數(shù)控裝置和數(shù)控機床編程及加工

淮南聯(lián)合大學機電系制作：陳其祥數(shù)控裝置?數(shù)控裝置(CNCunit)

根據(jù)輸入的零件程序和操作指令進行相應的處理（如運動軌跡處理、機床輸入/輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件（伺服單元、驅動裝置和PLC等），從而加工出需要的零件。

目前，數(shù)控裝置采用的是數(shù)字計算機，包括硬件和軟件。

數(shù)控裝置的組成及作用

*組成

數(shù)控裝置接受來自信息載體的控制信息并轉換成數(shù)控設備的操作(指令)信號。數(shù)控裝置由輸入接口、控制器、運算器、存儲器和輸出接口等五大部分組成*數(shù)控裝置的作用及功能數(shù)控裝置的主要作用是，讀入數(shù)控加工程序，將其轉換成控制機床運動和輔助功能要求的格式，分別送給進給電機控制單元、主軸電機控制單元和PLC，具有內(nèi)置PLC功能的數(shù)控裝置本身具有邏輯量解算功能，直接將解算結果送給機床強電控制系統(tǒng)。具有閉環(huán)控制功能的數(shù)控系統(tǒng)還會讀入機床位置檢測裝置發(fā)出的實際位置信號，與指令位置比較后，用其差值控制機床的移動，可以獲得較高的位置控制精度。數(shù)控裝置各部分介紹:

1CPU;（包括BUS）CPU:由運算器、控制器、內(nèi)部寄存器構成衡量CPU的兩個因素:1）位數(shù)2）速度作用:對系統(tǒng)內(nèi)部工件及操作進行統(tǒng)一控制,按照程序中指令的要求進行各種運算,使系統(tǒng)成為一個有機整體.BUS:總線,信息公共通路的總稱物理導線分為:地址總線(DB)數(shù)據(jù)總線(AB)控制總線(CB)2數(shù)控裝置中的存儲器:作用:①存放系統(tǒng)軟件,零件程序參數(shù)等②存儲運算的中間結果分類:如下圖RAM(隨機存儲器)既可讀入也可寫出,用來存放①程序②參數(shù)③中間結果①②均應保持。ROM:只讀存儲器，存放系統(tǒng)軟件又分為:EPROM、E2ROM、閃存。數(shù)控裝置中的存儲器數(shù)控裝置中的I/O接口系統(tǒng)的I/O接口：系統(tǒng)的接口常采用串行接口,其定義:通訊的發(fā)送方和接受方之間的數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根線上完成的.每次以一個二進制“0”“1”為最小單位進行傳輸.優(yōu)點:價格便宜,簡化通訊設備,可通過線進行長距離傳輸缺點:傳輸速度慢.協(xié)議:為保證數(shù)據(jù)傳輸正確,通訊雙方遵循某種約定的規(guī)程(異步通訊規(guī)程)以一幀作為一個數(shù)據(jù)傳輸單位功能:

外設不能直接與存儲器進行通訊,需要通過CPU對I/O接口的讀寫操作來完成外設與存儲器之間的信息交換每一幀包含:起始位,數(shù)據(jù)位,奇偶校驗停止位

格式如下:

信號無傳輸:表明線路上無數(shù)據(jù)傳輸

起使傳輸:發(fā)送方任意時刻將線路上的邏輯1狀態(tài)拉至0,發(fā)出一個空號.表明線路上發(fā)送方要傳輸數(shù)據(jù),將接受方受到空信號開始準備與發(fā)送方同步,并希望收到隨后的數(shù)據(jù).

數(shù)據(jù)傳輸:表示一個字符或一個代碼等

奇偶校驗:保證每一幀傳輸?shù)恼_性

停止位:可選擇1,1.5,2,保證每幀傳輸時間相等及同步

波特率:每秒傳輸?shù)亩M制位數(shù):300,600,1200,2400,4800,9600系統(tǒng)的I/O串行接口主要格式內(nèi)容數(shù)控裝置在數(shù)控機床中的位置主軸伺服單元數(shù)控裝置輸出設備PLC進給伺服單元主軸電機進給電機位置檢測機床本體接口電路操作面板輸入設備

早期的數(shù)控系統(tǒng)，它的輸入、運算、插補、控制功能均由電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路組成的邏輯電路實現(xiàn)。不同的數(shù)控機床需要設計專門的邏輯電路，可靠性差，功能和靈活性差。小型機的采用，世界上第一臺CNC系統(tǒng)于1970年問世，1974年美日等國便研究出了以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，之后相繼8位、16位、后16位、32位、64位CNC被應用。CNC具有體積小、結構緊湊、功能豐富、可靠性好等優(yōu)點。數(shù)控裝置的硬件結構

在一塊半導體芯片上集成了CPU,存儲器以及輸入/輸出接口電路，這樣的芯片習慣上程為單片微型計算機（singlechipmicrocomputer,SCM）單片機的典型結構如圖：系統(tǒng)時鐘ROMCPU定時計數(shù)器串行I/O并行I/ORAMRESETINT電源

例：由單片機組成的數(shù)控裝置典型的單片機應用系統(tǒng)如圖：單片機EPROMRAMI/O顯示器鍵盤通用外部設備I/OI/O擴展A/D光電隔離光電隔離光電隔離D/A數(shù)字量檢測模擬量檢測開關量檢測開關量控制伺服驅動控制數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器基本系統(tǒng)I/O子系統(tǒng)外部設備

單片機程序開發(fā)語言及支持軟件，常用C,PL/M,Pascal,C語言編輯器有FRANKIN,ARCHIMEDES等，支持軟件，8051、52系列intel公司的ASM-51,PL/M-51及連接定位程序。

MCS-51單片機是美國INTE公司于1980年推出的產(chǎn)品，MCS-51單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍與MCS-51單片機作為代表進行理論基礎學習。我們也以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。

MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品，其典型系統(tǒng)有（廣州數(shù)控產(chǎn)品）：圖中74LS02為：雙極TTL數(shù)字邏輯電路，四2輸入或非門，Y=A+B2764為EPROM,可擦寫只讀存儲器GND為信號地RST為復位，左面是復位電路DG1----DG6為LED顯示器圖4-2用80C31單片機組成的簡易數(shù)控裝置的硬件系統(tǒng)圖例：經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)

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CPU數(shù)控裝置結構單微處理機數(shù)控裝置:是以一個CPU（中央處理器）為核心，CPU通過總線與存儲器和各種接口相連接，采取集中控制、分時處理的工作方式，完成數(shù)控加工各個任務。單微處理機結構：微處理器、存儲器、總線、接口等。接口包括I/O接口、串行接口、CRT/MDI接口、數(shù)控技術中的控制單元部件和接口電路，如位置控制單元、可編程控制器（PC）、主軸控制單元、穿孔機和紙帶閱讀機接口，以及其它選件接口等。微處理器：運算、控制總線：CPU與各組成部件、接口等之間的信息公共傳輸線，包括控制、地址和數(shù)據(jù)三總線。

①只讀存儲器（ROM）和隨機存儲器（RAM）

它們的用途：

單微處理機數(shù)控裝置的硬件結構

?

●只讀存儲器（ROM）：系統(tǒng)程序

●隨機存儲器（RAM）：運算的中間結果、需顯示的數(shù)據(jù)、運行中的狀態(tài)、標志信息

②CMOSRAM或磁泡存儲器：加工的零件程序、機床參數(shù)、刀具參數(shù)●對數(shù)控機床的進給運動的坐標軸位置進行控制（包括位置和速度控制）。（對主軸的控制一般只包括速度控制）●C軸位置控制：包括位置和速度控制

●刀庫位置控制（簡易位置控制）進給軸位置控制的硬件：大規(guī)模專用集成電路位置控制芯片、位置控制模板。

單微處理機數(shù)控裝置的硬件結構

?單CPU系統(tǒng)的硬件結構

?單微處理機數(shù)控裝置典型產(chǎn)品：右：FANUC150i-M系列下：華中世紀星

圖4-4數(shù)控裝置的物理結構（FANUC-6MB）

多CPU系統(tǒng)的硬件結構

多CPU結構CNC系統(tǒng)是指在CNC系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的CPU能控制系統(tǒng)總線或主存儲器進行工作的系統(tǒng)結構?，F(xiàn)代的CNC系統(tǒng)大多采用多CPU結構。在這種結構中，每個CPU完成系統(tǒng)中規(guī)定的一部分功能，獨立執(zhí)行程序，它比單CPU結構提高了計算機的處理速度。多CPU結構的CNC系統(tǒng)采用模塊化設計，將軟件和硬件模塊形成一定的功能模塊。模塊間有明確的符合工業(yè)標準的接口，彼此間可以進行信息交換。這樣可以形成模塊化結構，縮短了設計制造周期，并且具有良好的適應性和擴展性，結構緊湊。多CPU的CNC系統(tǒng)由于每個CPU分管各自的任務，形成若干個模塊，如果某個模塊出了故障，其他模塊仍然照常工作。并且插件模塊更換方便，可以使故障對系統(tǒng)的影響減少到最小程度，提高了可靠性。性能價格比高，適合于多軸控制、高進給速度、高精度的數(shù)控機床。

多微處理機數(shù)控裝置的硬件結構

VSVS1.多微處理機CNC裝置的典型結構

總線互聯(lián)方式，典型的結構:共享總線型、共享存儲器型及混合型結構。

（1）功能模塊

1）CNC管理模塊2）存儲器模塊3）CNC插補模塊4）位置控制模塊5）操作控制數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示模塊6）PLC模塊

?多CPU結構分類：共存儲器以存儲器為中心，各模塊工作時，通過優(yōu)先接受使用請求，使用完成要撤消，釋放存儲器。共總線以總線為中心，各模塊工作時，僅有一個模塊可占用總線，多個請求時由總線仲裁器來裁決。

VSVS（2）共享總線結構

結構與仲裁

主模塊與從模塊總線仲裁及其方式：串行方式和并行方式串行總線仲裁方式：優(yōu)先權的排列是按鏈接位置確定。并行總線仲裁方式：專用邏輯電路，優(yōu)先權編碼方案

模塊之間的通訊：公共存儲器

總線：STDbus（支持8位和16位字長）Multibus（Ⅰ型支持16位字長，Ⅱ型支持32位字長）S-100bus（可支持16位字長）VERSAbus（可支持32位字長）VMEbus（可支持32位字長）

?4.2.3多CPU數(shù)控裝置圖：共享總線式多CPU數(shù)控裝置結構圖多CPUCNC系統(tǒng)的典型結構1）共享總線結構在這種結構的CNC系統(tǒng)中，只有主模塊有權控制系統(tǒng)總線，且在某一時刻只能有一個主模塊占有總線，如有多個主模塊同時請求使用總線會產(chǎn)生競爭總線問題。其結構如圖3-4所示：

串行總線仲裁連接方式主模塊1主模塊2主模塊3總線優(yōu)先權入總線優(yōu)先權出總線忙入忙出入忙出?并行總線仲裁連接方式主模塊1總線優(yōu)總線總線優(yōu)先權入忙先權出主模塊3入忙出譯器碼主模塊2入忙出優(yōu)先權編器碼?2）共享存儲器結構

在該結構中，采用多端口存貯器來實現(xiàn)各CPU之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由多端控制邏輯電路解決訪問沖突。如圖3-5所示。當CNC系統(tǒng)功能復雜要求CPU數(shù)量增多時，會因爭用共享存儲器而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)的效率，其擴展功能較為困難。

圖3-5共享存儲器的多CPU結構框圖

?MTC1的CNC裝置結構框圖(16K)EPROM(16K)EPROM(56K)EPROM(2K)EAM(26K)RAM(2K)EAM512K512K(CRT)CPU2鍵盤(中央)CPU1(插補)CPU3串口和收發(fā)器CRTCCRT

字符發(fā)生器并行接口反饋脈沖處理反饋信號適配器機床接口模擬量接口RS232CXYZCW

共享存儲器結構?共享總線和共享存儲器型結構

FUNUC11的CNC裝置結構框圖鍵盤紙帶機手搖盤PMC68000CAP8086+8087ROMRAM主CPU68000SSURS232RS232位控位控位控IOCBACROMRAMROMRAMRAMROM圖形顯示8087OPCCRT機床I/O坐標軸坐標軸主軸其中OPC–操作控制器；BAC–總線仲裁控制器；IOC–輸入輸出控制器；CAP–自動編程單元；SSU–系統(tǒng)支持單元；PMC–可編程機床控制器?雙端口存儲器結構框圖多CPU共享存儲器框圖端口1存儲控制邏輯地址和數(shù)據(jù)多路轉換器RAM共享存儲器I/O(CPU)CRT(CPU2)軸控制（COU4）插補(CPU3)端口2中斷控制從機床來的控制信號至機床的控制信號?2．多CPUCNC系統(tǒng)基本功能模塊（1）管理模塊該模塊是管理和組織整個CNC系統(tǒng)工作的模塊，主要功能包括：初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理、系統(tǒng)硬件與軟件診斷等功能。（2）插補模塊該模塊是在完成插補前，進行零件程序的譯碼、刀具補償、坐標位移量計算、進給速度處理等預處理，然后進行插補計算，并給定各坐標軸的位置值。（3）位置控制模塊對坐標位置給定值與由位置檢測裝置測到的實際位置值進行比較并獲得差值、進行自動加減速、回基準點、對伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補償，最后得到速度控制的模擬電壓（或速度的數(shù)字量），去驅動進給電動機。（4）PLC模塊零件程序的開關量（S、M、T）和機床面板來的信號在這個模塊中進行邏輯處理，實現(xiàn)機床電氣設備的啟停，刀具交換，轉臺分度，工件數(shù)量和運轉時間的計數(shù)等。（5）命令與數(shù)據(jù)輸入輸出模塊指零件程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)、各種操作指令的輸入輸出，以及顯示所需要的各種接口電路。（6）存儲器模塊是程序和數(shù)據(jù)的主存儲器，或是功能模塊數(shù)據(jù)傳送用的共享存儲器。

?VSVS

（1）計算處理速度高（2）可靠性高（3）有良好的適應性和擴展性（4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)?

專用型結構和基于PC開放式數(shù)控裝置結構

專用型結構CNC系統(tǒng)的硬件由各制造廠家專門設計和制造，其布局合理，結構緊湊，專用性強，但硬件之間彼此不能交換和替代，沒有通用性。如FANUC數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)、美國A－B系統(tǒng)、法國NUM系統(tǒng)及我國的一些數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)都屬于專用型結構。個人計算機式結構的CNC系統(tǒng)是以工業(yè)PC機作為CNC裝置的支撐平臺，再由各數(shù)控機床制造廠根據(jù)數(shù)控的需要，插入自己的控制卡和數(shù)控軟件，來構成相應的CNC裝置的。因工業(yè)標準PC機采用與一般PC機相同的總線標準，所以個人計算機式結構的CNC系統(tǒng)綜合了一般PC機和工業(yè)標準PC機的特點，其具體反映在下述幾個方面：

?開放式數(shù)控裝置的體系結構

VSVS一、開放式數(shù)控系統(tǒng)的產(chǎn)生

隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)的需求，需要一種靈活（功能可組、可擴展、可添加）的開放式數(shù)控系統(tǒng)，打破當前的“封閉式的”數(shù)控系統(tǒng)。體系開放化定義（IEEE）：具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其它的系統(tǒng)應用進行互操作的系統(tǒng)。開放式數(shù)控系統(tǒng)特點：■系統(tǒng)構件（軟件和硬件）具有標準化(Standardization)與多樣化(Diversification)和互換性(Interchangeability)的特征■允許通過對構件的增減來構造系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成構造，應該是可移植的和透明的；?

（1）與一般PC機完全兼容，且易于實現(xiàn)升級換代。近幾年來，個人計算機的應用越來越廣，其豐富的軟件資源和大量的硬件資源給人們提供了一個極為優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境。又因為PC機的生產(chǎn)數(shù)以萬計，其生產(chǎn)成本很低，繼而也就降低了CNC系統(tǒng)的成本，修理及更換都很方便。此外，與其他類型的工控機相比，工業(yè)標準PC機具有更強的通信功能，各類PC機均有網(wǎng)絡適配器，可用以構成各種局域網(wǎng)。（2）抗干擾和抗惡劣環(huán)境的能力強。工業(yè)標準PC機采用無源總線底板和結構堅實的工業(yè)標準機箱，全部組件為插入式，帶緊固裝置，能經(jīng)受較強的沖擊、振動和電磁干擾。工業(yè)標準PC機的主板包括了普通微機的全部組件和功能(CPU、高速緩沖器Cache、系統(tǒng)內(nèi)存、系統(tǒng)BIOS、RS－232C接口、打印機接口、鍵盤接口、磁盤驅動器接口、時鐘和擴展總線等)，并采用表面封裝技術制造，機箱內(nèi)有正壓的空氣過濾系統(tǒng)，具有抗潮濕和腐蝕性氣體的能力，它還采用了大功率抗干擾的開關電源。由于個人計算機式結構的CNC系統(tǒng)有諸多優(yōu)點，且能滿足用戶對CNC系統(tǒng)硬件通用性的要求，因此有不少數(shù)控廠家都開發(fā)了個人計算機式結構的CNC系統(tǒng)，如美國的ANILAN公司和AI公司。

?以工業(yè)PC機為技術平臺的數(shù)控系統(tǒng)結構框圖

?

NC嵌入PC式結構

NC嵌入PC式結構由開放體系結構運動控制卡和PC機構成。這種運動控制卡通常選用高速DSP作為CPU，具有很強的運動控制和PLC控制能力。它本身就是一個數(shù)控系統(tǒng)，可以單獨使用。它開放的函數(shù)庫能提供用戶在Windows平臺下自行開發(fā)構造所需的控制系統(tǒng)，因此這種結構被廣泛應用于制造業(yè)自動化控制的各個領域。如美國DeltaTau公司用PMAC多軸運動控制卡構造的PMAC－NC和日本MAZAK公司用三菱電動機的MELDASMAGIC64構造的MAZATROL640CNC等都是這種結構的數(shù)控系統(tǒng)。

?

軟件型開放式結構

軟件型開放式結構的數(shù)控系統(tǒng)是一種最新開放體系結構的數(shù)控系統(tǒng)。它能提供給用戶最大的選擇和靈活性。它的CNC軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅動和外部I／O之間的標準化通用接口，就像計算機中可以安裝各種品牌的聲卡、CD－ROM和相應的驅動程序一樣。用戶可以在WindowsNT平臺上，利用開放的CNC內(nèi)核開發(fā)所需的各種功能，以構成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)。與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比，軟件型開放式結構的數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，因而最有生命力。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的OpenCNC和德國PowerAutomation公司的PA8000NT等。

?基于PC的數(shù)控裝置（遞階式PC數(shù)控系統(tǒng)結構圖）

PC＋I/O軟件化數(shù)控系統(tǒng)結構圖典型基于PC的和網(wǎng)絡型數(shù)控產(chǎn)品上：SIEMENS802D左：數(shù)控凸輪磨床VSVS二、開放體系結構CNC的優(yōu)點

向未來技術開放：由于軟硬件接口都遵循公認的標準協(xié)議，只需少量的重新設計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長生命周期；標準化的人機界面：標準化的編程語言，方便用戶使用，降低了和操作效率直接有關的勞動消耗；向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴充能力、提供可供選擇硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應用要求，給用戶提供一個方法，從低級控制器開始，逐步提高，直到達到所要求的性能為止。另外用戶自身的技術訣竅能方便地融入，創(chuàng)造出自己的名牌產(chǎn)品；可減少產(chǎn)品品種，便于批量生產(chǎn)、提高可靠性和降低成本，增強市場供應能力和競爭能力。?VSVS2.開放程度：1）CNC可以直接地或通過網(wǎng)絡運行各種應用軟件2）用戶操作界面的開放。3）NC內(nèi)核的深層次開放(①PC+實時硬插件；②PC+實時軟中斷)。3.開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：1）在控制系統(tǒng)技術，接口技術、檢測傳感技術、執(zhí)行器技術、軟件技術五大方面開發(fā)出優(yōu)質(zhì)、先進、適銷的經(jīng)濟、合理的開放式數(shù)控系統(tǒng)。2）主攻方向是進一步適應高精度、高效率（高速）高自動化加工的需求。3）網(wǎng)絡化?開放式數(shù)控裝置的概念結構硬件配置單元軟件配置單元標準計算機硬件數(shù)控系統(tǒng)基本硬件數(shù)控功能應用程序DOS(WINDOWS)實時多任務操作系統(tǒng)RTM應用程序接口NC構件庫?數(shù)控軟件譯碼刀補處理速度控制插補處理位置控制伺服驅動PLC控制位置反饋數(shù)控軟件的數(shù)據(jù)轉換流程

譯碼緩沖區(qū)刀補緩沖區(qū)運行緩沖區(qū)加工程序高4位

低4位

說明

1

3

G03

2

3

M03

100

X值

50

Y值

0

Z值

0

I值

50

J值

0

K值

100

F值

圖：不按字符格式的譯碼數(shù)據(jù)存放格式

軟件工作流程1.譯碼譯碼就是把用ASCⅡ碼編寫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，并存放到譯碼緩沖區(qū)中，準備為后續(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

M03G03X100.Y50.I0J50.F100.；

（2）保留字符格式的存放方法（略）2.刀補（軟件工作流程）刀補處理程序主要進行以下幾項工作：1．計算本段零件輪廓的終點坐標值；2．根據(jù)刀具的半徑值和刀具補償方向，計算出本段刀具中心軌跡的終點位置；3．根據(jù)本段和下一段的轉接關系進行段間處理。

3.速度預處理（軟件工作流程）速度預處理程序主要完成以下幾步計算：1．計算本程序段總位移量2．計算每個插補周期內(nèi)的合成進給量

ΔL=FΔt/60（μm）

式中，F(xiàn)—進給速度值（mm/min）；Δt—數(shù)控系統(tǒng)的插補周期（ms）。V(t)VcOCBA恒速控制：F值恒定加減速控制：F值按照一定規(guī)律變化4.插補處理（軟件工作流程）

1．根據(jù)速度倍率值計算本次插補周期的實際合成位移量；2．計算新的坐標位置；3．將合成位移分解到各個坐標方向，得到各個坐標軸的位置控制指令。插補程序的實時性

指令位置+插補輸出+Δx2，Δy2--位控輸出Δx3，Δy3+X2新，Y2新實際位置增量Δx1，Δy1

實際位置X1新，Y1新X2舊，Y2舊

X1舊，Y1舊

++-5.位置控制（軟件工作流程）圖：位置控制算法原理（1）．計算新的指令坐標位置X2新=X2舊+Δx2Y2新=Y2舊+Δy2（2）．計算實際坐標位置X1新=X1舊+Δx1Y1新=Y1舊+Δy1（3）．計算位置控制輸出值Δx3=X2新-

X1新Δy3=Y2新–Y1新

位置控制是強實時性任務，所有計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周期，也可以是插補周期的整數(shù)分之一。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)控軟件的特點及關鍵技術

（1）．數(shù)控裝置的多任務性圖：數(shù)控裝置的任務及分類框圖這些任務中有些可以順序執(zhí)行，有些必須同時執(zhí)行，如：（1）顯示和控制任務必須同時執(zhí)行，以便操作人員及時了解機床運行狀態(tài)；（2）在加工過程中，為使加工過程連續(xù)，譯碼、刀補、插補和位置控制?？煲脖仨毻瑫r進行。

多任務并行處理的實現(xiàn)

CNC裝置軟件任務分解軟件任務的并行處理CNC裝置管理控制輸入I/O處理顯示診斷通訊譯碼刀具補償速度處理位置控制插補輸入顯示位控診斷I/O插補位控譯碼刀補速度處理?資源（CPU）分時共享圖VSVS診斷I/O處理輸入插補準備顯示初始化插補位控鍵盤

中斷級別高中斷級別低1）多任務措施1：資源分時共享?VSVS

資源分時共享技術的特征在任何一個時刻只有一個任務占用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。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，各個任務還是逐一執(zhí)行的。?

位置控制插補運算背景程序圖：各任務占用CPU時間示意圖

0ms4ms8ms12ms16msVSVS

多任務處理措施2：并行處理和流水處理

在多CPU結構的CNC系統(tǒng)中，根據(jù)各任務之間的關聯(lián)程度，可采用以下兩種并行處理技術：若任務間的關聯(lián)程度不高，則可讓其分別在不同的CPU上同時執(zhí)行——并發(fā)處理；若任務間的關聯(lián)程度較高，即一個任務的輸出是另一個任務的輸入，則可采取流水處理的方法來實現(xiàn)并行處理。?流水處理技術示意圖

并行處理1231232tt空間時間順序處理輸出輸出CPU1時間t+△tt空間111333222輸出輸出輸出CPU1CPU2CPU3時間重疊流水處理?VSVS

流水處理技術的涵義

流水處理技術是利用重復的資源（CPU），將一個大的任務分成若干個子任務(任務的分法與資源重復的多少有關)，這些小任務是彼此關系的，然后按一定的順序安排每個資源執(zhí)行一個任務，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。?

并行處理和流水處理的特征在任何時刻（流水處理除開始和結束外）均有兩個或兩個以上的任務在并發(fā)執(zhí)行。并發(fā)處理和流水處理的關鍵是時間重疊，是以資源重復的代價換得時間上的重疊，或者說以空間復雜性的代價換得時間上的快速性。?并行處理中的信息交換和同步在CNC裝置中信息交換主要通過各種緩沖區(qū)來實現(xiàn)。各緩沖區(qū)數(shù)據(jù)交換和更新的同步是靠同步信號指針來實現(xiàn)的。

CNC裝置通過緩沖區(qū)交換信息框圖紙帶緩沖存儲區(qū)譯碼緩沖存儲區(qū)插補緩沖存儲區(qū)插補工作存儲區(qū)插補輸出存儲區(qū)紙帶譯碼插補準備交換插補?故障處理；位置控制；插補運算；．．．譯碼；刀補；速度處理；輸入/輸出；顯示。循環(huán)執(zhí)行后臺程序前臺程序中斷執(zhí)行數(shù)控軟件的基本結構

1.前后臺型結構模式

圖：前后臺程序的運行關系

故障處理；位置控制；插補運算；．．．譯碼；刀補；速度處理；輸入/輸出；顯示。故障處理；位置控制；插補運算；．．．譯碼；刀補；速度處理；輸入/輸出；顯示。初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件+軟件）0級中斷服務程序1級中斷服務程序2級中斷服務程序N級中斷服務程序

2.中斷型結構模式

中斷型結構的數(shù)控軟件系統(tǒng)3.基于實時操作系統(tǒng)的結構模式。(略）

4.4.1接口的分類與任務1.接口的分類*接口標準化;數(shù)控系統(tǒng)開放化的要求2.接口的任務(1)．進行電平和功率放大。(2)．將數(shù)控裝置和機床之間的信號在電氣上加以隔離。(3)．數(shù)/模（D/A）或模/數(shù)（A/D）轉換電路。(4)．消除畸變。數(shù)控裝置的輸入/輸出接口主軸驅動電機數(shù)控裝置

Ⅰ接口分Ⅱ類

Ⅲ

Ⅳ電機速度控制進給主軸驅動機床坐標軸進給電機操作面板限位開關機電器件（電磁鐵，離合器等）

輔助功能（齒輪箱，轉臺，換刀裝置等）輔助電機機床控制設備控制裝置電源控制（變壓器，保護裝置等）速度Vx，Vy，Vz電源位置測量傳感器激勵位置指示電源連鎖停止命令開/關指令信號數(shù)控裝置常用接口1.

直流模擬信號接口模數(shù)轉換器ADC0809溫度檢測電路斯密特觸發(fā)器2.

直流數(shù)字信號接口a)斯密特觸發(fā)電路b)R—S觸發(fā)器整形電路圖4-20消除觸點抖動的電路CNC電平轉換電路圖：電壓輸入的接收電路a)繼電器輸出b)無觸點輸出CNCCNC+24VCNC

輸出輸出接口電路數(shù)控裝置的通信接口4.6基于PC的數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)實例4.6.1系統(tǒng)要求4.6.2硬件系統(tǒng)設計圖4-32凸輪磨床數(shù)控系統(tǒng)硬件簡圖4.6.3軟件系統(tǒng)圖4-32凸輪磨床數(shù)控系統(tǒng)軟件結構簡圖4.6.4用戶界面設計THEEND謝謝各位?機械工程實驗教學中心數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅動機床完成相應的運動。數(shù)控編程的目的機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。數(shù)控編程的內(nèi)容機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操