信功功能能1、控控制制功功能能2、準(zhǔn)準(zhǔn)備備功功能能3、固固定定循循環(huán)環(huán)功功能能4、插插補(bǔ)補(bǔ)功功能能5、進(jìn)進(jìn)給給功功能能6、主主軸軸功功能能121、控控制制功功能能CNC能控制制和能能聯(lián)動(dòng)動(dòng)控控制制的軸軸數(shù)數(shù)。。CNC的進(jìn)進(jìn)給給軸軸分分類類：：移動(dòng)動(dòng)軸軸（X、Y、Z）和和回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸（A、B、C）；；附加加軸軸（U、V、W）。。聯(lián)動(dòng)動(dòng)控控制制軸軸數(shù)數(shù)越越多多，，CNC系統(tǒng)統(tǒng)就就越越復(fù)復(fù)雜雜，，編編程程也也越越困困難難。。2、準(zhǔn)準(zhǔn)備備功功能能（（G功能能））指令令機(jī)機(jī)床床動(dòng)動(dòng)作作方方式式的的功功能能。。如如，，G90,G00,G02,………133、固固定定循循環(huán)環(huán)功功能能數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)典典型型加加工工循循環(huán)環(huán)（（如如：：鉆鉆孔孔、、攻攻絲絲、、鏜鏜孔孔、、深深孔孔鉆鉆削削和和切切螺螺紋紋等等））的的功功能能。。4、插插補(bǔ)補(bǔ)功功能能數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)零零件件輪輪廓廓(平面面或或空空間間)加工工軌軌跡跡運(yùn)運(yùn)算算的的功功能能。。5、輔輔助助功功能能（（M功能能））用于于指指令令機(jī)機(jī)床床輔輔助助操操作作的的功功能能。。146、進(jìn)給功功能：進(jìn)給速度度的控制制功能。。進(jìn)給速度度：控制刀具具相對(duì)工工件的運(yùn)運(yùn)動(dòng)速度度，單位位為mm/min;同步進(jìn)給給速度：：實(shí)現(xiàn)切削削速度和和進(jìn)給速速度的同同步，單單位為mm/r;進(jìn)給倍率率（進(jìn)給給修調(diào)率率）：人工實(shí)時(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)預(yù)先給定定的進(jìn)給給速度。。通過(guò)使用用面板的的倍率波波段開(kāi)關(guān)關(guān)進(jìn)行實(shí)實(shí)時(shí)調(diào)整整，不用用修改程程序可以以改變進(jìn)進(jìn)給速度度。157、主軸功功能：對(duì)主軸的的控制功功能。主軸轉(zhuǎn)速速——主軸轉(zhuǎn)速速的控制制功能；；G97S8000。恒線速度度控制——刀具切削削點(diǎn)的切切削速度度為恒速速的控制制功能；；G96S800。主軸定向向控制——主軸周向向定位于于特定位位置控制制的功能能。C軸控制——主軸周向向任意位位置控制制的功能能。主軸修調(diào)調(diào)率——人工實(shí)時(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)預(yù)先設(shè)定定的主軸軸轉(zhuǎn)速。。168、刀具管管理功能能：實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀刀具幾何何尺寸和和壽命的的管理功功能。刀具幾何何尺寸（（半徑和和長(zhǎng)度））：供刀具補(bǔ)補(bǔ)償功能能使用；；刀具壽命命：時(shí)時(shí)間壽命命，當(dāng)?shù)兜毒邏勖狡跁r(shí)時(shí)，CNC系統(tǒng)將提提示用戶戶更換刀刀具；刀具號(hào)（（T）管理功功能：用用于標(biāo)識(shí)識(shí)刀庫(kù)中中的刀具具和自動(dòng)動(dòng)選擇加加工刀具具。179、補(bǔ)償功功能刀具半徑徑和長(zhǎng)度度補(bǔ)償功功能：實(shí)現(xiàn)按零零件輪廓廓編程控控制刀具具中心軌軌跡的功功能。傳動(dòng)鏈誤誤差：包括螺距距誤差補(bǔ)補(bǔ)償和反反向間隙隙誤差補(bǔ)補(bǔ)償功能能。非線性誤誤差補(bǔ)償償功能：：對(duì)諸如熱熱變形、、靜態(tài)彈彈性變形形、空間間誤差以以及由刀刀具磨損損所引起起的加工工誤差等等，采用用AI、專家系系統(tǒng)等新新技術(shù)進(jìn)進(jìn)行建模模，利用用模型實(shí)實(shí)施在線線補(bǔ)償。。1810、人機(jī)對(duì)對(duì)話功能能在CNC裝置中這這類功能能有：菜單結(jié)構(gòu)構(gòu)操作界界面；零件加工工程序的的編輯環(huán)環(huán)境；系統(tǒng)和機(jī)機(jī)床參數(shù)數(shù)、狀態(tài)態(tài)、故障障信息的的顯示、、查詢或或修改畫畫面等。。1911、自診斷斷功能：：CNC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)故障預(yù)預(yù)報(bào)和故故障定位位的功能能。開(kāi)機(jī)自診診斷在線自診診斷離線自診診斷遠(yuǎn)程通訊訊診斷2012、通訊功功能：NC與外界進(jìn)進(jìn)行信息息和數(shù)據(jù)據(jù)交換的的功能RS232C接口，可可傳送零零件加工工程序；；DNC接口，可可實(shí)現(xiàn)直直接數(shù)控控；MAP(制造自動(dòng)動(dòng)化協(xié)議議)模塊；網(wǎng)卡：適適應(yīng)FMS、CIMS、IMS等制造系系統(tǒng)集成成的要求求。214.2.1單機(jī)或主主從結(jié)構(gòu)構(gòu)模塊的的功能4.2.2多主結(jié)構(gòu)構(gòu)的CNC裝置硬件件4.2CNC裝置的硬硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)224.2.1單機(jī)或主主從結(jié)構(gòu)構(gòu)模塊的的功能1、單機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)單機(jī)(單微處理器器)結(jié)構(gòu)是指整整個(gè)CNC裝置只有一一個(gè)CPU，它集中控控制和管理理整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)資源，通通過(guò)分時(shí)處處理的方式式來(lái)實(shí)現(xiàn)各各種數(shù)控功功能?，F(xiàn)在這種結(jié)結(jié)構(gòu)已被多多機(jī)（多微微處理器））系統(tǒng)的主主從結(jié)構(gòu)所所取代。23整個(gè)CNC裝置中有兩兩個(gè)或兩個(gè)個(gè)以上的CPU，但只有一一個(gè)CPU(主CPU)對(duì)系統(tǒng)的資資源(存儲(chǔ)器、總總線)有控制和使使用權(quán)，只只有一個(gè)CPU處于主導(dǎo)地地位，其他他CPU處于從屬地地位的結(jié)構(gòu)構(gòu)，因而稱稱之為主從從結(jié)構(gòu)。從硬件的體體系結(jié)構(gòu)來(lái)來(lái)看，單機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)與主主從結(jié)構(gòu)極極其相似，，因?yàn)橹鲝膹慕Y(jié)構(gòu)的從從CPU模塊與單機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)中相相應(yīng)模塊在在功能上是是等價(jià)的，，只是從模模塊的能力力更強(qiáng)而已已。2、主從結(jié)構(gòu)構(gòu)243、單機(jī)或主主從結(jié)構(gòu)模模塊的功能能單機(jī)或主從從結(jié)構(gòu)的CNC裝置硬件結(jié)結(jié)構(gòu)框圖253、單機(jī)或主主從結(jié)構(gòu)模模塊的功能能1）計(jì)算機(jī)主板板和系統(tǒng)總線2）顯示模塊塊（顯示卡卡）3）輸入/輸出模塊（（多功能卡卡）4）電子盤（（存儲(chǔ)模塊塊）5）PLC模塊6）位置控制制模塊7）功能接口口模塊265）PLC模塊CNC控制分為兩兩類：①①對(duì)對(duì)各坐標(biāo)軸軸的速度和和位置進(jìn)行行的“軌跡控制”；②對(duì)輔助設(shè)設(shè)備動(dòng)作進(jìn)進(jìn)行控制的的“順序控制”。作用：①對(duì)信號(hào)（開(kāi)關(guān)量信信號(hào)、模擬擬量信號(hào)、、脈沖信號(hào)號(hào)）進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，滿足足CNC裝置要求；；②②阻斷外外部的干擾擾信號(hào)進(jìn)入入計(jì)算機(jī)，，在電氣上上將CNC裝置于外部部信號(hào)進(jìn)行行隔離，提提高CNC裝置運(yùn)行可可靠性。PLC完成的任務(wù)務(wù)：電平的的轉(zhuǎn)換和功功率放大、、電氣隔離離。27設(shè)備輔助控控制接口的的硬件邏輯輯（簡(jiǎn)單的的I/O接口板）電氣隔離和和電平轉(zhuǎn)換換柔性較差體積龐大286）位置控制制模塊①開(kāi)環(huán)位置置控制模塊塊步進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)控制接口口的原理圖圖29②閉環(huán)位置控控制模塊閉環(huán)位置控控制模塊原原理框圖304.2.2多主結(jié)構(gòu)的的CNC裝置硬件操作面板，圖形顯示模塊（CPU）CRT/MDI通訊模塊（CPU）自動(dòng)編程模塊（CPU）主存儲(chǔ)器模塊CNC插補(bǔ)模塊（CPU）PLC功能模塊（CPU）位置控制模塊（CPU）主軸控制模塊I/O單元伺服放大器及電動(dòng)機(jī)主軸放大器及電動(dòng)機(jī)1、基本結(jié)構(gòu)構(gòu)功能模塊自自身也帶有有CPU，緊耦合，，總線仲裁裁器來(lái)解決決總線爭(zhēng)用用問(wèn)題，通通過(guò)公共存存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)進(jìn)行信息交交換。31多主結(jié)構(gòu)的的特點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)真正正意義上的的并行處理理，處理速速度快，可可以實(shí)現(xiàn)較較復(fù)雜的系系統(tǒng)功能；；容錯(cuò)能力強(qiáng)強(qiáng)，在某模模塊出了故故障后，通通過(guò)系統(tǒng)重重組仍可繼繼續(xù)工作。。多主結(jié)構(gòu)的的結(jié)構(gòu)形式式共享總線結(jié)結(jié)構(gòu)型。共享存儲(chǔ)器器結(jié)構(gòu)型。。322、典型結(jié)構(gòu)構(gòu)——（1）共享總線線結(jié)構(gòu)FANUCBUS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/MDII/O單元伺服驅(qū)動(dòng)單元主軸單元FANUC15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)33結(jié)構(gòu)特征：：功能模塊：：帶帶有CPU的主模塊和和從模塊(RAM/ROM，I/O模塊)。以系統(tǒng)總線線為中心，，所有的主主、從模塊塊都插在嚴(yán)嚴(yán)格定義的的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)統(tǒng)總線上。。采用總線仲仲裁機(jī)構(gòu)(電路)來(lái)裁定多個(gè)個(gè)模塊同時(shí)時(shí)請(qǐng)求使用用系統(tǒng)總線線的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)問(wèn)題。34優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、、系統(tǒng)組配配靈活、成成本相對(duì)較較低、可靠靠性高。缺點(diǎn)：總線是系統(tǒng)統(tǒng)的“瓶頸”，一旦系統(tǒng)統(tǒng)總線出現(xiàn)現(xiàn)故障，將將使整個(gè)系系統(tǒng)受到影影響；由于于使用總線線要經(jīng)仲裁裁，信息傳傳輸率降低低。352、典型結(jié)構(gòu)構(gòu)——（2）共享存儲(chǔ)儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)36結(jié)構(gòu)特征面向公共存存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)計(jì)，采用多多端口實(shí)現(xiàn)現(xiàn)各主模塊塊之間的互互連和通訊訊；采用多端口口控制邏輯輯來(lái)解決多多個(gè)模塊同同時(shí)訪問(wèn)多多端口存儲(chǔ)儲(chǔ)器沖突的的矛盾。由于多端口口存儲(chǔ)器設(shè)設(shè)計(jì)較復(fù)雜雜，而且對(duì)對(duì)兩個(gè)以上上的主模塊塊，會(huì)因爭(zhēng)爭(zhēng)用存儲(chǔ)器器可能造成成存儲(chǔ)器傳傳輸信息的的阻塞，所所以這種結(jié)結(jié)構(gòu)一般采采用雙端口口存儲(chǔ)器（（雙端口RAM）。374.3CNC裝置的軟件件結(jié)構(gòu)4.3.1CNC裝置軟件和和硬件的功功能界面4.3.2CNC裝置的軟件件系統(tǒng)特點(diǎn)點(diǎn)4.3.3CNC裝置軟件結(jié)結(jié)構(gòu)模式384.3.1CNC裝置軟件和和硬件的功功能界面關(guān)系：從理論上講講，硬件能能完成的功功能也可以以用軟件來(lái)來(lái)完成。從從實(shí)現(xiàn)功能能的角度看看，軟件與與硬件在邏邏輯上是等等價(jià)的。特點(diǎn)：硬件處理速速度快，但但靈活性差差，實(shí)現(xiàn)復(fù)復(fù)雜控制的的功能困難難。軟件設(shè)計(jì)靈靈活，適應(yīng)應(yīng)性強(qiáng)，但但處理速度度相對(duì)較慢慢。應(yīng)用：軟硬兼施39CNC裝置軟件和和硬件的功功能界面劃劃分輸入預(yù)處理位置檢測(cè)插補(bǔ)運(yùn)算位置控制速度控制伺服電機(jī)程序硬件硬件硬件硬件硬件軟件軟件軟件軟件

ⅠⅡⅢⅣ40CNC裝置的數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程程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414.3.2CNC裝置的軟件件系統(tǒng)特點(diǎn)點(diǎn)CNC系統(tǒng)是一個(gè)個(gè)專用的實(shí)實(shí)時(shí)多任務(wù)務(wù)系統(tǒng)，它它的系統(tǒng)軟軟件必須完完成管理和控制兩大任務(wù)。。兩大特點(diǎn)：：多任務(wù)并行行處理；多重實(shí)時(shí)中中斷。421、多任務(wù)并并行處理1）CNC裝置的多任任務(wù)性任務(wù)定義：：可并發(fā)執(zhí)行行的程序在在一個(gè)數(shù)據(jù)據(jù)集合上的的運(yùn)行過(guò)程程。CNC的功功能能則則可可定定義義為為CNC的任任務(wù)務(wù)：：顯示示、、譯譯碼碼、、刀刀補(bǔ)補(bǔ)、、速速度度處處理理、、插插補(bǔ)補(bǔ)處處理理、、位位置置控控制制、、…CNC系統(tǒng)統(tǒng)的的任任務(wù)務(wù)特特征征：：為了了保保證證控控制制的的連連續(xù)續(xù)性性和和各各任任務(wù)務(wù)執(zhí)執(zhí)行行的的時(shí)時(shí)序序配配合合要要求求，，CNC系統(tǒng)統(tǒng)的的任任務(wù)務(wù)必必須須采采用用并并行行處處理理，，而而不不能能逐逐一一處處理理。。432）CNC多任任務(wù)務(wù)并并行行處處理理并行行處處理理定定義義：：系統(tǒng)統(tǒng)在在同同一一時(shí)時(shí)間間間間隔隔或或同同一一時(shí)時(shí)刻刻內(nèi)內(nèi)完完成成兩兩個(gè)個(gè)或或兩兩個(gè)個(gè)以以上上任任務(wù)務(wù)處處理理的的方方法法。。采用用并并行行處處理理技技術(shù)術(shù)的的目目的的：：合理理使使用用和和調(diào)調(diào)配配CNC系統(tǒng)統(tǒng)資資源源；；提提高高CNC系統(tǒng)統(tǒng)處處理理速速度度。。并行行處處理理的的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)方方式式：：資源源分分時(shí)時(shí)共共享享；；并并發(fā)發(fā)處處理理;這些些實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)方方式式與與CNC系統(tǒng)統(tǒng)的的硬硬件件結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)密密切切相相關(guān)關(guān)。。44（1）資資源源分分時(shí)時(shí)共共享享并并行行處處理理（單單CPU結(jié)構(gòu)構(gòu)中中））資源源分分時(shí)時(shí)共共享享———在規(guī)規(guī)定定的的時(shí)時(shí)間間長(zhǎng)長(zhǎng)度度（（時(shí)時(shí)間間片片））內(nèi)內(nèi)，，根根據(jù)據(jù)各各任任務(wù)務(wù)實(shí)實(shí)時(shí)時(shí)性性的的要要求求，，規(guī)規(guī)定定它它們們占占用用CPU的時(shí)時(shí)間間，，使使它它們們分分時(shí)時(shí)共共享享系系統(tǒng)統(tǒng)的的資資源源。。技術(shù)關(guān)關(guān)鍵：其一：：各任任務(wù)的的優(yōu)先級(jí)級(jí)分配問(wèn)問(wèn)題；；其二：：各任任務(wù)占占用CPU的時(shí)間間長(zhǎng)度度，即時(shí)間片片的分配配問(wèn)題題;循環(huán)調(diào)調(diào)度和和優(yōu)先先搶占占調(diào)度度相結(jié)結(jié)合。。45初始化位置控控制插補(bǔ)運(yùn)運(yùn)算4ms8ms16ms中斷級(jí)級(jí)別高高中斷級(jí)級(jí)別低低程序啟啟動(dòng)---運(yùn)行初初始化化程序序----進(jìn)入背背景程程序序序環(huán)，，同時(shí)時(shí)開(kāi)放放定時(shí)時(shí)中斷斷，每每隔一一定時(shí)時(shí)間間間隔發(fā)發(fā)生一一次定定時(shí)中中斷，，執(zhí)行行一次次中斷斷服務(wù)務(wù)程序序。背景程程序…譯碼刀補(bǔ)I/O顯示CPU分時(shí)共共享圖圖46各任務(wù)務(wù)占用用CPU時(shí)間示示意圖圖①任何一一個(gè)時(shí)時(shí)刻只只有一一個(gè)任任務(wù)占占用CPU；②從一一個(gè)時(shí)時(shí)間片片來(lái)看看，CPU并行執(zhí)執(zhí)行了了三個(gè)個(gè)任務(wù)務(wù)。47（2）并發(fā)發(fā)處理理和流流水處處理（多CPU結(jié)構(gòu)中中）①如果果任務(wù)務(wù)間的的關(guān)聯(lián)聯(lián)程度度不高高，則則可將將這些些任務(wù)務(wù)分別別各安安排一一個(gè)CPU，讓其其同時(shí)時(shí)執(zhí)行行，即即所謂謂的“并發(fā)處處理”；②如果果任務(wù)務(wù)之間間的關(guān)關(guān)聯(lián)程程度較較高，，即一一個(gè)任任務(wù)的的輸出出是另另一個(gè)個(gè)任務(wù)務(wù)的輸輸入，，則可可采取取流水水處理理的方方法來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)并行行處理理；流水處處理的的關(guān)鍵鍵是時(shí)時(shí)間重重疊，，以資資源重重復(fù)的的代價(jià)價(jià)換得得時(shí)間間上的的重疊疊，或或以空空間復(fù)復(fù)雜性性的代代價(jià)換換得時(shí)時(shí)間上上的快快速性性。482、實(shí)時(shí)時(shí)性與與優(yōu)先先搶占占調(diào)度度機(jī)制制實(shí)時(shí)性性是指指某個(gè)個(gè)任務(wù)務(wù)的執(zhí)執(zhí)行有有嚴(yán)格格的時(shí)時(shí)間要要求，，即，，必須須在系系統(tǒng)的的規(guī)定定時(shí)間間內(nèi)完完成，，否則則將導(dǎo)導(dǎo)致執(zhí)執(zhí)行結(jié)結(jié)果錯(cuò)錯(cuò)誤和和系統(tǒng)統(tǒng)故障障。1）實(shí)時(shí)時(shí)性任任務(wù)的的分類類強(qiáng)實(shí)時(shí)時(shí)性任任務(wù)（實(shí)時(shí)時(shí)突發(fā)發(fā)性及及實(shí)時(shí)時(shí)周期期性））弱實(shí)時(shí)時(shí)性任任務(wù)。。2）優(yōu)先先搶占占調(diào)度度機(jī)制制優(yōu)先調(diào)調(diào)度（多個(gè)個(gè)任務(wù)務(wù)同時(shí)時(shí)請(qǐng)求求）搶占方方式（一個(gè)個(gè)任務(wù)務(wù)正在在執(zhí)行行，另另一個(gè)個(gè)高級(jí)級(jí)任務(wù)務(wù)請(qǐng)求求）。49結(jié)構(gòu)模模式是是指系系統(tǒng)軟軟件的的組織織管理理方式式，即即系統(tǒng)統(tǒng)任務(wù)務(wù)的劃劃分方方式、、任務(wù)務(wù)調(diào)度度機(jī)制制、任任務(wù)間間的信信息交交換機(jī)機(jī)制以以及系系統(tǒng)集集成方方法等等。1、前、、后臺(tái)臺(tái)型結(jié)結(jié)構(gòu)模模式；；2、中斷斷型結(jié)結(jié)構(gòu)模模式；；3、基于于實(shí)時(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)結(jié)構(gòu)模模式。。4.3.3CNC裝置軟軟件結(jié)結(jié)構(gòu)模模式50前臺(tái)程序插補(bǔ)運(yùn)算位置控制故障處理……后臺(tái)程序譯碼刀補(bǔ)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1、前、、后臺(tái)臺(tái)型結(jié)結(jié)構(gòu)模模式前臺(tái)程程序：：實(shí)時(shí)時(shí)中斷斷服務(wù)務(wù)程序序；后臺(tái)程程序（（背景景程序序）：：循環(huán)環(huán)運(yùn)行行程序序。51特點(diǎn)任務(wù)調(diào)度度機(jī)制：：優(yōu)先搶占占調(diào)度和和循環(huán)調(diào)調(diào)度。前前臺(tái)程序序的調(diào)度度是優(yōu)先先搶占式式的；前前臺(tái)和后后臺(tái)程序序內(nèi)部各各子任務(wù)務(wù)采用的的是順序序調(diào)度；；信息交換換：緩沖區(qū)。。前臺(tái)和和后臺(tái)程程序之間間以及內(nèi)內(nèi)部各子子任務(wù)之之間的信信息交換換；實(shí)時(shí)性差差。在前臺(tái)和后后臺(tái)程序序內(nèi)無(wú)優(yōu)先級(jí)級(jí)等級(jí)、、也無(wú)搶搶占機(jī)制制；該結(jié)構(gòu)僅僅適用于于控制功功能較簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的系系統(tǒng)。早早期的CNC系統(tǒng)大都都采用這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)。52初始化中斷管理系統(tǒng)（軟件+硬件）0級(jí)中斷服務(wù)程序1級(jí)中斷服務(wù)程序2級(jí)中斷服務(wù)程序n級(jí)中斷服務(wù)程序………………除了初始始化程序序之外，，整個(gè)系系統(tǒng)軟件件的各個(gè)個(gè)任務(wù)模模塊分別別安排在在不同級(jí)級(jí)別的中中斷服務(wù)務(wù)程序中中，然后后由中斷斷管理系系統(tǒng)（由由硬件和和軟件組組成）對(duì)對(duì)各級(jí)中中斷服務(wù)務(wù)程序?qū)崒?shí)施調(diào)度度管理。。2、中斷型型結(jié)構(gòu)模模式53FANUC7M系統(tǒng)軟件件結(jié)構(gòu)中斷級(jí)別

主要功能中斷源01234567控制CRT顯示譯碼、刀具中心軌跡計(jì)算、顯示處理鍵盤監(jiān)控、I/O信號(hào)處理、穿孔機(jī)控制外部操作面板、電傳打字機(jī)處理插補(bǔ)計(jì)算、終點(diǎn)判別及轉(zhuǎn)段處理閱讀機(jī)中斷位置控制測(cè)試硬件軟件，16ms定時(shí)軟件,16ms定時(shí)硬件軟件，8ms定時(shí)硬件（或軟件）4ms硬件時(shí)鐘硬件7級(jí)中斷級(jí)別別最高，，0級(jí)中斷級(jí)級(jí)別最低低。表中，控控制被安安排在級(jí)級(jí)別最高高，因?yàn)闉榈毒哌\(yùn)運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)性要求求最高，，CRT最低。54中斷型結(jié)結(jié)構(gòu)模式式的特點(diǎn)點(diǎn)任務(wù)調(diào)度度機(jī)制：：搶占式式優(yōu)先調(diào)調(diào)度。信息交換換：緩沖沖區(qū)。實(shí)時(shí)性好好。由于于中斷級(jí)級(jí)別較多多（最多多可達(dá)8級(jí)），強(qiáng)強(qiáng)實(shí)時(shí)性性任務(wù)可可安排在在優(yōu)先級(jí)級(jí)較高的的中斷服服務(wù)程序序中。模塊間的的關(guān)系復(fù)復(fù)雜，耦耦合度大大，不利利于對(duì)系系統(tǒng)的維維護(hù)和擴(kuò)擴(kuò)充。80～90年代初的的CNC系統(tǒng)大多多采用這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)。553、基于實(shí)實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)模模式實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)（RealTimeOperatingSystem，RTOS）是操作系系統(tǒng)的一一個(gè)重要要分支，，它除了了具有通通用操作作系統(tǒng)的的功能外外，還具具有任務(wù)管理理、多種種實(shí)時(shí)任任務(wù)調(diào)度度機(jī)制（如優(yōu)先先級(jí)搶占占調(diào)度、、時(shí)間片片輪轉(zhuǎn)調(diào)調(diào)度等））、任務(wù)間的的通信機(jī)機(jī)制（如郵箱箱、消息息隊(duì)列、、信號(hào)燈燈等）等等功能。。CNC系統(tǒng)軟件完完全可以在在實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)的基基礎(chǔ)上進(jìn)行行開(kāi)發(fā)。56基于實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)模式式的優(yōu)點(diǎn)弱化功能模模塊間的耦耦合關(guān)系：：設(shè)計(jì)者只需需考慮模塊塊自身功能能的實(shí)現(xiàn)，，然后按規(guī)規(guī)則掛到實(shí)實(shí)時(shí)操作系系統(tǒng)上，而而模塊間的的調(diào)用關(guān)系系、信息交交換方式等等功能都由由實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)。從而而弱化了模模塊間的耦耦合關(guān)系。。系統(tǒng)的開(kāi)放放性和可維維護(hù)性好。。減少系統(tǒng)開(kāi)開(kāi)發(fā)的工作作量。57方法：①在商品化化的實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)下下開(kāi)發(fā)CNC裝置軟件，，國(guó)外有些些著名廠家家采用了這這種方式；；②將通用PC機(jī)操作系統(tǒng)統(tǒng)(DOS、WINDOWS)擴(kuò)充擴(kuò)展成成實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)，然然后在此基基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)發(fā)CNC裝置軟件。。目前國(guó)內(nèi)有有些生產(chǎn)廠廠家采用方方法②。其其優(yōu)點(diǎn)在于于DOS、WINDOWS得到普遍應(yīng)應(yīng)用，擴(kuò)充充擴(kuò)展相對(duì)對(duì)較容易。。其缺點(diǎn)是是安全性受受制于人。。對(duì)策：利利用具有自自主知識(shí)產(chǎn)產(chǎn)權(quán)的操作作系統(tǒng)。北北京中科紅紅旗軟件技技術(shù)有限公公司紅旗Linux。584.4CNC裝置的插補(bǔ)補(bǔ)原理4.4.1插補(bǔ)的定義義及分類4.4.2脈沖增量插插補(bǔ)算法4.4.3數(shù)字增量插插補(bǔ)算法594.4.1插補(bǔ)的定義義及分類1、插補(bǔ)的定定義定義：根據(jù)據(jù)給定進(jìn)給給速度和給給定輪廓線線形的要求求，在輪廓的已已知點(diǎn)之間間，確定一一些中間點(diǎn)點(diǎn)的方法，這這種方法稱稱為插補(bǔ)方方法或插補(bǔ)補(bǔ)原理。插補(bǔ)算法：：對(duì)應(yīng)每種種插補(bǔ)方法法(原理)的各種實(shí)現(xiàn)現(xiàn)算法。插補(bǔ)功能是輪廓控制系系統(tǒng)的本質(zhì)特征征。脈沖當(dāng)量：：相對(duì)于每個(gè)個(gè)脈沖信號(hào)號(hào)，機(jī)床移移動(dòng)部件的的位移量。。脈沖當(dāng)量影影響數(shù)控機(jī)機(jī)床的加工工精度，越越小，加工工精度越高高。60插補(bǔ)的任務(wù)務(wù):根據(jù)進(jìn)給速速度的要求求，在輪廓廓起點(diǎn)和終終點(diǎn)之間計(jì)計(jì)算出若干干個(gè)中間點(diǎn)點(diǎn)的坐標(biāo)值值.每個(gè)中間點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算所需需時(shí)間直接影響系系統(tǒng)的控制速度插補(bǔ)中間點(diǎn)點(diǎn)坐標(biāo)值的的計(jì)算精度又影響到數(shù)數(shù)控系統(tǒng)的的控制精度.因此插補(bǔ)算算法是整個(gè)個(gè)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)控制的核核心。61評(píng)價(jià)插補(bǔ)算算法的指標(biāo)標(biāo)穩(wěn)定性指標(biāo)標(biāo)；插補(bǔ)精度指指標(biāo)；合成速度的的均勻性指指標(biāo)；算法簡(jiǎn)單，，便于編程程。62穩(wěn)定性指標(biāo)標(biāo)插補(bǔ)運(yùn)算是是一種迭代代運(yùn)算，存存在著算法法穩(wěn)定性問(wèn)問(wèn)題。插補(bǔ)算法穩(wěn)穩(wěn)定的充分分必條件：：在插補(bǔ)運(yùn)運(yùn)算過(guò)程中中，對(duì)計(jì)算算誤差和舍舍入誤差沒(méi)沒(méi)有累積效效應(yīng)。插補(bǔ)算法穩(wěn)穩(wěn)定是確保保輪廓精度度要求的前前提。63插補(bǔ)精度指指標(biāo)插補(bǔ)精度：：插補(bǔ)輪廓與與給定輪廓廓的符合程程度，它可可用插補(bǔ)誤誤差來(lái)評(píng)價(jià)價(jià)。插補(bǔ)誤差：：逼近誤差（（用直線逼逼近曲線時(shí)時(shí)產(chǎn)生的誤誤差）；計(jì)算誤差（（因計(jì)算字字長(zhǎng)限制產(chǎn)產(chǎn)生的誤差差）；圓整誤差;其中，逼近近誤差和計(jì)計(jì)算誤差與與插補(bǔ)算法法密切相關(guān)關(guān);一般要求上上述三誤差差的綜合效效應(yīng)小于系系統(tǒng)的最小小運(yùn)動(dòng)指令令或脈沖當(dāng)當(dāng)量。64合成速度的的均勻性指指標(biāo)合成速度的的均勻性：：插插補(bǔ)補(bǔ)運(yùn)算輸出出的各軸進(jìn)進(jìn)給率，經(jīng)經(jīng)運(yùn)動(dòng)合成成的實(shí)際速速度（Fr）與給定定的進(jìn)給給速度（（F）的符合合程度。。速度不均均勻性系系數(shù)：合成速度度均勻性性系數(shù)應(yīng)應(yīng)滿足：：652、插補(bǔ)的的分類1）脈沖增增量插補(bǔ)補(bǔ)（行程程標(biāo)量插插補(bǔ)）2）數(shù)字增增量插補(bǔ)補(bǔ)（時(shí)間間標(biāo)量插插補(bǔ)）661）脈沖增增量插補(bǔ)補(bǔ)①特點(diǎn)：：每次插補(bǔ)補(bǔ)的結(jié)果果僅產(chǎn)生生一個(gè)單單位的行行程增量量（一個(gè)個(gè)脈沖當(dāng)量量）,以一個(gè)一一個(gè)脈沖沖的方式式輸出給給步進(jìn)電電機(jī);其基本思想想是：用折折線來(lái)逼逼近曲線線（包括括直線））;插補(bǔ)速度度與進(jìn)給給速度密密切相關(guān)關(guān)，而且且還受到到步進(jìn)電電動(dòng)機(jī)最最高運(yùn)行行頻率的的限制。。當(dāng)脈沖當(dāng)當(dāng)量為10mm時(shí)，采用用該插補(bǔ)補(bǔ)算法所所能獲得得最高進(jìn)進(jìn)給速度度是4-5m/min;實(shí)現(xiàn)方法法較簡(jiǎn)單單：通常僅僅用加法法和移位位運(yùn)算方方法就可可完成插插補(bǔ);用硬件實(shí)實(shí)現(xiàn)這類類運(yùn)算的的速度很很快,也有用軟軟件來(lái)完完成這類類算法的的。67②方法：逐點(diǎn)比較法；；最小偏差法；；數(shù)字積分法；；目標(biāo)點(diǎn)跟蹤法法；單步追綜法等等。③用途：主要用于早期期的采用步進(jìn)進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的的數(shù)控系統(tǒng)。。由于此算法法的速度指標(biāo)標(biāo)和精度指標(biāo)標(biāo)都難以滿足足現(xiàn)在零件加加工的要求，，現(xiàn)在的數(shù)控控系統(tǒng)很少采采用。682）數(shù)字增量插插補(bǔ)插補(bǔ)程序以一一定的時(shí)間間間隔定時(shí)(插補(bǔ)周期)運(yùn)行，在每個(gè)個(gè)周期內(nèi)根據(jù)據(jù)進(jìn)給速度計(jì)計(jì)算出各坐標(biāo)標(biāo)軸在下一插插補(bǔ)周期內(nèi)的的位移增量（數(shù)字量）；；其基本思想是：用直線段段（內(nèi)接弦線線，內(nèi)外均差差弦線，切線線）來(lái)逼近曲曲線（包括直直線）；插補(bǔ)運(yùn)算速度度與進(jìn)給速度度無(wú)嚴(yán)格的關(guān)關(guān)系。因而采采用這類插補(bǔ)補(bǔ)算法時(shí)，可達(dá)到較高的的進(jìn)給速度（一般可達(dá)10m/min以上）。69數(shù)字增量插補(bǔ)補(bǔ)特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)算法較脈脈沖增量插補(bǔ)補(bǔ)復(fù)雜，它對(duì)對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)運(yùn)算速度有一一定的要求，，不過(guò)現(xiàn)在的的計(jì)算機(jī)均能能滿足要求。。插補(bǔ)方法：數(shù)字積分法(DDA)、二階近似插插補(bǔ)法、雙DDA插補(bǔ)法、角度度逼近插補(bǔ)法法、時(shí)間分割割法等。這些些算法大多是是針對(duì)圓弧插插補(bǔ)設(shè)計(jì)的。。適用場(chǎng)合：交、直流伺服服電機(jī)為伺服服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的的閉環(huán)，半閉閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)，也可用于于以步進(jìn)電機(jī)機(jī)為伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，，而且，目前前所使用的CNC系統(tǒng)中，大多多數(shù)都采用這這類插補(bǔ)方法法。704.4.3脈沖增量插補(bǔ)補(bǔ)算法逐點(diǎn)比較法是這類算法最最典型的代表表，它是一種種最早的插補(bǔ)補(bǔ)算法。原理：CNC系統(tǒng)在控制過(guò)過(guò)程中，能逐逐點(diǎn)地計(jì)算和和判別運(yùn)動(dòng)軌軌跡與給定軌軌跡的偏差，，（以折線來(lái)來(lái)逼近直線或或圓弧曲線，，它與規(guī)定的的直線或圓弧弧之間的最大大誤差不超過(guò)過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)當(dāng)量）并根據(jù)據(jù)偏差控制進(jìn)進(jìn)給軸向給定定輪廓靠攏，，縮小偏差，，使加工輪廓廓逼近給定輪輪廓。71YXF<0F>0m(Xm,Ym)A(Xe,Ye)O若Fm=0，表示加工點(diǎn)位位于直線上；；若Fm>0，表示加工點(diǎn)位位于直線上方方；若Fm<0，表示加工點(diǎn)位位于直線下方方。若m在直線上1、直線插補(bǔ)1）偏差函數(shù)構(gòu)構(gòu)造72設(shè)在某加工點(diǎn)點(diǎn)處，有Fm>=0，規(guī)定向+X方向走一步則：Xm+1=Xm+1Ym+1=Ym新的偏差：Fm+1=Ym+1Xe–Xm+1Ye=Fm-Ye若Fm<0，規(guī)定+Y方向走一步，，則有則：Xm+1=XmYm+1=Ym+1新的偏差：Fm+1=Ym+1Xe–Xm+1Ye=Fm+XeYXF<0F>0m(Xm,Ym)Ae(Xe,Ye)O732）終點(diǎn)判別直線插補(bǔ)的終終點(diǎn)判別可采采用三種方法法。①判斷插補(bǔ)或或進(jìn)給的總步步數(shù)；②分別判斷各各坐標(biāo)軸的進(jìn)進(jìn)給步數(shù)；③僅判斷進(jìn)給給步數(shù)較多的的坐標(biāo)軸的進(jìn)進(jìn)給步數(shù)。743）插補(bǔ)計(jì)算過(guò)過(guò)程插補(bǔ)計(jì)算時(shí)，，每走一步，，都要進(jìn)行以以下四個(gè)步驟驟的邏輯運(yùn)算算和算術(shù)運(yùn)算算，即：偏差判別，坐坐標(biāo)進(jìn)給，偏偏差計(jì)算，終終點(diǎn)判別。偏差判別終點(diǎn)判別進(jìn)給輸出偏差計(jì)算終點(diǎn)退出75例對(duì)于第一象限限直線OA，終點(diǎn)坐標(biāo)Xe=6,Ye=4，插補(bǔ)從直線線起點(diǎn)O開(kāi)始，故F0=0。終點(diǎn)判別是是判斷進(jìn)給總總步數(shù)N=6+4=10，將其存入終終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)數(shù)器中，每進(jìn)進(jìn)給一步減1，若N=0，則停止插補(bǔ)補(bǔ)。步數(shù)判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別0

F0=0∑=101F=0+XF1=F0-Ye=0-4=-4∑=10-1=92F<0+YF2=F1+Xe=-4+6=2∑=9-1=83F>0+XF3=F2-Ye=2-4=-2∑=8-1=74F<0+YF4=F3+Xe=-2+6=4∑=7-1=65F>0+XF5=F4-Ye=4-4=0∑=6-1=56F=0+XF6=F5-Ye=0-4=-4∑=5-1=47F<0+YF7=F6+Xe=-4+6=2∑=4-1=38F>0+XF8=F7-Xe=2-4=-2∑=3-1=29F<0+YF9=F8+Xe=-2+6=4∑=2-1=110F>0+XF10=F9-Ye=4-4=0∑=1-1=0OA98754321610YX764）不同象限的的直線插補(bǔ)計(jì)計(jì)算7778若Fm=0，表示加工點(diǎn)點(diǎn)位于圓弧上上；若Fm>0，表示加工點(diǎn)點(diǎn)位于圓弧外外；若Fm<0，表示加工點(diǎn)位位于圓弧內(nèi)。。2、圓弧插補(bǔ)1）偏差函數(shù)構(gòu)構(gòu)造若m在圓弧上XYm（Xm，Ym）ABF>0F<0（X0，Y0）（Xe，Ye）79①逆圓插補(bǔ)若Fm≥0，規(guī)定向-X方向走一步若Fm<0，規(guī)定向+Y方向走一步②順圓插補(bǔ)若Fm≥0，規(guī)定向-Y方向走一步若Fm<0，規(guī)定向+X方向走一步802）終點(diǎn)判別1）判斷插補(bǔ)或或進(jìn)給的總步步數(shù)：2）分別判斷各各坐標(biāo)軸的進(jìn)進(jìn)給步數(shù)；3）插補(bǔ)計(jì)算過(guò)過(guò)程圓弧插補(bǔ)計(jì)算算過(guò)程和直線線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)過(guò)程相同，即：偏差判別別，坐標(biāo)進(jìn)給給，偏差計(jì)算算，終點(diǎn)判別別，但是偏差計(jì)算算公式不同，，且在偏差計(jì)計(jì)算的同時(shí)還還要進(jìn)行動(dòng)點(diǎn)點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)值值的計(jì)算，以以便為下一點(diǎn)點(diǎn)的偏差計(jì)算算做好準(zhǔn)備。。81逐點(diǎn)比較法圓圓弧插補(bǔ)舉例例對(duì)于第一象限限圓弧AB，起點(diǎn)A（4，0），終點(diǎn)B（0，4）ABYX44步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給

偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)

F0=0x0=4,y0=0Σ=4+4=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=0-2*4+1=-7x1=4-1=3y1=0Σ=8-1=72F1<0+yF2=F1+2y1+1=-7+2*0+1=-6x2=3y2=y1+1=1Σ=7-1=63F2<0+yF3=F2+2y2+1=-3x3=4,y3=2Σ=54F3<0+yF4=F3+2y3+1=2x4=3,y4=3Σ=45F4>0-xF5=F4-2x4+1=-3x5=4,y5=0Σ=36F5<0+yF6=F5+2y5+1=4x6=4,y6=0Σ=27F6>0-xF7=F6-2x6+1=1x7=4,y7=0Σ=18F7<0-xF8=F7-2x7+1=0x8=4,y8=0Σ=0824）不不同同象象限限的的直直線線和和圓圓弧弧插插補(bǔ)補(bǔ)計(jì)計(jì)算算上面面討討論論的的為為第第一一個(gè)個(gè)象象限限的的圓圓弧弧插插補(bǔ)補(bǔ)計(jì)計(jì)算算方方法法，，其其他他三三個(gè)個(gè)象象限限的的圓圓弧弧插插補(bǔ)補(bǔ)計(jì)計(jì)算算法法，，可可以以用用相相同同的的原原理理獲獲得得。。83844.4.4數(shù)字字增增量量插插補(bǔ)補(bǔ)算算法法1、插插補(bǔ)補(bǔ)周周期期數(shù)字字增增量量插插補(bǔ)補(bǔ)通通常常采采用用時(shí)間間分分割割插插補(bǔ)補(bǔ)算算法法，它它把把加加工工一一段段直直線線或或圓圓弧弧的的整整段段時(shí)時(shí)間間分分為為許許多多相相等等的的時(shí)時(shí)間間間間隔隔，，該該時(shí)時(shí)間間間間隔隔稱稱為為單單位位時(shí)時(shí)間間間間隔隔，，即即插補(bǔ)補(bǔ)周周期期。在時(shí)時(shí)間間分分割割法法中中，，每每經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)一一個(gè)個(gè)插插補(bǔ)補(bǔ)周周期期就就進(jìn)進(jìn)行行一一次次插插補(bǔ)補(bǔ)計(jì)計(jì)算算，，計(jì)計(jì)算算出出各各坐標(biāo)標(biāo)軸軸在在一一個(gè)個(gè)插插補(bǔ)補(bǔ)周周期期內(nèi)內(nèi)的的進(jìn)進(jìn)給給量量，再再根根據(jù)據(jù)刀刀具具運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)軌軌跡跡與與各各坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸的的幾幾何何關(guān)關(guān)系系，，就就可可求出各軸軸在一個(gè)個(gè)插補(bǔ)周周期內(nèi)的的進(jìn)給量量。85在閉環(huán)控控制的數(shù)數(shù)控機(jī)床床中，兩兩軸聯(lián)動(dòng)動(dòng)直線和和圓弧插插補(bǔ)運(yùn)算算，三軸軸聯(lián)動(dòng)的的空間直直線插補(bǔ)補(bǔ)運(yùn)算都都是采用用時(shí)間分分割的插插補(bǔ)方法法。這種方法法是每隔隔時(shí)間Tms進(jìn)行一次次插補(bǔ)運(yùn)運(yùn)算。即即先通過(guò)過(guò)速度計(jì)計(jì)算，按按進(jìn)給速速度F（mm/min）計(jì)算Tms內(nèi)的合成成進(jìn)給量量f，然后進(jìn)行行插補(bǔ)計(jì)計(jì)算，算算出Tms內(nèi)各軸的的進(jìn)給量量。合成進(jìn)給給量f為：86兩個(gè)問(wèn)題：1.如何選擇插補(bǔ)補(bǔ)周期？因?yàn)椴逖a(bǔ)周期期與插補(bǔ)精度度、速度等有有關(guān)。2.如何計(jì)算在一一個(gè)周期內(nèi)各各坐標(biāo)軸的增增量值？可根據(jù)前一插插補(bǔ)周期計(jì)算算出的動(dòng)點(diǎn)位位置值和本次次插補(bǔ)周期內(nèi)內(nèi)各坐標(biāo)軸的的增量值，來(lái)來(lái)計(jì)算本插補(bǔ)補(bǔ)周期末的動(dòng)動(dòng)點(diǎn)位置坐標(biāo)標(biāo)值。87（1）插補(bǔ)周期與與精度、速度度的關(guān)系數(shù)控機(jī)床允許許的插補(bǔ)誤差要求求小于其分辨辨率，即一個(gè)脈沖沖當(dāng)量。插補(bǔ)周期短，，在小半徑圓圓弧插補(bǔ)時(shí)允允許較大的進(jìn)進(jìn)給速度。在在進(jìn)給速度、、圓弧半徑一一定的條件下下，插補(bǔ)周期越短短，逼近誤差差就越小。88（2）插補(bǔ)周期與與插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)時(shí)間的關(guān)系從插補(bǔ)誤差來(lái)來(lái)看，插補(bǔ)周周期T越小越好。但但插補(bǔ)周期必必須大于插補(bǔ)補(bǔ)運(yùn)算所占用用的CPU的時(shí)間以及完完成其它實(shí)時(shí)時(shí)任務(wù)所需的的時(shí)間。系統(tǒng)進(jìn)行輪廓廓控制時(shí)，CPU除要完成插補(bǔ)補(bǔ)運(yùn)算外，還還必須實(shí)時(shí)地地完成一些其其它工作，如如顯示、監(jiān)控控、甚至精插插補(bǔ)。在采用分時(shí)共共享的CNC系統(tǒng)中，插補(bǔ)周期一般應(yīng)為最長(zhǎng)插補(bǔ)運(yùn)算算時(shí)間的兩倍倍以上。89（3）插補(bǔ)周期與與位置控制周周期的關(guān)系位置控制周期期是數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)中伺服位置置環(huán)的采樣控控制周期。由于插補(bǔ)運(yùn)算算的輸出是位位置控制的輸輸入，因此，，插補(bǔ)周期要要么與位置控控制周期相等等，要么是位位置控制周期期的整數(shù)倍，，只有這樣才才能使整個(gè)系系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作作。FANUC7M系統(tǒng)采用8ms的插補(bǔ)周期和和4ms的位置采樣控控制周期。此此時(shí)，插補(bǔ)程程序每8ms被調(diào)用一次，，為下一個(gè)周周期算出各坐坐標(biāo)軸應(yīng)該行行進(jìn)的增量長(zhǎng)長(zhǎng)度；位置采采樣控制程序序每4ms調(diào)用一次，將將插補(bǔ)程序算算好的坐標(biāo)位位置增量值除除2后再進(jìn)行直線線段的精插補(bǔ)。902、時(shí)間分割直直線插補(bǔ)算法法Y軸tms插補(bǔ)進(jìn)給量X軸tms插補(bǔ)進(jìn)給量一次插補(bǔ)進(jìn)給給量91時(shí)間分割插補(bǔ)補(bǔ)法插補(bǔ)計(jì)算算結(jié)果，就是是算出下一單單位時(shí)間間隔隔（插補(bǔ)周期期）內(nèi)各個(gè)坐坐標(biāo)軸的進(jìn)給給量。時(shí)間分割插補(bǔ)補(bǔ)法插補(bǔ)計(jì)算算步驟：(1)根據(jù)加工指令令中的速度值值F，計(jì)算插補(bǔ)周期期進(jìn)給量；(2)根據(jù)終點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)值xe、ye，計(jì)算tana；(3)根據(jù)tana計(jì)算cosa；(4)計(jì)算X軸進(jìn)給量Δx；(5)計(jì)算Y軸進(jìn)給量Δy；注意：在進(jìn)給速度度不變的情況況下，各個(gè)插插補(bǔ)周期Δx、Δy不變，但在加加減速過(guò)程中中是要變化的的。923、時(shí)間分割圓圓弧插補(bǔ)算法法進(jìn)給量f相對(duì)于R足夠小，d遠(yuǎn)小于一個(gè)脈脈沖當(dāng)量，舍舍去d；DYi為未知數(shù)，，用DYi-1代替。934、三坐標(biāo)聯(lián)聯(lián)動(dòng)直線插插補(bǔ)原理三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)動(dòng)直線插補(bǔ)補(bǔ)時(shí)的進(jìn)給給速度是指指刀具相對(duì)對(duì)于工件的的進(jìn)給速度度。因此，，在插補(bǔ)計(jì)計(jì)算前，刀刀具合成插插補(bǔ)進(jìn)給量量f已算好。在在插補(bǔ)時(shí)，，只要將f按比例分配配給各軸即即可。944.5刀具半徑補(bǔ)補(bǔ)償原理4.5.1刀具半徑補(bǔ)補(bǔ)償?shù)母拍钅?.5.2刀具半徑補(bǔ)補(bǔ)償?shù)某Ｓ糜梅椒?.5.3C刀補(bǔ)的轉(zhuǎn)接接形式和過(guò)過(guò)渡方式95A’B’C”CBAG41刀具G42刀具編程軌跡C’根據(jù)按零件件輪廓編制制的程序和和預(yù)先設(shè)定定的偏置參參數(shù)，數(shù)控控裝置能實(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)生生成刀具中中心軌跡的的功能稱為為刀具半徑徑補(bǔ)償功能能。4.5.1刀具半徑補(bǔ)補(bǔ)償?shù)母拍钅?6實(shí)現(xiàn)根據(jù)編編程軌跡對(duì)對(duì)刀具中心心軌跡的控控制避免在加工工中由于刀刀具半徑的的變化（如如由于刀具具損壞而換換刀等原因因）而重新新編程的麻麻煩。刀具半徑誤誤差補(bǔ)償?shù)毒叩哪p損或換刀引引起的刀具具半徑的變變化，不必必重新編程程，只須修修改相應(yīng)的的偏置參數(shù)數(shù)即可。減少粗、精精加工程序序編制的工工作量由于輪廓加加工往往不不是一道工工序能完成成的，在粗粗加工時(shí)，，均要為精精加工工序序預(yù)留加工工余量。加加工余量的的預(yù)留可通通過(guò)修改偏偏置參數(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)，而不不必為粗、、精加工各各編制一個(gè)個(gè)程序。刀具半徑補(bǔ)補(bǔ)償功能的的主要用途途97刀具具因因磨磨損損、、重重磨磨、、換換新新而而引引起起刀具具直直徑徑改改變變后，，不不必必修修改改程程序序，，只只需需在在刀刀具具參參數(shù)數(shù)設(shè)設(shè)置置中中輸輸入入變變化化后后刀刀具具直直徑徑。。如如圖圖所所示示，，1為未未磨磨損損刀刀具具，，2為磨磨損損后后刀刀具具，，兩兩者者直直徑徑不不同同，，只只需需將將刀刀具具參參數(shù)數(shù)表表中中的的刀刀具具半半徑徑r1改為為r2，即即可可適適用用同同一一程程序序。。98用同同一一程程序序、、同同一一尺尺寸寸的的刀刀具具，，利利用用刀刀具具半半徑徑補(bǔ)補(bǔ)償償，，可可進(jìn)進(jìn)行行粗粗、、精精加加工工。。如如圖圖所所示示，，刀刀具具半半徑徑為為r，精加工余量為為△。粗加工時(shí)，，輸入刀具直直徑D=2（r+△），則加工出虛虛線輪廓。精精加工時(shí)，用用同一程序、、同一刀具，，但輸入刀具具直徑D=2r，則加工出實(shí)線線輪廓。P1——粗加工刀心軌軌跡；P2——精加工刀心軌軌跡。991、B刀補(bǔ)：刀具中心軌跡跡的段間連接都是是以圓弧進(jìn)行行的。算法簡(jiǎn)單，容容易實(shí)現(xiàn)。但是外輪廓連接處往往被被加工成小圓圓角；且內(nèi)輪廓加加工時(shí)要人為的編進(jìn)進(jìn)一個(gè)輔助加加工過(guò)渡的圓圓弧，且圓弧半徑要大大于刀具半徑徑。4.5.2刀具半徑補(bǔ)償償?shù)某Ｓ梅椒ǚ?002、C刀補(bǔ)：相鄰兩段輪廓廓的刀具中心心軌跡之間用用直線進(jìn)行連接接。B刀補(bǔ)在確定刀刀具中心軌跡跡時(shí)，采用讀讀一段，算一一段，再走一一段的處理方方法。C刀補(bǔ)采用的方方法是：一次次對(duì)兩段進(jìn)行行處理，即先先預(yù)處理本段段，然后根據(jù)據(jù)下一段的方方向來(lái)確定其其刀具中心軌軌跡的段間過(guò)渡狀態(tài)態(tài)，從而完成了了本段的刀補(bǔ)補(bǔ)運(yùn)算處理，，然后再?gòu)某坛绦蚨尉彌_器器再讀一段，，用于計(jì)算第第二段的刀補(bǔ)補(bǔ)軌跡，以后后按照這種方方法進(jìn)行下去去，直至程序序結(jié)束為止。。1011、轉(zhuǎn)接形式：：在一般的CNC裝置中，均有有圓弧和直線線插補(bǔ)兩種功功能。而C機(jī)能刀補(bǔ)的主主要特點(diǎn)就是是來(lái)用直線過(guò)過(guò)渡，由于采采用直線過(guò)渡渡，實(shí)際加工工過(guò)程中，隨隨著前后兩編編程軌跡的連連接方法的不不同，相應(yīng)的的加工軌跡也也會(huì)產(chǎn)生不同同的轉(zhuǎn)接情況況：4.5.3C刀補(bǔ)的轉(zhuǎn)接形形式和過(guò)渡方方式直線與園弧園弧與園弧直線與直線園弧與直線1022、轉(zhuǎn)接方式軌跡過(guò)渡時(shí)矢矢量夾角a的定義：指兩編程軌跡跡在交點(diǎn)處非非加工側(cè)的夾夾角a。a刀具中心軌跡編程軌跡非加工側(cè)加工側(cè)a非加工側(cè)編程軌跡刀具中心軌跡加工側(cè)103根據(jù)兩段程序序軌跡的矢量量夾角a和刀補(bǔ)方向的的不同，又有有以下幾種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)接過(guò)渡方式式：縮短型：矢量夾角a≥180°伸長(zhǎng)型：矢量夾角90°≤a＜180°插入型：矢量夾角a＜90°104縮短型：矢量夾角a≥180°刀具中心軌跡跡短于編程軌軌跡的過(guò)渡方方式。105伸長(zhǎng)型：矢量夾角90°≤a＜180°刀具中心軌跡跡長(zhǎng)于編程軌軌跡的過(guò)渡方方式。106插入型：矢量夾角a＜90°在兩段刀具中中心軌跡之間間插入一段直直線的過(guò)渡方方式。107108讀入OA，判斷出是刀刀補(bǔ)建立，繼繼續(xù)讀下一段段。