數(shù)控技術第四章 計算機數(shù)控裝置的軟硬件結構

數(shù)控系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要部分，它是由數(shù)控程序、輸入輸出設備、CNC裝置、可編程控制器(PLC)、主軸驅動裝置和進給驅動裝置（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2022/12/171現(xiàn)代數(shù)控技術數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置。隨著計算機技術的發(fā)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）兩大部分組成的，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2022/12/172現(xiàn)代數(shù)控技術

CNC裝置硬件的層次結構CNC裝置的硬件具有一般計算機的基本結構，還有數(shù)控機床所特有的功能模塊與接口單元。圖4-1CNC系統(tǒng)硬件的層次結構.CNC裝置的組成2022/12/173現(xiàn)代數(shù)控技術2、CNC裝置軟件的功能結構

從本質特征來看，CNC裝置軟件是具有實時性和多任務性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征來看，該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。其結構框圖如圖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2022/12/174現(xiàn)代數(shù)控技術操作系統(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2022/12/175現(xiàn)代數(shù)控技術3、CNC裝置硬件軟件的作用和相互關系硬件是基礎，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2022/12/176現(xiàn)代數(shù)控技術

圖4-3CNC系統(tǒng)平臺硬件操作系統(tǒng)管理軟件應用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設備

機床機器人測量機

.......CNC裝置的組成2022/12/177現(xiàn)代數(shù)控技術

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構，使系統(tǒng)功能的修改、擴充變得較為靈活。CNC裝置其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)控機床僅配置相應的特定的功能模塊，以實現(xiàn)特定的控制功能。二.CNC裝置的優(yōu)點2022/12/178現(xiàn)代數(shù)控技術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、部分自動編程功能。二.CNC裝置的優(yōu)點2022/12/179現(xiàn)代數(shù)控技術

3、可靠性高CNC裝置采用集成度高的電子元件、芯片、可靠性得以保證。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)生故障后的修復時間降低。二.CNC裝置的優(yōu)點2022/12/1710現(xiàn)代數(shù)控技術4、使用維維護方便便操作使用用方便：：用戶只需需根據(jù)菜菜單的提提示，便便可進行行正確操操作。編程方便便：具有多種種編程的的功能、、程序自自動校驗驗和模擬擬仿真功功能。維護維修修方便：：部分日常常維護工工作自動動進行(潤滑，，關鍵部部件的定定期檢查查等)，，數(shù)控機機床的自自診斷功功能，可可迅速實實現(xiàn)故障障準確定定位。二.CNC裝置的優(yōu)優(yōu)點2022/12/1211現(xiàn)代數(shù)控控技術5、易于實實現(xiàn)機電電一體化化數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)控制柜柜的體積積?。ú刹捎糜嬎闼銠C，硬硬件數(shù)量量減少；；電子元元件的集集成度越越來越高高，硬件件不斷減減小），，使其與與機床在在物理上上結合在在一起成成為可能能，減少少占地面面積，方方便操作作。二.CNC裝置的優(yōu)優(yōu)點2022/12/1212現(xiàn)代數(shù)控控技術CNC裝置的功功能是指指滿足用用戶操作作和機床床控制要要求的方方法和手手段。數(shù)數(shù)控裝置置的功能能包括基本功能能和選擇擇功能。不管用用于什么么場合的的CNC裝置，基基本功能能使必備備的數(shù)控控功能；；選擇功功能是供供用戶根根據(jù)機床床特點和和用途進進行選擇擇的功能能?；竟δ苣堋獢?shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)基本配配置的功功能，即即必備功功能；選擇功能能——用用戶可根根據(jù)實際際要求選選擇的功功能。CNC裝置的功功能2022/12/1213現(xiàn)代數(shù)控控技術1、控制功功能——CNC能控制和能聯(lián)動控制制的進給軸軸數(shù)，它它是數(shù)控控裝置的的重要性性能指標標。CNC的控制軸軸分有：：移動軸軸（X、Y、、Z）和回轉軸軸（A、B、、C）；；基本軸和和附加軸軸（U、V、、W）。。數(shù)控車床床一般只只需X、Z兩軸聯(lián)動動控制。。數(shù)控銑銑床、鉆鉆床以及及加工中中心等需需要三軸軸控制以以及三軸軸以上聯(lián)聯(lián)動控制制。聯(lián)動控制制軸數(shù)越越多，CNC系統(tǒng)就越越復雜，，編程也也越困難難。CNC裝置的功功能2022/12/1214現(xiàn)代數(shù)控控技術2、準備功功能（G功能）——指令機床床動作方方式的功功能。它包括基基本移動動、程序序暫停、、平面選選擇、坐坐標設定定、刀具具補償、、鏡像、、固定循循環(huán)加工工、公英英制轉換換、子程程序等指指令。CNC裝置的功功能2022/12/1215現(xiàn)代數(shù)控技技術3、插補功功能和固定定循環(huán)功能能——插補功能是數(shù)控裝置置實現(xiàn)零件件輪廓(平平面或空間間)加工軌軌跡運算的的功能。實實現(xiàn)插補功功能的方法法有逐點比比較法、數(shù)數(shù)字積分法法、直接函函數(shù)法和雙雙DDA法等——固定循環(huán)功功能是數(shù)控裝置置實現(xiàn)典型型加工循環(huán)環(huán)（如：鉆鉆孔、攻絲絲、鏜孔、、深孔鉆削削和切螺紋紋等）的功功能CNC裝置的功能能2022/12/1216現(xiàn)代數(shù)控技技術4、進給功能能——進給速度的的控制功能能。進給速度——控制制刀具相對對工件的運運動速度，，單位為mm/min。同步進給速速度——實現(xiàn)現(xiàn)切削速度度和進給速速度的同步步，單位為為mm/r。。只有主軸裝裝有位置編編碼器的機機床才能指指令同步進進給速度進給倍率（進給修調調率）———人工實時時修調預先先給定的進進給速度。。使用倍率率開關不用用修改零件件加工程序序就改變進進給速度。。CNC裝置的功能能2022/12/1217現(xiàn)代數(shù)控技技術5、主軸功能能——數(shù)控系統(tǒng)的的主軸的控控制功能。主軸轉速———主軸轉轉速的控制制功能，單單位為r/min。恒線速度控控制——刀刀具切削點點的切削速速度為恒速速的控制功功能。該功功能主要用用于車車削和磨削削加工中，，使工件端端面質量提提高。主軸修調率率——人工工實時修調調預先設定定的主軸轉轉速。主軸準?！摴δ苣苁怪鬏S在在徑向的某某一位置準準確停止。。加工中心心必須有主主軸準停功功能，主軸軸準停后實實施卸刀和和裝刀動作作。CNC裝置的功能能2022/12/1218現(xiàn)代數(shù)控技技術6、輔助功能（（M功能）——用于指令機機床輔助操操作的功能能。主要用于指指定主軸的的正轉、反反轉、停止止、冷卻泵泵的打開和和關閉、換換刀等動作作。CNC裝置的功能能2022/12/1219現(xiàn)代數(shù)控技技術7、刀具管理理功能——實現(xiàn)對刀具具幾何尺寸寸和壽命的的管理功能能。刀具幾何尺尺寸（半徑徑和長度）），供刀具具補償功能能使用；刀具壽命是是指時間壽壽命，當?shù)兜毒邏勖降狡跁r，CNC系統(tǒng)將提示示用戶更換換刀具；CNC裝置都具有有刀具號（（T）管理功能，，用于標識識刀庫中的的刀具和自自動選擇加加工刀具。。CNC裝置的功能能2022/12/1220現(xiàn)代數(shù)控技技術8、補償功能能刀具半徑和和長度補償償功能：實現(xiàn)按零件件輪廓編制制的程序控控制刀具中中心軌跡的的功能。傳動鏈誤差差：包括螺距誤誤差補償和和反向間隙隙誤差補償償功能。非線性誤差差補償功能能：對諸如熱變變形、靜態(tài)態(tài)彈性變形形、空間誤誤差以及由由刀具磨損損所引起的的加工誤差差等，采用用AI、專家系統(tǒng)等等新技術進進行建模，，利用模型型實施在線線補償。CNC裝置采用補補償功能可可以把這些些補償量輸輸入到其內(nèi)內(nèi)部儲存器器，在控制制機床進給給時按一定定的計算方方法將這些些補償量補補上。CNC裝置的功能能2022/12/1221現(xiàn)代數(shù)控技技術9、人機對對話功能在CNC裝置中這類類功能有：：菜單結構操操作界面；；零件加工程程序的編輯輯環(huán)境；系統(tǒng)和機床床參數(shù)、狀狀態(tài)、故障障信息的顯顯示、查詢詢或修改畫畫面等。CNC裝置的功能能2022/12/1222現(xiàn)代數(shù)控技技術10、自診斷功功能——CNC自動實現(xiàn)故故障預報和和故障定位位的功能。。CNC裝置中安裝裝了各種診診斷程序，，這些程序序可以嵌入入其它功能能程序中，，在CNC裝置運運行過過程中中進行行檢查查和診診斷。。CNC裝置的的功能能2022/12/1223現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術11、通訊訊功能能——CNC與外界界進行行信息息和數(shù)數(shù)據(jù)交交換的的功能能通訊功功能主主要完完成上上級計計算機機與CNC裝置之之間的的數(shù)據(jù)據(jù)和命命令傳傳送。。CNC裝置的的功能能2022/12/1224現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術第二節(jié)節(jié)CNC裝置的的硬件件結構構CNC裝置從從它的的硬件件組成成結構構來看看，若若按其其中含含有CPU的多少少來分分，可分為為單微微處理理機和和多微微處理理機結結構兩兩大類類。經(jīng)濟濟型數(shù)數(shù)控裝裝置一一般采采用單單微處處理結結構，，高級級型CNC裝置采采用多多微處處理結結構。。多微微處理理結構構可以以使數(shù)數(shù)控機機床向向高速速度、、高精精度和和高智智能化化方向向發(fā)展展。2022/12/1225現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術一、分分類：：（一））、單單微處處理機機結構構的數(shù)數(shù)控裝裝置1、單機機系統(tǒng)統(tǒng):整個CNC裝置只只有一一個CPU，它集中中控制制和管管理整整個系系統(tǒng)資資源，，通過過分時時處理理的方方式來來實現(xiàn)現(xiàn)各種種NC功能。。該CPU既要對對鍵盤盤輸入入和CRT顯示處處理，，又要要進行行譯碼碼、刀刀補計計算以以及插插補等等實時時處理理，這這樣進進給速速度顯顯然受受到影影響。。2、主從從結構構，系統(tǒng)統(tǒng)中只只有一一個CPU(稱為主主CPU)對系統(tǒng)統(tǒng)的資資源有有控制制和使使用權權。其其它帶帶CPU的功能能部件件只能能接受受主CPU的控制制命令令或數(shù)數(shù)據(jù)，，或向向主CPU發(fā)出請請求信信息以以獲得得所需需的數(shù)數(shù)據(jù)。。即它它是處處于以以從屬屬地位位的，，故稱稱之為為主從從結構構，也也歸類類于單微處處理機機結構構第二節(jié)節(jié)CNC裝置的的硬件件結構構2022/12/1226現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術（二））、多多微處處理機機結構構CNC裝置中有兩個個或兩個以上上的CPU，即系統(tǒng)中的某某些功能模塊塊自身也帶有有CPU，根據(jù)部件間的的相互關系又又可將其分為為：1、多主結構：系統(tǒng)中有兩兩個或兩個以以上帶CPU的模塊部件對對系統(tǒng)資源有有控制或使用用權。模塊之之間采用緊耦耦合（關聯(lián)與與依賴），有有集中的操作作系統(tǒng)，通過過仲裁器來解解決總線爭用用問題，通過過公共存儲器器進行交換信信息。2、分布式結構構：系統(tǒng)有兩個個或兩個以上上帶CPU的功能模塊，，各模塊有自自己獨立的運運行環(huán)境，模模塊間采用松松耦合，且采采用通訊方式式交換信息。。第二節(jié)CNC裝置的硬件結結構2022/12/1227現(xiàn)代數(shù)控技術術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)數(shù)控裝置的結結構圖二.單機或主主從結構模塊塊的功能介紹紹2022/12/1228現(xiàn)代數(shù)控技術術1、微處理器和和系統(tǒng)總線(母板)微處理器由控控制器和運算算器組成，是是微處理機的的核心，他完完成控制和運運算兩方面的的內(nèi)容。在CNC裝置中，控制制器的控制任任務為：從程程序存儲器中中依次取出的的指令，經(jīng)解解釋，向CNC裝置各部分按按順序發(fā)出執(zhí)執(zhí)行操作的控控制信號，使使指令得以執(zhí)執(zhí)行。而且又又接受執(zhí)行部部件發(fā)回來的的反饋信號，，控制器根據(jù)據(jù)程序中的指指令信息以及及這些反饋信信息，決定下下一步命令操操作。運算器器的任務主要要是：零件加加工程序的譯譯碼、刀補計計算、插補計計算、位置控控制計算及其其它數(shù)據(jù)的計計算和邏輯運運算。系統(tǒng)總線是將將微處理器、、存儲器和輸輸入/輸出接口等相相對獨立的裝裝置或功能部部件聯(lián)系起來來，并傳送信信息的公共通通道。由數(shù)據(jù)總線、地地址總線：控控制總線組成成。二.單機或主主從結構模塊塊的功能介紹紹2022/12/1229現(xiàn)代數(shù)控技術術2、顯示模塊(顯顯示卡)顯示卡的主要要作用：接收收來自CPU的控制命令和和顯示用的數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃描信號調調制后，產(chǎn)生生CRT顯示器所需要要的視頻信號號，在CRT上產(chǎn)生所需要要的畫面。二.單機或主主從結構模塊塊的功能介紹紹2022/12/1230現(xiàn)代數(shù)控技術術在CNC裝置中，CRT顯示是一個非非常重要的功功能，它是人人機交流的重重要媒介，它它給用戶提供供了一個直觀觀的操作環(huán)境境，可使用戶戶能快速地熟熟悉適應其操操作過程。顯示卡是一個個通用性很強強的模塊。它它不僅隨時可可以在市場上上買到，而且且它還有非常常豐富的支持持軟件，因此此無需用戶自自己開發(fā)。二.單機或主主從結構模塊塊的功能介紹紹2022/12/1231現(xiàn)代數(shù)控技術術3、輸入/出模塊塊(多功能卡卡)它是CNC裝置與外界進進行數(shù)據(jù)和信信息交換的接接口板，即CNC裝置通過該接接口可以從輸輸入設備獲取取數(shù)據(jù)，也可以將CNC裝置中的數(shù)據(jù)據(jù)送給輸出設設備。該模塊也是標標準的PC機模塊，一般般不需要用戶戶開發(fā)。（1）I/O（輸入/輸出）接口同其它工業(yè)上上的輸入/輸出接口一樣樣CNC裝置與機床間間的接口也有國國際標準，稱稱為“機床/數(shù)控接口”標標準。數(shù)控裝置與機機床以及機床床電器設備之之間的接口分分為三種類型二.單機或主主從結構模塊塊的功能介紹紹2022/12/1232現(xiàn)代數(shù)控技術術二.單機或主主從結構模塊塊的功能介紹紹第一類：與驅驅動控制器和和測量裝置之之間的連接電電路第二類：電源源及保護電路路第三類：開/關信號和代碼碼連接電路第一類接口傳傳送的信息是CNC裝置與伺服單單元、伺服電電機、位置監(jiān)監(jiān)測和速度檢檢測之間的控控制信息，它它們屬于數(shù)字字控制、伺服服控制和檢測測控制。第二類電源及及保護電路由由數(shù)控機床強強電線路中的的電源控制電電路構成。強電線路由電電源變壓器、、繼電器、接接觸器、保護護開關、熔斷斷器等連接而而成，為驅動動主軸電機、、輔助電機、、電磁鐵、電電磁閥、離合合器等功率執(zhí)執(zhí)行元件供電電。強電線路路不能與低壓壓下工作的控控制電路或弱弱電路直接連連接，只能通通過中間繼電電器、熱保護護器、控制開開關等轉換。。第三類開/關信號和代碼碼連接電路是CNC裝置與機床參參考點、限位位、面板開關關等以及一些些輔助功能輸輸出控制連接接的信號。當當數(shù)控機床沒沒有用PLC時，這些信號號在CNC裝置與機床之之間直接傳送送，當有PLC時，除一些高高速信號外，，均通過PLC輸入/輸出2022/12/1233現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術二.單單機機或或主主從從結結構構模模塊塊的的功功能能介介紹紹CNC裝置置與與被被控控設設備備交交換換的的信信號號有有三三類類：：開關關信信號號、、模模擬擬信信號號、、脈脈沖沖信信號號。。這些些信信號號由由于于其其類類型型、、電電平平、、功功率率以以及及抗抗干干擾擾的的原原因因，，一一般般不不能能直直接接與與CNC裝置置相相聯(lián)聯(lián)，，需需要要一一個個接接口口對對這這些些信信號號進進行行變變換換處處理理。。接口口電電路路主主要要包包括括以以下下幾幾個個方方面面任任務務（1）電電平平轉轉換換：：一般般CNC裝置置的的信信號號是是TTL電平平，，而而控控制制機機床床和和來來自自機機床床的的電電信信號號電電平平通通常常不不是是TTL電平平，，因因此此要要進進行行電電平平轉轉換換，，在在重重負負載載情情況況下下，，還還要要進進行行功功率率放放大大。。2022/12/1234現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術二.單單機機或或主主從從結結構構模模塊塊的的功功能能介介紹紹（2）A/D、、D/A轉換換：：CNC裝置置的的微微處處理理器器只只能能處處理理數(shù)數(shù)字字量量而而對對于于模模擬擬量量控控制制的的地地方方，，則則需需數(shù)數(shù)/模（（D/A)轉換換器器，，同同理理，，將將模模擬擬量量輸輸入入到到CNC裝置置需需要要模模/數(shù)（（A/D)轉換換器器。。（3）防防止止噪噪聲聲引引起起誤誤動動作作阻斷斷外外部部的的干干擾擾信信號號進進入入計計算算機機，，用光光電電耦耦合合器器或或繼繼電電器器將將CNC裝置置和和機機床床之之間間的的信信號號在在電電器器上上加加以以隔隔離離。。以提提高高CNC裝置置運運行行的的可可靠靠性性。。2022/12/1235現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術4、電子子盤盤(存存儲儲模模塊塊)電子子盤盤是是CNC裝置置特特有有的的存存儲儲模模塊塊。。在在CNC裝置置中中它它用用來來存存放放下下列列數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)和和參參數(shù)數(shù)：：（1）系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件、、系系統(tǒng)統(tǒng)固固有有數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)；；（2）系系統(tǒng)統(tǒng)的的配配置置參參數(shù)數(shù)(系系統(tǒng)統(tǒng)所所能能控控制制的的進進給給軸軸數(shù)數(shù)，，軸軸的的定定義義，，系系統(tǒng)統(tǒng)增增益益等等)；；（3）用用戶戶的的零零件件加加工工程程序序。二.單單機機或或主主從從結結構構模模塊塊的的功功能能介介紹紹2022/12/1236現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術存儲儲器器有有兩兩大大類類：：只讀讀存存儲儲器器（（ROM)和隨隨機機存存儲儲器器（（RAM)。常用用的的只只讀讀存存儲儲器器有有：：紫紫外外線線可可擦擦除除的的只只讀讀存存儲儲器器（（EPROM)，和和電電擦擦除除只只讀讀存存儲儲器器（（E2PROM)。只只讀讀存存儲儲器器存存放放系系統(tǒng)統(tǒng)程程序序，，由由數(shù)數(shù)控控裝裝置置生生產(chǎn)產(chǎn)廠廠家家寫寫入入或或由由生生產(chǎn)產(chǎn)廠廠家家提提供供系系統(tǒng)統(tǒng)程程序序軟軟件件和和操操作作工工具具。。隨機存儲器RAM用于存放中間間運行結果，，顯示數(shù)據(jù)以以及運算中的的狀態(tài)、標志志信息等。屬屬于加工程序序存儲器二.單機或主主從結構模塊塊的功能介紹紹2022/12/1237現(xiàn)代數(shù)控技術術5、PLC模塊PLC模塊：CNC裝置實現(xiàn)順序序控制的模塊塊。PLC模塊的作用：：接收來自操操作面板、機機床上的各行行程開關、傳傳感器、按鈕鈕、強電柜里里的繼電器以以及主軸控制制、刀庫控制制的有關信號號，經(jīng)處理后后輸出去控制制相應器件的的運行。6、MDI接口（手動數(shù)數(shù)據(jù)輸入）MDI是通過數(shù)控面面板上的鍵盤盤操作。數(shù)控控裝置的微處處理器掃描到到按下鍵的信信號時，就將將數(shù)據(jù)送到移移位寄存器，，移位寄存器器的輸出經(jīng)報報警檢查，若若按鍵有效，，按鍵數(shù)據(jù)在在控制選通信信號的作用下下，經(jīng)選擇器器、移位寄存存器、數(shù)據(jù)總總線送入RAM存儲起來，若若按鍵無效，，則數(shù)據(jù)不送送入RAM.二.單機或主主從結構模塊塊的功能介紹紹2022/12/1238現(xiàn)代數(shù)控技術術7、位置控制模模塊位置控制模塊塊是進給伺服服系統(tǒng)的重要要組成部分，，是實現(xiàn)軌跡跡控制時，CNC裝置與伺服驅驅動系統(tǒng)連接接的接口模塊塊。每一進給給軸對應一套套位置控制器器。位置控制制器在CNC裝置的指令下下控制電器帶帶動工作臺按按要求的速度度移動規(guī)定的的距離。軸控控制是數(shù)控機機床上要求最最高的控制，，不僅對單個個軸的運動和和位置精度的的控制有嚴格格要求，而且且在多軸聯(lián)動動時，還要求求各移動軸有有很好的配合合。常用的位置控控制模塊有：：開環(huán)位置控制制模塊：CNC裝置與步進電電機驅動電源源的接口；閉環(huán)（含半閉閉環(huán)）位置控控制模塊：CNC裝置與直流、、交流伺服驅驅動裝置的接接口。二.單機或主從結結構模塊的功功能介紹2022/12/1239現(xiàn)代數(shù)控技術術8、功能接口模模塊實現(xiàn)用戶特定定功能要求的的接口板，實例：仿形控制器接接口；激光加工焦點點自動跟蹤器器接口；刀具監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)中的信號采采集器接口板板。二.單機或主從結結構模塊的功功能介紹2022/12/1240現(xiàn)代數(shù)控控技術三、多微微處理機機結構的的CNC裝置在多微處處理機結結構的CNC裝置中，，有兩個個或兩個個以上的的CPU，多重操操作系統(tǒng)統(tǒng)有效地地實行并并行處理理，1、多微處理理機結構構的CNC裝置基本本功能模模塊（1）CNC管理模塊塊實現(xiàn)管理理和組織織整個CNC系統(tǒng)工作作過程所所需要的的功能。。如系統(tǒng)統(tǒng)初始化化、中斷斷管理、、總線裁裁決、系系統(tǒng)出錯錯識別和和處理。。（2）CNC插補模塊塊該模塊完完成譯碼碼、刀具具補償計計算、坐坐標位移移量的計計算和進進給速度度處理等等插補前前的預處處理。然然后再進進行插補補計算，，為各坐坐標軸提提供位置置給定量量。（3）位置控制制模塊插補后的的坐標位位置給定定值與位位置監(jiān)測測器測得得的位置置實際值值進行比比較，進進行自動動加減速速、回基基準點、、伺服系系統(tǒng)滯后后量的監(jiān)監(jiān)視和飄飄移補償償，最后后得到速速度控制制的模擬擬電壓，，去驅動動進給電電機。2022/12/1241現(xiàn)代數(shù)控控技術三、多微微處理機機結構的的CNC裝置（4）PLC模塊零件加工工中的某某些輔助助功能和和從機床床來的信信號在PLC模塊中作作邏輯處處理，實實現(xiàn)各功功能與操操作方式式之間的的連接，，機床電電器設備備的啟停停、刀具具交換、、轉臺分分度、工工件數(shù)量量和運轉轉時間的的計數(shù)等等。（5）操作與與控制數(shù)數(shù)據(jù)輸入入輸出和和顯示模模塊。零件加加工程序序、參數(shù)數(shù)和數(shù)據(jù)據(jù)、各種種操作命命令的輸輸入輸出出、顯示示所要求求的各種種電路。。（6）存儲器器模塊。。該模塊指指存放程程序和數(shù)數(shù)據(jù)的主主存儲器器，或功功能模塊塊間數(shù)據(jù)據(jù)傳送的的共享存存儲器。。2、多微處處理機結結構的CNC裝置的優(yōu)優(yōu)點與單微處處理機結結構CNC裝置相比比，多微微處理機機結構CNC裝置有以以下優(yōu)點點：2022/12/1242現(xiàn)代數(shù)控控技術三、多微微處理機機結構的的CNC裝置（1）運算速速度快，，性能價價格比高高。多微處理理機結構構中每一一微處理理機完成成某一特特定功能能，相互互獨立，，并且并并行工作作，所以以運算速速度快。。它適應應多軸控控制，高高進給速速度、高高精度、、高效率率的數(shù)控控要求，，由于系系統(tǒng)共享享資源，，故性能能價格比比高。（2）適應性性強、擴擴展容易易。多微處理理機結構構CNC裝置大都都采用模模塊化結結構。可可將微處處理機、、存儲器器、輸入入輸出控控制分別別作成插插件板，，或將其其組成獨獨立的硬硬件模塊塊，相應應的軟件件也是模模塊結構構，固化化在硬件件模塊中中，這樣樣可以積積木式組組成CNC裝置，具具有良好好的適應應性和擴擴展性，，維修也也方便。。（3）可靠性性高。由于多微微處理機機功能模模塊獨立立完成某某一任務務，所以以某一功功能模塊塊出故障障，其它它模塊照照常工作作，不至至于整個個系統(tǒng)癱癱瘓，只只要換上上正常模模塊就解解決問題題，提高高系統(tǒng)可可靠性。。（4）硬件易易于組織織規(guī)模生生產(chǎn)一般硬件件是通用用的，易易于配置置，只要要開發(fā)新新的軟件件就可以以構成不不同的CNC裝置，便便于組織織規(guī)模生生產(chǎn)，保保證質量量，形成成批量。。2022/12/1243現(xiàn)代數(shù)控控技術第三節(jié)CNC系統(tǒng)軟件件結構CNC系統(tǒng)軟件件是一個個典型而而又復雜雜的實時時系統(tǒng)。。本節(jié)將將首先介介紹系統(tǒng)統(tǒng)軟硬件件界面的的關系，，然后從從系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)數(shù)據(jù)流流的角度度來分析析CNC裝置的數(shù)數(shù)據(jù)轉換換過程，，并從多任務性性和實時時性的角度來來分析CNC系統(tǒng)軟件件的結構構特點，，CNC裝置的軟軟件是為為完成CNC數(shù)控機床床的各項項功能而而專門設設計和編編制的，，是一種種專用軟軟件，其其結構取取決于軟軟件的分分工，也也取決于于軟件本本身的結結構特點點。軟件件功能是是CNC裝置的功功能體現(xiàn)現(xiàn)。一些些廠商生生產(chǎn)的CNC裝置，硬硬件設計計好后基基本不變變，而軟軟件功能能不斷升升級，以以滿足制制造業(yè)發(fā)發(fā)展的要要求。2022/12/1244現(xiàn)代數(shù)控控技術1、軟件與與硬件實實現(xiàn)各種種功能的的特點和和關系關系：從從理論上上講，硬硬件能完完成的功功能也可可以用軟軟件來完完成。從從實現(xiàn)功功能的角角度看，，軟件與與硬件在在邏輯上上是等價價的。特點：硬硬件處理理速度快快，但靈靈活性差差，實現(xiàn)現(xiàn)復雜控控制的功功能困難難軟件設設計靈活活，適應應性強，，但處理理速度相相對較慢慢。2、軟、硬硬件實現(xiàn)現(xiàn)功能的的分配———軟件件硬件功功能界面面劃分3、功能界界面劃分分的準則則：系統(tǒng)統(tǒng)的性能能價格比比一、CNC裝置軟件件和硬件件的功能能界面2022/12/1245現(xiàn)代數(shù)控控技術4、數(shù)控系系統(tǒng)功能能界面的的幾種劃劃分：輸入預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

ⅠⅡⅢⅣ一、CNC裝置軟件件和硬件件的功能能界面2022/12/1246現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術一、CNC裝置軟軟件和和硬件件的功功能界界面四種功功能界界面的的劃分分，代代表了了不同同時期期的數(shù)數(shù)控裝裝置產(chǎn)產(chǎn)品。。數(shù)控控裝置置發(fā)展展的趨趨勢是是軟件承承擔的的任務務越來來越多多。這主主要是是由于于計算算機的的運算算處理理能力力不斷斷增強強，使使軟件件運行行的速速度大大大提提高的的結果果。這這種趨趨勢并并不是是一成成不變變的，，隨著著電子子技術術的發(fā)發(fā)展，，硬件件的成成本也也在不不斷降降低，，如果果硬件件的制制造可可以做做到象象軟件件一樣樣靈活活，能能夠根根據(jù)特特殊需需求，，專門門制做做的時時候，，硬件件所擔擔負的的功能能還會會逐步步增加加。2022/12/1247現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術CNC裝置系系統(tǒng)軟軟件的的主要要任務務：如如何將將由零零件加加工程程序表表達的的加工工信息息，變變換成成各進進給軸軸的位位移指指令、、主軸軸轉速速指令令和輔輔助動動作指指令，，控制制加工工設備備的軌軌跡運運動和和邏輯輯動作作，加加工出出符合合要求求的零零件。。二、CNC裝置的的數(shù)據(jù)據(jù)轉換換流程程2022/12/1248現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術加工程序譯碼譯碼緩沖區(qū)刀補處理刀補緩沖區(qū)速度預處理插補緩沖區(qū)插補處理運行緩沖區(qū)伺服驅動位控處理位置反饋PLC控制CNC裝置數(shù)數(shù)據(jù)轉轉換流流程示示意圖圖二、CNC裝置的的數(shù)據(jù)據(jù)轉換換流程程2022/12/1249現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術在系統(tǒng)統(tǒng)軟件件中各各程序序間的的數(shù)據(jù)據(jù)交換換方式式一般般都是是通過緩緩沖區(qū)區(qū)進行行的。。該緩沖沖區(qū)由由若干干個數(shù)數(shù)據(jù)結結構組組成，，當前前程序序段被被解釋釋完后后便將將該段段的數(shù)數(shù)據(jù)信信息送送入緩緩沖區(qū)區(qū)組中中空閑閑的一一個。。后續(xù)續(xù)程序序（如如刀補補程序序）從從該緩緩沖區(qū)區(qū)組中中獲取取程序序信息息進行行工作作。二、CNC裝置的數(shù)據(jù)轉轉換流程2022/12/1250現(xiàn)代數(shù)控技術術一、零件程序序的輸入1、零件程序的的輸入零件程序的輸輸入對于早期期的數(shù)控裝置置是用紙帶閱閱讀機鍵盤進進行?，F(xiàn)代的的數(shù)控裝置可可通過通信方方式或其它輸輸入裝置實現(xiàn)現(xiàn)。紙帶閱讀讀機中斷服務務程序執(zhí)行一一次只讀入一一個字符，而而且要經(jīng)過一一系列的檢查查判別，認為為合格后才能能存入緩沖區(qū)區(qū)。鍵盤中斷斷服務程序執(zhí)執(zhí)行一次讀入入一個按鍵的的信息，即按按下一個鍵就就向CPU申請一次中斷斷。在鍵盤服服務程序中將將鍵盤上打入入的字符送入入MDI緩沖器，然后后再送入零件件程序存儲器器。(圖4-33）2、數(shù)據(jù)存放形形式在零件程序存存儲器中可以以儲存多個零零件程序，零零件程序一般般是按順序存存放的，為了了方便零件程程序的調用，，2022/12/1251現(xiàn)代數(shù)控技術術在零件程序存存儲器中還開開辟了目錄區(qū)區(qū)，在目錄區(qū)區(qū)中按固定格格式存放著相相應零件程序序的有關信息息，形成目錄錄表，目錄表表的每一項對對應一個零件件程序。（圖圖4-34）儲存的零件程程序通常已不不用ISO代碼或EIA代碼表示，而而是將它轉換換為某些數(shù)控控內(nèi)部代碼。。（如表4-2）例如：程序N10G91G01X100Y-50F150M03LF轉換成數(shù)控內(nèi)內(nèi)部碼如表4-3，為該零件程程序段存儲器器中的信息。。3、零件加工程程序的編輯將零件加工程程序輸入后，，常常需對該該程序編輯，，編輯工作主主要有插入、、刪除、替換換和修改等操操作。2022/12/1252現(xiàn)代數(shù)控技術術二、譯碼(解釋)將用文本格式式（通常用ASCII碼）表達的零零件加工程序，以程序序段為單位轉轉換成數(shù)控系系統(tǒng)要求的數(shù)數(shù)據(jù)格式（本本例是指刀補補處理程序所所要求的數(shù)據(jù)據(jù)結構（格式式））。并按按系統(tǒng)規(guī)定的的格式放在譯譯碼結果緩沖沖器中為后續(xù)續(xù)程序使用。。譯碼有解釋和和編譯兩種方方法。解釋方方法是將輸入入程序整改成成某種形式，，在執(zhí)行時由由計算機順序序取出進行分分析、判斷和和處理，即一一邊解釋一邊邊執(zhí)行。編輯輯方法是將輸輸入程序作為為源程序，對對它進行編譯譯，形成由機機器指令組成成的目的程序序，然后計算算機執(zhí)行這個個目的程序。。譯碼工作主要要有：代碼識識別和各項功功能的譯碼2022/12/1253現(xiàn)代數(shù)控技術術1、代碼識別在CNC系統(tǒng)中，代碼碼識別由軟件件完成。譯碼碼程序從零件件緩沖器中逐逐個輸入字符符代碼，將其其與相應數(shù)字字作比較，若若相等就說明明輸入了該字字符。（圖4-35）2、各功能碼的的譯碼經(jīng)代碼識別設設立了各功能能代碼的標志志后，就可以以分別對各功功能碼進行處處理了。對于不同的CNC系統(tǒng)來說，編編程格式有自自己的規(guī)定，，所以可以將將譯碼結果緩緩沖器的設置置與零件程序序段格式相對對應。（如表表4-4）各個功能代碼碼的處理方式式是不盡相同同的，表4-4，除G代碼和M代碼分組外，，其與功能代代碼只有一項項，其地址在在內(nèi)存中是指指定的，因此此，譯碼程序序根據(jù)代碼識識別設置的各各功能碼的標標志，確定其其存放其相應應數(shù)碼的地址址，以便送入入數(shù)據(jù)。（（圖4-36）2022/12/1254現(xiàn)代數(shù)控控技術刀補處理理的主要要工作：：根據(jù)G90/G91計算零件件輪廓的的終點坐坐標值。。根據(jù)R和G41/42，，計算本段段刀具中心軌跡跡的終點點（P’e/P〃e）坐標值。。根據(jù)本段段與前段段連接關關系，進進行段間間連接處處理。2.刀補處理理(計算算刀具中中心軌跡跡)二、CNC裝置的數(shù)數(shù)據(jù)轉換換流程Pe（200，300）XRP0（72，，48））Pe”Pe’G41G42Y2022/12/1255現(xiàn)代數(shù)控控技術3、速度預預處理主要功能能是根據(jù)據(jù)加工程程序給定定的進給給速度，，計算在在每個插插補周期期內(nèi)的合合成移動動量，供供插補程程序使用用。二、CNC裝置的數(shù)數(shù)據(jù)轉換換流程2022/12/1256現(xiàn)代數(shù)控控技術速度處理理程序主主要完成成以下幾幾步計算算：計算本段段總位移移量：直線：合合成位移移量L；園?。嚎偪偨俏灰埔屏喀?。計算每個個插補周周期內(nèi)的的合成進進給量：：ΔL=F*Δt/60（（μm）式中：F--進給速度度值（mm/min））；△t--數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)的插補周期（（ms）Lα二、CNC裝置的數(shù)數(shù)據(jù)轉換換流程2022/12/1257現(xiàn)代數(shù)控控技術4、插補計計算主要功能能：根據(jù)操作作面板上上“進給給修調””開關的的設定值值，計算算本次插插補周期期的實際際合成位位移量：：△L1=△△L*修調值將△L1按插補的的線形（（直線，，園弧等等）和本本插補點點所在的的位置分分解到各各個進給給軸，作作為各軸軸的位置置控制指指令（△X1、△Y1）。經(jīng)插補計計算后的的數(shù)據(jù)存存放在運運行緩沖沖區(qū)中，，以供位位置控制制程序之之用用。本程程序以系系統(tǒng)規(guī)定定的插補補周期△t定時運行行。二、CNC裝置的數(shù)數(shù)據(jù)轉換換流程2022/12/1258現(xiàn)代數(shù)控控技術5、位置控制制處理f（）+++-++插補輸出△X1△Y1指令位置X1新Y1新跟隨誤差△X3△Y3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位置控制轉換流程二、CNC裝置的數(shù)數(shù)據(jù)轉換換流程2022/12/1259現(xiàn)代數(shù)控控技術位置控制制完成以以下幾步步計算：計算新的的位置指指令坐標標值：X1新=X1舊+△X1；Y1新=Y1舊+△Y1；計算新的的位置實實際坐標標值：X2新=X2舊+△X2；Y2新=Y2舊+△Y2計算跟隨隨誤差(指令位位置值——實際際位置值值)：△X3=X1新-X2新；△Y3=Y1新-Y2新；計算速度度指令值值：VX=f（△X3）；VY=f（△Y3）二、CNC裝置的數(shù)數(shù)據(jù)轉換換流程2022/12/1260現(xiàn)代數(shù)控控技術f()是位置環(huán)環(huán)的調節(jié)節(jié)控制算算法，具具體的算算法視具具體系統(tǒng)統(tǒng)而定。。這一步步在有些些系統(tǒng)中中是采用用硬件來來實現(xiàn)的的。VX、VY送給伺服服驅動單單元，控控制電機機運行，，實現(xiàn)CNC裝置的軌軌跡控制制二、CNC裝置的數(shù)數(shù)據(jù)轉換換流程2022/12/1261現(xiàn)代數(shù)控控技術CNC系統(tǒng)是典典型的實實時控制制系統(tǒng)。。CNC裝置的系系統(tǒng)軟件件則可看看成是一一個專用用實時操操作系統(tǒng)統(tǒng)。它的的控制軟軟件也采采用了計計算機軟軟件技術術中的許許多先進進技術。。其中多任務并并行處理理和多重重實時中中斷兩項項技術的運用是是CNC裝置軟件件結構的的特點。。因此，，分析和和了解這這些要求求是至關關重要的的，因為為它既是是系統(tǒng)設設計和將將來軟件件測試的的重要依依據(jù)，也也是確定定系統(tǒng)功功能和性性能指標標的過程程。三、CNC裝置的軟件件系統(tǒng)特點點2022/12/1262現(xiàn)代數(shù)控技技術.多任務性與與并行處理理技術CNC的功能可定定義為CNC的任務：顯示、譯碼碼、刀補、、速度處理理、插補處處理、位置置控制、……等CNC系統(tǒng)的任務務要求并行行處理：為了保證控控制的連續(xù)續(xù)性和各任任務執(zhí)行的的時序配合合要求，CNC系統(tǒng)的任務務必須采用用并行處理理，如：插插補的同時時在屏幕上上顯示坐標標位置，為為了保證加加工過程的的連續(xù)性，，即刀具在在各程序段段不停刀、、譯碼、刀刀具補償和和速度控制制模塊必須須與插補模模塊同時進進行，而插插補又必須須與位置控控制同時進進行，而不不能逐一處處理。.CNC裝置的軟件件系統(tǒng)特點點2022/12/1263現(xiàn)代數(shù)控技技術數(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)控裝置的的任務數(shù)控裝置的的多任務性性2022/12/1264現(xiàn)代數(shù)控技技術任務的并行行處理關系系輸入顯示診斷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個模塊之間間有并行處處理關系任務的并行行處理關系系2022/12/1265現(xiàn)代數(shù)控技技術并行處理定定義：系統(tǒng)在同一時間間間隔或同一時刻內(nèi)完成兩個個或兩個以以上任務處處理的方法法。采用并行處處理技術的的目的：合理使用和調調配CNC系統(tǒng)的資源提高CNC系統(tǒng)的處理速速度。并行處理的實實現(xiàn)方式：資源分時共享享資源重復和時時間重疊處理理這些實現(xiàn)方式式與CNC系統(tǒng)的硬件結結構密切相關關。.CNC裝置的軟件系系統(tǒng)特點2022/12/1266現(xiàn)代數(shù)控技術術（1）、資源分時時共享（對單單一資源的系系統(tǒng)）在單CPU結構的CNC系統(tǒng)中，可采采用“資源分分時共享”并并行處理技術術。資源分時共享享——在規(guī)定定的時間長度度（時間片））內(nèi)，根據(jù)各各任務實時性性的要求，規(guī)規(guī)定它們占用用CPU的時間，即使使多個用戶按按時間順序使使用同一套設設備，使它們們分時共享系系統(tǒng)的資源。?！百Y源分時共共享”的技術術關鍵：其一：各任務務的優(yōu)先級分分配問題。（（各任務何時時占用CPU)其二：各任務務占用CPU的時間長度，，即時間片的分配配問題。在CNC裝置中，各任任務占用CPU是用循環(huán)輪流和中中段優(yōu)先相結結合的方法來來解決。.CNC裝置的軟件系系統(tǒng)特點2022/12/1267現(xiàn)代數(shù)控技術術其他譯碼刀補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裝置各任務分分時共享（CPU）時間分布圖系統(tǒng)在完成初初始化以后自自動進入時間間分配中，在在環(huán)中依次輪輪流處理各任任務。對于系系統(tǒng)中一些實實時性很強的的任務則按優(yōu)優(yōu)先級排隊，，分別放在不不同優(yōu)先級上上作環(huán)外任務務，環(huán)外任務務可以隨時中中斷環(huán)內(nèi)各任任務的執(zhí)行。。2022/12/1268現(xiàn)代數(shù)控技術術各任務占用CPU時間示意圖.CNC裝置的軟件系系統(tǒng)特點2022/12/1269現(xiàn)代數(shù)控技術術資源分時共享享技術的特征征在任何一個時時刻只有一個個任務占用CPU；在一一個個時時間間片片（（如如8ms或16ms））內(nèi)，，CPU并行行地地執(zhí)執(zhí)行行了了兩兩個個或或兩兩個個以以上上的的任任務務。。因此此，，資資源源分分時時共共享享的的并并行行處處理理只只具具有有宏宏觀觀上上的的意意義義，，即即從從微微觀觀上上來來看看，，各各個個任任務務還還是是逐逐一一執(zhí)執(zhí)行行的的。。.CNC裝置置的的軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)特特點點2022/12/1270現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術（2）、、資資源源重重復復和和時時間間重重疊疊.CNC裝置置的的軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)特特點點時間間重重疊疊是是根根據(jù)據(jù)流流水水處處理理技技術術，，使使多多個個處處理理過過程程在在時時間間上上相相互互錯錯開開，，輪輪流流使使用用同同一一設設備備的的幾幾個個部部分分。。資資源源重重復復是是通通過過增增加加資資源源（（如如多多CPU）提提高高運運算算速速度度。。CNC裝置置的的硬硬件件設設計計普普遍遍采采用用資資源源重重復復的的并并行行處處理理方方法法。。而而CNC裝置置的的軟軟件件設設計計則則常常采采用用資資源源分分時時共共享享和和資資源源重重疊疊的的流流水水線線處處理理技技術術。。2022/12/1271現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術流水水處處理理技技術術的的涵涵義義流水水處處理理技技術術是是利利用用重重復復的的資資源源（（CPU）），，將一一個個大大的的任任務務分分成成若若干干個個子子任任務務(任任務務的的分分法法與與資資源源重重復復的的多多少少有有關關)，，這這些些小小任任務務是是彼彼此此關關系系的的，，然然后后按按一一定定的的順順序序安安排排每每個個資資源源執(zhí)執(zhí)行行一一個個任任務務，，就就象象在在一一條條生生產(chǎn)產(chǎn)線線上上分分不不同同工工序序加加工工零零件件的的流流水水作作業(yè)業(yè)一一樣樣。。.CNC裝置置的的軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)特特點點2022/12/1272現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術流水水處處理理技技術術示示意意圖圖時間間t+△t空間間123123123輸出出輸出輸出CPU1CPU2CPU3流水水處處理理三、、CNC裝置置的的軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)特特點點流水水處處理理的的關關鍵鍵是是時時間間重重疊疊，，在在一一個個時時間間間間隔隔內(nèi)內(nèi)不不是是處處理理一一個個子子程程序序，，而而是是處處理理兩兩個個或或更更多多的的子子程程序序t2022/12/1273現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術流水水處處理理的的特特征征在任任何何時時刻刻（（流流水水處處理理除除開開始始和和結結束束外外））均均有有兩兩個個或或兩兩個個以以上上的的任任務務在在同同時時執(zhí)執(zhí)行行。。流水水處處理理的的關關鍵鍵是是時間間重重疊疊。.CNC裝置置的的軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)特特點點2022/12/1274現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術實時時性性定定義義:任務務的的執(zhí)執(zhí)行行有有嚴嚴格格時時間間要要求求（（任任務務必必須須規(guī)規(guī)定定時時間間內(nèi)內(nèi)完完成成或或響響應應）），，否否則則將將導導致致執(zhí)執(zhí)行行結結果果錯錯誤誤或或系系統(tǒng)統(tǒng)故故障障的的特特性性。。實時時中中斷斷類類型型：：外外部部中中斷斷、、內(nèi)內(nèi)部部定定時時中中斷斷、、硬硬件件故故障障中中斷斷、、程程序序性性中中斷斷實時時性性任任務務分分類類:強實實時時性性任任務務實時時突突發(fā)發(fā)性性任任務務；；實實時時周周期期性性任任務務弱實實時時性性任任務務2、實實時時中中斷斷處處理理2022/12/1275現(xiàn)代代數(shù)數(shù)控控技技術術強實實時時性性任任務務實時時突突發(fā)發(fā)性性任任務務：任務務的的發(fā)發(fā)生生具具有有隨隨機機性性和和突突發(fā)發(fā)性性，，是是一一種種異異步步中中斷斷事事件件。。主主要要包包括括故障障中中斷斷(急停停，，機機械械限限位位、、硬硬件件故故障障等等)、、機床床PLC中斷斷、、硬硬件件（（按按鍵鍵））操操作作中中斷斷等等。。實時周周期性性任務務：任務是是精確確地按按一定定時間間間隔隔發(fā)生生的。。主要要包括括插補補運算算、位位置控控制等等任務務。為為保證證加工工精度度和加加工過過程的的連續(xù)續(xù)性，，這類類任務務處理理的實實時性性是關關鍵。。在任任務的的執(zhí)行行過程程中，，除系系統(tǒng)故故障外外，不不允許許被其其它任任何任任務中中斷。。2022/12/1276現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術弱實時時性任任務這類任任務的的實時時性要要求相相對較較弱，，只需需要保保證在在某一一段時時間內(nèi)內(nèi)得以以運行行即可可。在在系統(tǒng)統(tǒng)設計計時，，它們們或被被安排排在背背景程程序中中，或或根據(jù)據(jù)重要要性將將其設設置成成不同同的優(yōu)優(yōu)先級級（級級別較較低）），再再由系系統(tǒng)調調度程程序對對它們們進行行合理理的調調度。。這類任任務主主要包包括：：CRT顯示、、零件件程序序的編編輯、、加工工狀態(tài)態(tài)的動動態(tài)顯顯示、、加工工軌跡跡的靜靜態(tài)模模擬仿仿真及及動態(tài)態(tài)顯示示等。。.CNC裝置的的軟件件系統(tǒng)統(tǒng)特點點2022/12/1277現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術搶占式式優(yōu)先先調度度機制制多任務務系統(tǒng)統(tǒng)的任任務調調度方方法：：循環(huán)調調度法法；；優(yōu)先先調度度法搶占方方式：：在CPU正在執(zhí)執(zhí)行某某任務務時，，若另另一優(yōu)優(yōu)先級級更高高的任任務請請求執(zhí)執(zhí)行，，CPU將立即即終止止正在在執(zhí)行行的任任務，，轉而而響應應優(yōu)先先級高高任務務的請請求優(yōu)先調調度：在CPU空閑時時，當當同時時有多多個任任務請請求執(zhí)執(zhí)行時時，優(yōu)優(yōu)先級級高的任務務將優(yōu)優(yōu)先得得到滿滿足。。.CNC裝置的的軟件件系統(tǒng)統(tǒng)特點點2022/12/1278現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術四、CNC系統(tǒng)軟軟件結結構模模式結構模模式：指系統(tǒng)統(tǒng)軟件件的組組織管管理方方式，，即系系統(tǒng)任任務的的劃分分方式式、任任務調調度機機制、、任務務間的的信息息交換換機制制以及及系統(tǒng)統(tǒng)集成成方法法等。。結構模模式的的功能能：組織織和協(xié)協(xié)調各各個任任務的的執(zhí)行行，使使之滿滿足一一定的的時序序配合合要求求和邏邏輯關關系，，以滿滿足CNC系統(tǒng)的的各種種控制制要求求。2022/12/1279現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術.前前后臺臺型結結構模模式該模式式將CNC系統(tǒng)軟件劃分成成兩部部分：前臺程程序:主要完完成插插補運運算、、位置置控制制、故故障診診斷等等實時時性很很強的的任務務，它是一一個實實時中中斷服服務程程序。。后臺程程序(背景景程序序):完成顯顯示、、零件件加工工程序序的編編輯管管理、、系統(tǒng)統(tǒng)的輸輸入/輸出出、插插補預預處理理（譯譯碼、、刀補補處理理、速速度預預處理理)等等弱實實時性性的任任務，，它是一一個循循環(huán)運運行的的程序序，其在運運行過過程中中，不不斷地地定時時被前前臺中中斷程程序所所打斷斷，前前后臺臺相互互配合合來完完成零零件的的加工工任務務。該該結構構僅適適用于于控制功功能較較簡單單的系系統(tǒng)。早期期的CNC系統(tǒng)大大都采采用這這種結結構。。.CNC系統(tǒng)軟軟件結結構模模式2022/12/1280現(xiàn)代數(shù)數(shù)控技技術前后臺臺程序序運行行關系系圖前臺程序故障處理位置控制插補運算……后臺程序譯碼刀補處理速度預處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行.CNC系統(tǒng)軟軟件結結構模模式2022/12/1281現(xiàn)代數(shù)控技術術.中斷型結構構模式這種結構是將將除了初始化化程序之外，，整個系統(tǒng)軟軟件的各個任任務模塊分別別安排在不同同級別的中斷斷服務程序中中，然后由中斷管理系系統(tǒng)（由硬件件和軟件組成成）對各級中中斷服務程序序實施調度管管理，其管理的功功能主要通過過各級中斷服服務程序之間間的相互通信信來解決。整整個軟件就是是一個大的中中斷管理系統(tǒng)統(tǒng)。.CNC系統(tǒng)軟件結構構模式2022/12/1282現(xiàn)代數(shù)控技術術中斷型軟件系系統(tǒng)結構圖