淺談計算機數(shù)控系統(tǒng)

1、淺談計算機數(shù)控系統(tǒng)論文關鍵詞：計算機數(shù)控系統(tǒng)，cnc系統(tǒng)計算機數(shù)控系統(tǒng)（簡稱CNC系統(tǒng)）是在硬件數(shù)控的基礎上發(fā)展起來的，它用一臺計算機代替先前的數(shù)控裝置所完成的功能。所以，它是一種包含有計算機在內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)， 根據(jù)計算機存儲的控制程序執(zhí)行部分或全部數(shù)控功能。依照EIA所屬的數(shù)控標準化委員會的定義，CNC是用一個存儲程序的計算機，按照存儲在計算機內(nèi)的讀寫存儲器中的控制程 序去執(zhí)行數(shù)控裝置的一部分或全部功能，在計算機之外的唯一裝置是接口。目前在計算機數(shù)控系統(tǒng)中所用的計算機已不再是小型計算機，而是微型計算機，用微機控制的系統(tǒng)稱為MNC系統(tǒng)，亦統(tǒng)稱為CNC系統(tǒng)。由上述定義可知，CNC系統(tǒng)與傳統(tǒng)NC

2、系統(tǒng)的區(qū)別在于：CNC系統(tǒng)附加一個計算機作 為控制器的一部分，其組成框圖如圖3-1所示。圖中的計算機接收各種輸入信息（如鍵盤、 面板等輸入的指令信息），執(zhí)行各種控制功能（如插補計算、運行管理等等）。而硬件電路完 成其他一些控制操作。me控制器圖3-1計算機數(shù)控系統(tǒng)方框圖二、CNC系統(tǒng)軟件這里指的是為實現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件，即存放于計算機內(nèi)存中的系 統(tǒng)程序。它一般由輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序等組 成?，F(xiàn)分_三、 計算機數(shù)控系統(tǒng)的特點與NC系統(tǒng)相比，CNC系統(tǒng)主要的優(yōu)點有：靈活性這是CNC系統(tǒng)的突出優(yōu)點。對于傳統(tǒng)的NC系統(tǒng)，一旦提供了某些控制功

3、能，就不能被改變，除非改變相應的硬件。而對于CNC系統(tǒng)，只要改變相應的控制程序就可以補充和開發(fā)新的功能，并不必制造新的硬件。CNC系統(tǒng)能夠隨著工廠的發(fā)展而發(fā)展，也能適應將來改變工藝的要求。在CNC設備安裝之后，新的技術還可以補充到系統(tǒng)中去，這就延長了 系統(tǒng)的使用期限。因此，CNC系統(tǒng)具有很大的 柔性”一-活性。通用性在CNC系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)采用模塊結構，依靠軟件變化來滿足被控設備的各種不同要求。采用標準化接口電路，給機床制造廠和數(shù)控用戶帶來了許多方便。于是，用一種CNC系統(tǒng)就可能滿足大部分數(shù)控機床（包括車床、銃床、加工中心、鉆鏜床等）的要求，還能滿足某 些別的 設備應 用。當 用戶要 求某些

4、特殊功 能時 ，僅僅 是改變 某些軟 件而已 。由于 在工廠1訃算機、軟作功能41數(shù)控機床中使用同一類型的控制系統(tǒng)，培訓和學習也十分方便?？煽啃栽贑NC系統(tǒng)中，加工程序常常是一次送入計算機存儲器內(nèi)，避免了在加工過程中由于紙帶輸入機的故障而產(chǎn)生的停機現(xiàn)象（普通數(shù)控裝置的故障有一半以上發(fā)生在逐段光電輸入時）。同時，由于許多功能都由軟件實現(xiàn)，硬件系統(tǒng)所需元器件數(shù)目大為減少，整個系統(tǒng) 的可靠性大大改善，特別是隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的采用，系統(tǒng)可靠性更為提高。據(jù)美國第13屆NCS年會統(tǒng)計的世界上數(shù)控系統(tǒng)平均無故障時間是：硬線NC系統(tǒng)為136h，小型計算機CNC系統(tǒng)為984h，而微處理機CN

5、C系統(tǒng)據(jù)日本發(fā)那科公司 宣稱已達23000h。易于實現(xiàn)許多復雜的功能CNC系統(tǒng)可以利用計算機的高度計算能力，實現(xiàn)一些高級的復雜的數(shù)控功能。刀具偏移、英公制轉換、固定循環(huán)等都能用適當?shù)能浖绦蛴枰詫崿F(xiàn)；復雜的插補功能，例如拋物線插補、螺旋線插補等也能用軟件方法來解決； 刀具補償也可在加工過程中進行計算； 大量 的輔助功能都可以被編程；子程序概念的引入，大大簡化了程序編制。使用維修方便CNC系統(tǒng)的一個吸引人的特點是有一套診斷程序，當數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能顯示出故障信息，使操作和維修人員能了解故障部位，減少了維修的停機時間。三、CNC系統(tǒng)的硬件構成隨著大規(guī)模集成電路技術和表面安裝技術的發(fā)展，CNC系

6、統(tǒng)硬件模塊及安裝方式不斷改進。從CNC系統(tǒng)的總體安裝結構看，有整體式結構和分體式結構兩種。所謂整體式結構是把CRT和MDI面板、操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機箱內(nèi)。這種方式的優(yōu)點是結構緊湊，便于安裝，但有時可能造成某些信號連線過 長。分體式結構通常把CRT和MDI面板、操作面板等做成一個部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個機箱內(nèi)，兩者之間用導線或光纖連接。許多CNC機床把操作面板也單獨作為一個部件， 這是由于所控制機床的要求不同，操作面板相應地要改變，做成分體式的有利于更換和安裝。CNC操作面板在機床上的安裝形式有吊掛式、床頭式、控制柜式、控制臺式等多種。從組成CNC系統(tǒng)

7、的電路板的結構特點來看，有兩種常見的結構，即大板式結構和模塊 化結構。四、CNC系統(tǒng)的控制軟件結構特點CNC系統(tǒng)是一個專用的實時多任務計算機系統(tǒng)，在它的控制軟件中融合了當今計算機軟件技術中的許多先進技術，其中最突出的是多任務并行處理和多重實時中斷。五、CNC系統(tǒng)的控制軟件及其工作過程控制軟件是為完成特定CNC（或MNC）系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件，又稱為系統(tǒng)軟件（或系統(tǒng)程序）。因為CNC（或MNC）系統(tǒng)的功能設置與控制方案各不相同，各種系統(tǒng)軟件 在結構和規(guī)模上差別很大。系統(tǒng)程序的設計與各項功能的實現(xiàn)及其將來的擴展有最直接的關 系，是整個CNC（或MNC）系統(tǒng)研制工作中關鍵性的和工作量最大的部

8、分。前面曾提到，系統(tǒng)軟件一般由輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理（預計算）、插補運算、速度控制、輸出控制、管理程序及診斷程序等部分構成。下面分別加以介紹。1、輸入CNC系統(tǒng)中一般通過紙帶閱讀機、磁帶機、磁盤及鍵盤輸入零件程序，且其輸入大都采用中斷方式。在系統(tǒng)程序中有相應的中斷服務程序，如紙帶閱讀機中斷服務程序及鍵盤中斷服務程序等。當紙帶閱讀機讀入一個字符至接口中時，就向主機發(fā)出中斷，由中斷服務程序將該字符送入內(nèi)存。 同樣，每按一個鍵則表示向主機申請一次中斷，調(diào)出一次鍵盤服務程序，對相應的鍵盤命令進行處理。2、譯碼由前面的討論可知，經(jīng)過輸入系統(tǒng)的工作，已將數(shù)據(jù)段送入零件程序存儲器。下一步就是由譯碼程序將輸入的零件程序數(shù)據(jù)段翻譯成本系統(tǒng)能識別的語言。一個數(shù)據(jù)段從輸入到傳送至插補工作寄存器需經(jīng)過以下幾個環(huán)節(jié)。3、預計算為了減輕插補工作的負擔， 提高系統(tǒng)的實時處理能力，常常在插補運算前先進行數(shù)據(jù)的預處理，例如，確定圓弧平面、刀具半徑補償?shù)挠嬎愕?。當采用?shù)字積分法時，可預先進行 左移規(guī)格化的處理和積分次數(shù)的計算等，這樣，可把最直接、最方便形式的數(shù)據(jù)提供給插補運算。4、插補計算插補計算是CNC系統(tǒng)中最重要的計算工作之一。在傳統(tǒng)的NC裝置中，采用硬件電路（插補器）來實現(xiàn)各種軌跡的插補。為了在軟件系統(tǒng)中計算所需的插補軌跡，這些數(shù)字電路必須由計算機的程序