第三章數(shù)控系統(tǒng)結構

1、第三章第三章 CNC系統(tǒng)結構及控制方法系統(tǒng)結構及控制方法從從自動控制自動控制的角度來看，的角度來看，CNC系統(tǒng)是系統(tǒng)是一種位置、速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，一種位置、速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其其本質(zhì)上本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件是以多執(zhí)行部件(各運動軸各運動軸)的位的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調(diào)運動的移量、速度為控制對象并使其協(xié)調(diào)運動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)。的計算機控制系統(tǒng)。CNCCNC系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的功能 v 控制軸有控制軸有移動軸移動軸和和回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)軸，有，有基本軸基本軸和和附加附加軸軸。通過軸的聯(lián)動可以完成輪廓軌跡的加工

2、。通過軸的聯(lián)動可以完成輪廓軌跡的加工。一般數(shù)控車床只需二軸控制，二軸聯(lián)動一般數(shù)控車床只需二軸控制，二軸聯(lián)動；一般一般數(shù)控銑床需要三軸控制、三軸聯(lián)動或多軸聯(lián)動數(shù)控銑床需要三軸控制、三軸聯(lián)動或多軸聯(lián)動；一般加工中心為多軸控制，三軸聯(lián)動。控制軸一般加工中心為多軸控制，三軸聯(lián)動?？刂戚S數(shù)越多，特別是同時控制的軸數(shù)越多，要求數(shù)越多，特別是同時控制的軸數(shù)越多，要求CNC系統(tǒng)的功能就越強，同時系統(tǒng)的功能就越強，同時CNC系統(tǒng)也就系統(tǒng)也就越復雜，編制程序也越困難。越復雜，編制程序也越困難。 v2. 幾何參數(shù)幾何參數(shù)CNC設定的最小設定單位設定的最小設定單位插補方式插補方式控制軸數(shù)控制軸數(shù) P4v準備功能也稱準

3、備功能也稱G指令代碼，它用來指定機床運指令代碼，它用來指定機床運動方式的功能，包括基本移動、平面選擇、坐動方式的功能，包括基本移動、平面選擇、坐標設定、刀具補償、固定循環(huán)等指令。標設定、刀具補償、固定循環(huán)等指令。v對于對于點位式點位式的加工機床，如鉆床、沖床等，需的加工機床，如鉆床、沖床等，需要點位移動控制系統(tǒng)。對于要點位移動控制系統(tǒng)。對于輪廓控制輪廓控制的加工機的加工機床，如車床、銑床、加工中心等，需要控制系床，如車床、銑床、加工中心等，需要控制系統(tǒng)有兩個或兩個以上的進給坐標具有聯(lián)動功能。統(tǒng)有兩個或兩個以上的進給坐標具有聯(lián)動功能。 v 根據(jù)加工工藝要求，根據(jù)加工工藝要求，CNC系統(tǒng)的進給功能

4、用系統(tǒng)的進給功能用F指指令代碼直接指定數(shù)控機床加工的進給速度。令代碼直接指定數(shù)控機床加工的進給速度。 v（1）切削進給速度切削進給速度 以每分鐘進給的毫米數(shù)指定刀具以每分鐘進給的毫米數(shù)指定刀具的進給速度，如的進給速度，如100mm/min。對于回轉(zhuǎn)軸，表示每。對于回轉(zhuǎn)軸，表示每分鐘進給的角度。分鐘進給的角度。v（2）同步進給速度同步進給速度 以主軸每轉(zhuǎn)進給的毫米數(shù)規(guī)定的以主軸每轉(zhuǎn)進給的毫米數(shù)規(guī)定的進給速度，如進給速度，如0.02mm/r。只有主軸上裝有位置編碼。只有主軸上裝有位置編碼器的數(shù)控機床才能指定同步進給速度，用于切削螺紋器的數(shù)控機床才能指定同步進給速度，用于切削螺紋的編程。的編程。v（

5、3）進給倍率進給倍率 操作面板上設置了進給倍率開關，倍操作面板上設置了進給倍率開關，倍率可以從率可以從0200%之間變化，每檔間隔之間變化，每檔間隔10%。使用倍。使用倍率開關不用修改程序就可以改變進給速度，并可以在率開關不用修改程序就可以改變進給速度，并可以在試切零件時隨時改變進給速度或在發(fā)生意外時隨時停試切零件時隨時改變進給速度或在發(fā)生意外時隨時停止進給。止進給。 v（1）轉(zhuǎn)速的編碼方式）轉(zhuǎn)速的編碼方式 一般用一般用S指令代碼指定。指令代碼指定。r/minv（2）指定恒定線速度）指定恒定線速度v 該功能可以保證該功能可以保證車床和磨床車床和磨床加工工件端面加工工件端面質(zhì)量和不同直徑的外圓的

6、加工具有相同的切削質(zhì)量和不同直徑的外圓的加工具有相同的切削速度。速度。 mm/minv（3）主軸定向準停）主軸定向準停 v 該功能使主軸在徑向的某一位置準確停止，該功能使主軸在徑向的某一位置準確停止，有有自動換刀功能的機床自動換刀功能的機床必須選取有這一功能的必須選取有這一功能的CNC裝置。裝置。 v 輔助功能用來指定主軸的啟、停和轉(zhuǎn)向；輔助功能用來指定主軸的啟、停和轉(zhuǎn)向；切削液的開和關；刀庫的啟和停等，一般是開切削液的開和關；刀庫的啟和停等，一般是開關量的控制。各種型號的數(shù)控裝置具有的輔助關量的控制。各種型號的數(shù)控裝置具有的輔助功能差別很大，而且有許多是自定義的。功能差別很大，而且有許多是自

7、定義的。 刀具功能用來選擇所需的刀具。刀具功能用來選擇所需的刀具。 v補償功能是通過輸入到補償功能是通過輸入到CNC系統(tǒng)存儲器的補償系統(tǒng)存儲器的補償量，根據(jù)編程軌跡重新計算刀具的運動軌跡和量，根據(jù)編程軌跡重新計算刀具的運動軌跡和坐標尺寸，從而加工出符合要求的工件。補償坐標尺寸，從而加工出符合要求的工件。補償功能主要有以下種類：功能主要有以下種類：v（1）刀具的尺寸補償?shù)毒叩某叽缪a償 如刀具長度補償、刀具如刀具長度補償、刀具半徑補償和刀尖圓弧補償。這些功能可以補償半徑補償和刀尖圓弧補償。這些功能可以補償?shù)毒吣p以及換刀時對準正確位置，簡化編程。刀具磨損以及換刀時對準正確位置，簡化編程。v（2）絲

8、杠的螺距誤差補償和反向間隙補償或絲杠的螺距誤差補償和反向間隙補償或者熱變形補償通過事先檢測出絲杠螺距誤差和者熱變形補償通過事先檢測出絲杠螺距誤差和反向間隙，并輸入到反向間隙，并輸入到CNC系統(tǒng)中，在實際加工系統(tǒng)中，在實際加工中進行補償，從而提高數(shù)控機床的加工精度。中進行補償，從而提高數(shù)控機床的加工精度。 v CNC控制器可以配置單色或彩色控制器可以配置單色或彩色CRT或或LCD，通過軟件和硬件接口實現(xiàn)字符和圖形，通過軟件和硬件接口實現(xiàn)字符和圖形 的顯示。通常的顯示。通?？梢燥@示可以顯示程序、參數(shù)、各種補程序、參數(shù)、各種補 償量、坐標位置、故障信息、人機對話編程償量、坐標位置、故障信息、人機對話

9、編程 菜單、零件圖形及刀具實際移動軌跡的坐標等。菜單、零件圖形及刀具實際移動軌跡的坐標等。 v 為了防止故障的發(fā)生或在發(fā)生故障后可以迅為了防止故障的發(fā)生或在發(fā)生故障后可以迅速查明故障的類型和部位，以減少停機時間，速查明故障的類型和部位，以減少停機時間，CNC系統(tǒng)中設置了各種診斷程序。不同的系統(tǒng)中設置了各種診斷程序。不同的CNC系統(tǒng)設置的診斷程序是不同的，診斷的系統(tǒng)設置的診斷程序是不同的，診斷的水平也不同。診斷程序一般可以包含在系統(tǒng)程水平也不同。診斷程序一般可以包含在系統(tǒng)程序中，在系統(tǒng)序中，在系統(tǒng)運行過程中運行過程中進行檢查和診斷；也進行檢查和診斷；也可以作為服務性程序，在可以作為服務性程序，在

10、系統(tǒng)運行前或故障停系統(tǒng)運行前或故障停機后機后進行診斷，查找故障的部位。有的進行診斷，查找故障的部位。有的CNC可以進行遠程通信診斷?？梢赃M行遠程通信診斷。 v為了適應柔性制造系統(tǒng)（為了適應柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成）和計算機集成制造系統(tǒng)（制造系統(tǒng)（CIMS）的需求，）的需求，CNC裝置通常具裝置通常具有有RS232C通信接口，有的還備有通信接口，有的還備有DNC接口。接口。也有的也有的CNC還可以通過制造自動化協(xié)議還可以通過制造自動化協(xié)議（MAP）接入工廠的通信網(wǎng)絡。）接入工廠的通信網(wǎng)絡。 v為了進一步提高數(shù)控機床的編程效率，對于為了進一步提高數(shù)控機床的編程效率，對于NC程程序的編制，

11、特別是較為復雜零件的序的編制，特別是較為復雜零件的NC程序都要通程序都要通過計算機輔助編程，尤其是利用圖形進行自動編過計算機輔助編程，尤其是利用圖形進行自動編程，以提高編程效率。因此，程，以提高編程效率。因此，對于現(xiàn)代對于現(xiàn)代CNC系統(tǒng)系統(tǒng)一般要求具有人機交互圖形編程功能。一般要求具有人機交互圖形編程功能。有這種功有這種功能的能的CNC系統(tǒng)可以根據(jù)零件圖直接編制程序，即系統(tǒng)可以根據(jù)零件圖直接編制程序，即編程人員只需送入圖樣上簡單表示的幾何尺寸就編程人員只需送入圖樣上簡單表示的幾何尺寸就能自動地計算出全部交點、切點和圓心坐標，生能自動地計算出全部交點、切點和圓心坐標，生成加工程序。有的成加工程序

12、。有的CNC系統(tǒng)可根據(jù)引導圖和顯示系統(tǒng)可根據(jù)引導圖和顯示說明進行對話式編程，并具有自動工序選擇、刀說明進行對話式編程，并具有自動工序選擇、刀具和切削條件的自動選擇等智能功能。有的具和切削條件的自動選擇等智能功能。有的CNC系統(tǒng)還備有用戶宏程序功能（如日本系統(tǒng)還備有用戶宏程序功能（如日本FANUC系系統(tǒng)）。這些功能有助于那些未受過統(tǒng)）。這些功能有助于那些未受過CNC編程專門編程專門訓練的機械工人能夠很快地進行程序編制工作。訓練的機械工人能夠很快地進行程序編制工作。 數(shù)控系統(tǒng)的組成v從外部特征來看，從外部特征來看，CNC系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）

13、兩大部分組成的。件）和軟件（專用）兩大部分組成的。v程序、輸入輸出設備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程邏輯程序、輸入輸出設備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程邏輯控制器、主軸驅(qū)動裝置、進給驅(qū)動裝置組成?？刂破?、主軸驅(qū)動裝置、進給驅(qū)動裝置組成。 坐標軸運動與位置檢測 F指令速度處理坐標及刀補 處理主軸電動機和電氣控制主軸控制與輔助操作處理伺服驅(qū)動進給電動機位置控制輸 出插補運算S、M、T執(zhí)行完信號可編程控制器 PLCS、M、T指令處理插補預處理G指令處 理輸 入譯 碼零件程序v目前目前CNC的硬件結構廣泛采用各種多的硬件結構廣泛采用各種多CPU結結構，構，80年代后出現(xiàn)了以個人計算機（年代后出現(xiàn)了以個人計

14、算機（PC）為）為基礎的基礎的CNC結構。從結構上看，近代結構。從結構上看，近代CNC由由以下三部分組成：以下三部分組成：NC：主要負責數(shù)控加工程序的處理、插補、伺主要負責數(shù)控加工程序的處理、插補、伺服、進給的控制等數(shù)控主流程的處理和控制；服、進給的控制等數(shù)控主流程的處理和控制；PLC：主要負責對數(shù)控設備及其他輔助設備的開主要負責對數(shù)控設備及其他輔助設備的開關量控制關量控制MMC：它是它是CNC中負責處理人機界面及外界通中負責處理人機界面及外界通信任務的機構，具有圖形處理和數(shù)據(jù)處理功能。信任務的機構，具有圖形處理和數(shù)據(jù)處理功能。 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件結構計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件結構v按控制

15、功能的復雜程度可分為：按控制功能的復雜程度可分為： 單單處理機結構和處理機結構和多多處理機結構；處理機結構；v按電路板的結構特點可分為：按電路板的結構特點可分為： 大板大板結構和結構和模塊化模塊化結構。結構。v按總體安裝結構特點可分為：按總體安裝結構特點可分為： 整體式整體式結構和結構和分體式分體式結構結構v按按CNC裝置硬件的制造方式可分為：裝置硬件的制造方式可分為： 專用型專用型結構和結構和個人計算機式個人計算機式結構結構CNC裝置的硬件結構裝置的硬件結構v整體式結構整體式結構把把CRT和和MDI面板、操作面面板、操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同板以及功能模塊板組成的電路板等安

16、裝在同一機箱內(nèi)一機箱內(nèi)v分體式結構分體式結構把把CRT和和MDI面板、操作面面板、操作面板等做成一個部件，而把功能模塊組成的電板等做成一個部件，而把功能模塊組成的電路板安裝在一個機箱內(nèi)，兩者之間用導線或路板安裝在一個機箱內(nèi)，兩者之間用導線或光纖連接。光纖連接。按總體安裝結構特點分類按總體安裝結構特點分類按按CNC裝置硬件的制造方式分類裝置硬件的制造方式分類v專用型結構專用型結構由各制造廠家專門設計和制由各制造廠家專門設計和制造。造。v個人計算機式結構個人計算機式結構以工業(yè)以工業(yè)PC作為作為CNC裝裝置的支撐平臺，再由機床制造廠根據(jù)數(shù)控需置的支撐平臺，再由機床制造廠根據(jù)數(shù)控需要，插入控制卡和數(shù)控

17、軟件，構成要，插入控制卡和數(shù)控軟件，構成CNC裝置。裝置。v大板大板結構結構一個系統(tǒng)一般都有一塊大板，稱為主板。一個系統(tǒng)一般都有一塊大板，稱為主板。主板上裝有主主板上裝有主CPU和各軸的位置控制電路等。其他相關的子和各軸的位置控制電路等。其他相關的子板（完成一定功能的電路板），如板（完成一定功能的電路板），如ROM板、零件程序存儲器板、零件程序存儲器板和板和PLC板都直接插在主板上面，組成板都直接插在主板上面，組成CNC系統(tǒng)的核心部分系統(tǒng)的核心部分按電路板的結構特點分類按電路板的結構特點分類v模塊化模塊化結構結構將將CPU、存儲器、輸入輸出、存儲器、輸入輸出控制分別做成插件板（稱為硬件模塊），

18、甚控制分別做成插件板（稱為硬件模塊），甚至將至將CPU、存儲器、輸入輸出控制組成獨立、存儲器、輸入輸出控制組成獨立微型計算機級的硬件模塊，相應的軟件也是微型計算機級的硬件模塊，相應的軟件也是模塊結構，固化在硬件模塊中。模塊結構，固化在硬件模塊中。v單單處理機結構處理機結構 初期的初期的CNC系統(tǒng)和現(xiàn)在的一些經(jīng)濟型系統(tǒng)和現(xiàn)在的一些經(jīng)濟型CNC系統(tǒng)一般采用單系統(tǒng)一般采用單CPU結構結構v多多處理機結構處理機結構 多多CPU結構可以滿足數(shù)控機床高進給速結構可以滿足數(shù)控機床高進給速度、高加工精度和許多復雜功能的要求。多度、高加工精度和許多復雜功能的要求。多用于高檔的，全功能型的用于高檔的，全功能型的C

19、NC機床機床按控制功能的復雜程度按控制功能的復雜程度單微處理器硬件結構圖單微處理器硬件結構圖單處理器計算機控制單處理器計算機控制單微處理器結構組成：單微處理器結構組成：微處理器（運算、控制）、總線、存儲器、接口等；微處理器（運算、控制）、總線、存儲器、接口等；微處理器和總線微處理器和總線v微處理器微處理器CPU運算器，控制器組成運算器，控制器組成 運算器包括：算術邏輯運算、寄存器、堆棧運算器包括：算術邏輯運算、寄存器、堆棧v總線：具有一定信號意義的物理導線總線：具有一定信號意義的物理導線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線（雙方向線）（雙方向線） 地址總線地址總線（單方向線）（單方向線） 控制總線控制總線（單方

20、向線）（單方向線）v可擦寫只讀存儲器（可擦寫只讀存儲器（EPROM）：）：系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序v隨機存儲器（隨機存儲器（RAM）：）：運算的中間結果、需顯示的數(shù)據(jù)、運行中運算的中間結果、需顯示的數(shù)據(jù)、運行中的狀態(tài)、標志信息的狀態(tài)、標志信息v有后備電池的有后備電池的CMOS RAM或磁盤存儲器或磁盤存儲器 ： 加工的零件程序、機床參數(shù)、刀具參數(shù)等加工的零件程序、機床參數(shù)、刀具參數(shù)等I/O（輸入（輸入/輸出）接口輸出）接口v1. 進行必要的電氣隔離進行必要的電氣隔離v2. 電平轉(zhuǎn)換和功率放大電平轉(zhuǎn)換和功率放大MDI/CRT接口接口位置控制模塊位置控制模塊速度控制、位置反饋速度控制、位置反饋v要求：要求

21、：無超調(diào)、無滯后、抗干擾能力強。無超調(diào)、無滯后、抗干擾能力強。v對機床進給運動的坐標軸位置進行控制。對機床進給運動的坐標軸位置進行控制。 v對主軸控制，一般只包括速度控制。對主軸控制，一般只包括速度控制。v刀庫位置控制（簡易位置控制）刀庫位置控制（簡易位置控制）vC軸位置控制：包括位置和速度控制軸位置控制：包括位置和速度控制可編程控制器可編程控制器v內(nèi)裝型內(nèi)裝型 為實現(xiàn)機床的順序控制而專門設計制造的。為實現(xiàn)機床的順序控制而專門設計制造的。v獨立型獨立型 在技術規(guī)范、功能和參數(shù)上均可滿足數(shù)控機在技術規(guī)范、功能和參數(shù)上均可滿足數(shù)控機床要求的獨立部件。床要求的獨立部件。通信接口通信接口v單微處理器數(shù)

22、控裝置單微處理器數(shù)控裝置:v 以一個以一個CPU（中央處理器）為核心，（中央處理器）為核心，CPU通過通過總線與存儲器和各種接口相連接，采取集中控制、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)控加工各個任務分時處理的工作方式，完成數(shù)控加工各個任務。v結構特點：結構特點：一個微處理器完成所有的功能一個微處理器完成所有的功能采用總線結構采用總線結構結構簡單，易于實現(xiàn)結構簡單，易于實現(xiàn)功能受限制功能受限制多微處理器計算機控制多微處理器計算機控制v多處理器計算機控制多處理器計算機控制在在CNC系統(tǒng)中有兩系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的個或兩個以上的CPU能控制系統(tǒng)總線或主存能控制系

23、統(tǒng)總線或主存儲器進行工作的系統(tǒng)結構儲器進行工作的系統(tǒng)結構特點：特點： 能實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度能實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實現(xiàn)較復雜的系統(tǒng)功能。容錯能力快，可以實現(xiàn)較復雜的系統(tǒng)功能。容錯能力強，在某模塊出了故障后，通過系統(tǒng)重組仍強，在某模塊出了故障后，通過系統(tǒng)重組仍可繼續(xù)工作。可繼續(xù)工作。v常見的有下面六種基本功能模塊，如果希望擴充功常見的有下面六種基本功能模塊，如果希望擴充功能，則可以再增加相應的模塊。能，則可以再增加相應的模塊。v1. CNC管理模塊管理模塊 它具有它具有管理和組織管理和組織整個整個CNC系統(tǒng)工作過程的職能。例如系統(tǒng)工作過程的職能。例如:系統(tǒng)初始

24、化、中系統(tǒng)初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理、系統(tǒng)軟斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理、系統(tǒng)軟/硬件診斷等。它能夠?qū)ぜ庸こ绦蜻M行譯碼、刀硬件診斷等。它能夠?qū)ぜ庸こ绦蜻M行譯碼、刀具補償、坐標位移量計算和進給速度處理等插補前具補償、坐標位移量計算和進給速度處理等插補前的的預處理預處理工作。工作。v2. CNC插補模塊插補模塊 按給定的插補類型和軌跡按給定的插補類型和軌跡坐標進行插補計算，并向各個坐標軸發(fā)出位置指令坐標進行插補計算，并向各個坐標軸發(fā)出位置指令值。值。v3. 位置控制模塊位置控制模塊 它將插補后的坐標位置指它將插補后的坐標位置指令值與位置檢測單元反饋回來的實際位置

25、值進行比令值與位置檢測單元反饋回來的實際位置值進行比較，并進行自動加減速、回基準點、伺服系統(tǒng)滯后較，并進行自動加減速、回基準點、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量的監(jiān)視和漂移補償，最后得到速度控制的模擬電壓，去驅(qū)動進給電動機。壓，去驅(qū)動進給電動機。v4. PLC模塊模塊 它能夠?qū)庸こ绦蛑械拈_關功能它能夠?qū)庸こ绦蛑械拈_關功能和來自機床的信號進行邏輯處理，以實現(xiàn)各功能與和來自機床的信號進行邏輯處理，以實現(xiàn)各功能與操作方式之間的連鎖。操作方式之間的連鎖。例如例如:機床電氣設備的啟動與機床電氣設備的啟動與停止、刀具交換、回轉(zhuǎn)臺分度、工件數(shù)量和運行時停止、刀具交換、回轉(zhuǎn)臺分度

26、、工件數(shù)量和運行時間的計算等。間的計算等。 v5. 數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示模塊數(shù)據(jù)輸入、輸出和顯示模塊 它包括它包括加工程序、參數(shù)、數(shù)據(jù)和各種操作命令的輸加工程序、參數(shù)、數(shù)據(jù)和各種操作命令的輸入入(如通過紙帶閱讀機、鍵盤或上級計算機等如通過紙帶閱讀機、鍵盤或上級計算機等)和輸出和輸出(如通過打印機、紙帶穿孔機等如通過打印機、紙帶穿孔機等)以及以及顯示顯示(如通過如通過CRT、液晶顯示器等、液晶顯示器等)所需要的所需要的各種接口電路。各種接口電路。v6. 存儲器模塊存儲器模塊 它是存放程序和數(shù)據(jù)的它是存放程序和數(shù)據(jù)的主存儲器，也可以是各功能模塊間傳送數(shù)據(jù)主存儲器，也可以是各功能模塊間傳送數(shù)據(jù)用的共

27、享存儲器。用的共享存儲器。 v多處理器多處理器CNC裝置的典型結構裝置的典型結構v1）共享總線結構共享總線結構 v在這種結構的在這種結構的CNC系統(tǒng)中，只有主模塊有權控制系系統(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，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。問題。會話式編程 模 塊（CPU）管理模塊（CPU）主存儲器模 塊操作面板顯示模塊插補模塊（CPU）PLC功能模 塊（CPU）位置控制模 塊（CPU）主軸控制模 塊總線仲裁機構總線仲裁機構v 在各主模塊爭用總線時，

28、判別出各模塊優(yōu)先在各主模塊爭用總線時，判別出各模塊優(yōu)先級的高低。級的高低。v串行總線仲裁方式串行總線仲裁方式鏈接位置鏈接位置v并行總線仲裁方式并行總線仲裁方式專用邏輯電路專用邏輯電路,優(yōu)先權優(yōu)先權 編碼方案編碼方案q 共享總線結構的優(yōu)點共享總線結構的優(yōu)點結構簡單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對較低、可靠性高結構簡單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對較低、可靠性高q 共享總線結構的缺點共享總線結構的缺點總線是系統(tǒng)的總線是系統(tǒng)的“瓶頸瓶頸”，一旦系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障，將，一旦系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障，將使整個系統(tǒng)受到影響；使整個系統(tǒng)受到影響；由于使用總線要經(jīng)仲裁，使信息傳輸率降低。由于使用總線要經(jīng)仲裁，使信息傳輸率降低。v2）

29、共享存儲器結構共享存儲器結構 v 在該結構中，采用多端口存貯器來實現(xiàn)在該結構中，采用多端口存貯器來實現(xiàn)各各CPU之間的互連和通信，每個端口都配有之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。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。由多端控制邏輯電路解決訪問沖突。v功能復雜，當功能復雜，當CNC系統(tǒng)要求系統(tǒng)要求CPU數(shù)量增多時，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?，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。降低系統(tǒng)的效率，其擴展功能較為困難。多處理機的結構特點多處理機的結構特點 v1. 性能價格

30、比高性能價格比高 v2. 采用模塊化結構，有良好的適應性和擴展性采用模塊化結構，有良好的適應性和擴展性 v3. 硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。 v4. 有很高的可靠性。有很高的可靠性。 v1.計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的軟硬件界面計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的軟硬件界面CNC系統(tǒng)軟件結構及控制系統(tǒng)軟件結構及控制v計算機數(shù)字控制裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程計算機數(shù)字控制裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程CNC系統(tǒng)的軟件結構及控制系統(tǒng)的軟件結構及控制 CNC裝置的軟件的特點：裝置的軟件的特點：CNC系統(tǒng)的多任務性系統(tǒng)的多任務性 CNC系統(tǒng)軟件的任務：管理和控制系統(tǒng)軟件的任務：管理和控制 并行處理：并行處理：計算機在同一時刻或同

31、一時計算機在同一時刻或同一時間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作或不相同的工作 v加工時，加工時，CNC為了解決同一時間間隔完成兩為了解決同一時間間隔完成兩個或兩個以上的工作，通常采用：個或兩個以上的工作，通常采用：v1. 資源分時共享資源分時共享v2. 資源重疊流水處理資源重疊流水處理v計算機數(shù)字控制裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程計算機數(shù)字控制裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程t=t1+ t2+ t3+ t4實時中斷處理實時中斷處理 vCNC系統(tǒng)的多任務性和實時性決定了系系統(tǒng)的多任務性和實時性決定了系 統(tǒng)中斷成統(tǒng)中斷成為整個系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。為整個系統(tǒng)必不可少的重

32、要組成部分。CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)的中斷管理主要靠硬件完成，而系統(tǒng)的中斷結構決定中斷管理主要靠硬件完成，而系統(tǒng)的中斷結構決定了系統(tǒng)軟件的結構。了系統(tǒng)軟件的結構。 v(1) 外部中斷。外部中斷。主要有紙帶光電閱讀機讀孔中斷、主要有紙帶光電閱讀機讀孔中斷、外部監(jiān)控中斷外部監(jiān)控中斷(如緊急停、量儀到位等如緊急停、量儀到位等)和鍵盤操作和鍵盤操作面板輸入中斷。前兩種中斷的實時性要求很高，通面板輸入中斷。前兩種中斷的實時性要求很高，通常把這兩種中斷放在較高的優(yōu)先級上，而鍵盤和操常把這兩種中斷放在較高的優(yōu)先級上，而鍵盤和操作面板輸入中斷則放在較低的中斷優(yōu)先級上。在有作面板輸入中斷則放在較低的中斷優(yōu)先級上。在有些

33、系統(tǒng)中，甚至用查詢的方式來處理它。些系統(tǒng)中，甚至用查詢的方式來處理它。 v(2) 內(nèi)部定時中斷。內(nèi)部定時中斷。 主要有插補周期定時中主要有插補周期定時中斷和位置采樣定時中斷。在有些系統(tǒng)中，這斷和位置采樣定時中斷。在有些系統(tǒng)中，這兩種定時中斷合二為一。但在處理時，總是兩種定時中斷合二為一。但在處理時，總是先處理位置控制，然后處理插補運算。先處理位置控制，然后處理插補運算。v(3) 硬件故障中斷。硬件故障中斷。 它是各種硬件故障檢測它是各種硬件故障檢測裝置發(fā)出的中斷，如存儲器出錯、定時器出裝置發(fā)出的中斷，如存儲器出錯、定時器出錯、錯、 插補運算超時等。插補運算超時等。v(4) 程序性中斷。程序性中

34、斷。 它是程序中出現(xiàn)的各種異它是程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報警中斷，如各種溢出、清零等。常情況的報警中斷，如各種溢出、清零等。 前后臺型軟件結構前后臺型軟件結構v 組成組成：前臺程序、后臺程序：前臺程序、后臺程序v 前臺程序是指實時中斷服務程序，實現(xiàn)插補、前臺程序是指實時中斷服務程序，實現(xiàn)插補、伺服、機床監(jiān)控等實時功能伺服、機床監(jiān)控等實時功能 v 后臺程序是一個循環(huán)運行程序，完成管理功能后臺程序是一個循環(huán)運行程序，完成管理功能和輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等非實時性任務，也叫背和輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等非實時性任務，也叫背景程序，管理軟件和插補準備在這里完成景程序，管理軟件和插補準備在這里完成 v 后臺

35、程序運行中，實時中斷程序不斷插入，與后臺程序運行中，實時中斷程序不斷插入，與后臺程序相配合，共同完成零件加工任務。后臺程序相配合，共同完成零件加工任務。 v 這種前后臺型的軟件結構一般適合這種前后臺型的軟件結構一般適合單處理器集單處理器集中式控制中式控制，對，對CPU的性能要求較高。的性能要求較高。 系統(tǒng)初始化等待緊停復位背景程序MCU總清方式選擇自動/單段手動鍵盤增量點動；連續(xù)點動；回參考點；設置零點；閱讀機復位；測試方式；CRT顯示操作命令；MDI段；執(zhí)行；數(shù)據(jù)輸入；CRT顯示等待循環(huán)起動段執(zhí)行程序；讀程序到緩存區(qū)；譯碼；處理傳送；等待段完成狀態(tài)檢查M02EORM30倒帶自動循環(huán)停處理10

36、.24ms中斷閱讀機中斷鍵盤中斷保護現(xiàn)場位置伺服面板掃描PAL程序插補面板輸出恢復現(xiàn)場存入字符存入字符恢復現(xiàn)場恢復現(xiàn)場保護現(xiàn)場保護現(xiàn)場返回返回返回中斷型軟件結構中斷型軟件結構v特點特點 ： 除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各種功能模塊根據(jù)實時性不同分別安排在不各種功能模塊根據(jù)實時性不同分別安排在不同級別的中斷服務程序中，整個軟件就是一同級別的中斷服務程序中，整個軟件就是一個大的多重中斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的管理功能主要個大的多重中斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的管理功能主要通過各級中斷服務程序間的通信實現(xiàn)。通過各級中斷服務程序間的通信實現(xiàn)。中斷級別中斷級別主要功能主要功能中斷源中斷源0

37、 0控制控制CRTCRT顯示顯示硬件硬件1 1譯碼、刀具中心軌跡計算，顯示器控制譯碼、刀具中心軌跡計算，顯示器控制軟件，軟件，16msms定時定時2 2鍵盤監(jiān)控，鍵盤監(jiān)控，I/OI/O信號處理，穿孔機控制信號處理，穿孔機控制軟件，軟件，16msms定時定時3 3操作面板和電傳機處理操作面板和電傳機處理硬件硬件4 4插補運算、終點判別和轉(zhuǎn)段處理插補運算、終點判別和轉(zhuǎn)段處理軟件，軟件，8msms定時定時5 5紙帶閱讀機讀紙帶處理紙帶閱讀機讀紙帶處理硬件硬件6 6伺服系統(tǒng)位置控制處理伺服系統(tǒng)位置控制處理4msms硬件時鐘硬件時鐘7 7系統(tǒng)測試系統(tǒng)測試硬件硬件v系統(tǒng)管理主要通過各級中斷服務程序之間的系

38、統(tǒng)管理主要通過各級中斷服務程序之間的通信來實現(xiàn)，通信方式主要有以下幾種：通信來實現(xiàn)，通信方式主要有以下幾種：設置軟件中斷設置軟件中斷中斷服務程序自身的鏈接中斷服務程序自身的鏈接設置標志設置標志v第一級中斷第一級中斷為插補做準備為插補做準備 第一級中斷工作內(nèi)容分第一級中斷工作內(nèi)容分13個口子，由低到高依次查詢個口子，由低到高依次查詢“口狀態(tài)字口狀態(tài)字”，若狀態(tài)為，若狀態(tài)為1，轉(zhuǎn)入相應口子處理。最后對，轉(zhuǎn)入相應口子處理。最后對0“號顯示處理。號顯示處理。1）口狀態(tài)字的置）口狀態(tài)字的置1和復和復0 置置1分兩種情況：分兩種情況： a. 其他中斷根據(jù)需要置第一級中斷請求，置相應的口其他中斷根據(jù)需要置第

39、一級中斷請求，置相應的口狀態(tài)字狀態(tài)字 b. 在執(zhí)行第一級中斷的某一口子處理時，置口狀態(tài)字在執(zhí)行第一級中斷的某一口子處理時，置口狀態(tài)字的另一位。的另一位。某一號口處理結束，程序?qū)⒖跔顟B(tài)字中對應位復某一號口處理結束，程序?qū)⒖跔顟B(tài)字中對應位復0。2） 0號口顯示處理號口顯示處理 四位字段四位字段數(shù)控地址數(shù)控地址八位數(shù)據(jù)八位數(shù)據(jù)發(fā)光二極管狀態(tài)燈發(fā)光二極管狀態(tài)燈坐標位置坐標位置3） 3號號,4號口特殊處理號口特殊處理 將零件程序從將零件程序從MP、SP、PC中讀入緩沖存儲器。計算刀中讀入緩沖存儲器。計算刀具中心軌跡具中心軌跡v1. 輸入輸入 輸入輸入CNC控制器的信息通常有：控制器的信息通常有：（1）

40、零件加工程序零件加工程序（2） 與機械有關的參數(shù)與機械有關的參數(shù)（3） 刀具參數(shù)刀具參數(shù)（4）與伺服系統(tǒng)有關的參數(shù)）與伺服系統(tǒng)有關的參數(shù)（5）與外設有關的參數(shù)）與外設有關的參數(shù) 輸入程序的任務：輸入程序的任務：（1）從鍵盤或光電閱讀機將零件加工程序輸入到）從鍵盤或光電閱讀機將零件加工程序輸入到零件程序存儲器中零件程序存儲器中（2）將零件程序存儲器中的零件加工程序送入緩）將零件程序存儲器中的零件加工程序送入緩沖器中轉(zhuǎn)入譯碼。沖器中轉(zhuǎn)入譯碼。 CNC系統(tǒng)的控制軟件工作過程系統(tǒng)的控制軟件工作過程v輸入零件程序至存儲器的過程：輸入零件程序至存儲器的過程：用用MDI鍵盤輸入零件程序，此時，控制程序循環(huán)等

41、待，字鍵盤輸入零件程序，此時，控制程序循環(huán)等待，字符以中斷方式進入符以中斷方式進入MDI緩沖器。當檢測到規(guī)定的結束符時，緩沖器。當檢測到規(guī)定的結束符時，設置設置MDI緩沖器起址至相應單元，并完成以下處理：緩沖器起址至相應單元，并完成以下處理：v判別是否取出的字符為結束符；判別是否取出的字符為結束符；v從從MDI緩沖器讀入一段字符，統(tǒng)計字符個數(shù)，越界檢緩沖器讀入一段字符，統(tǒng)計字符個數(shù)，越界檢查；查；v第二次從第二次從MDI緩沖器中讀取本段字符，并且存所有的緩沖器中讀取本段字符，并且存所有的字符至零件程序存儲器中；字符至零件程序存儲器中；v將零件程序存儲器指針指向下一數(shù)據(jù)段區(qū)域。將零件程序存儲器指

42、針指向下一數(shù)據(jù)段區(qū)域。v為了把字符送入緩沖器，為了把字符送入緩沖器，CNC系統(tǒng)設置了專系統(tǒng)設置了專門的閱讀機輸入和鍵盤輸入中斷服務程序。門的閱讀機輸入和鍵盤輸入中斷服務程序。閱讀機中斷程序執(zhí)行一次讀入一個字符，在通過閱讀機中斷程序執(zhí)行一次讀入一個字符，在通過一系列檢查合格后存入緩沖器。一系列檢查合格后存入緩沖器。v奇偶校驗，操作數(shù)是否超限，字地址的順序，程序格奇偶校驗，操作數(shù)是否超限，字地址的順序，程序格式是否正確，信息是否完整。式是否正確，信息是否完整。v鍵盤中斷服務程序，每按下一鍵發(fā)出一次中鍵盤中斷服務程序，每按下一鍵發(fā)出一次中斷請求。斷請求。v2. 譯碼譯碼 譯碼是以零件程序的一個程序譯

43、碼是以零件程序的一個程序段為單位進行處理，把其中零件的輪廓信段為單位進行處理，把其中零件的輪廓信息（起點、終點、直線或圓弧等），息（起點、終點、直線或圓弧等），F(xiàn)、S、T、M等信息按一定的語法規(guī)則解釋等信息按一定的語法規(guī)則解釋（編譯）成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，（編譯）成計算機能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專指定的內(nèi)存專用區(qū)域用區(qū)域。編譯過程中還要進行語法檢查，。編譯過程中還要進行語法檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警。發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警。v譯碼程序按次序?qū)⒁粋€個字符和相應的數(shù)字進行比譯碼程序按次序?qū)⒁粋€個字符和相應的數(shù)字進行比較，若相等了，則說明已輸入了該字

44、符。較，若相等了，則說明已輸入了該字符。v以以ISO碼為例，碼為例，M為為(01,001,101)2，即，即M為八進制的為八進制的(115)8，S為為(123)8，T為為(124)8，F(xiàn)為為(106)8，因此，在判定數(shù)據(jù)段中是否已編入因此，在判定數(shù)據(jù)段中是否已編入M，S，T或或F字字時，就可以將輸入的字符和這些八進制數(shù)相比較，時，就可以將輸入的字符和這些八進制數(shù)相比較，若相等了，則說明相應的字符已輸入，立即設立相若相等了，則說明相應的字符已輸入，立即設立相應的標志。應的標志。 v某一個字符輸入以后的處理過程包括：某一個字符輸入以后的處理過程包括： 建立格式標志建立格式標志。如果是位格式，確定每個字符所占。如果是位格式，確定每個字符所占的格式字的位數(shù)。的格式字的位數(shù)。 根據(jù)輸入字符的不同，確定相應的存放數(shù)值的地址。根據(jù)輸入字符的不同，確定相應的存放數(shù)值的地址。 vM碼的值存放在碼的值存放在1000H，S碼的值存放在碼的值存放在1002H，；有的系統(tǒng)則對于各專用地址碼有的系統(tǒng)則對于各專用地址碼(如如N，X，Y，G，M，F(xiàn)等等)在存放區(qū)域中都有一個位移量，該區(qū)域的首址加上地址在存放區(qū)域中都有一個位移量，該區(qū)域的首址加上地址碼所對應的位移量，就可得到該地址碼所存放的區(qū)域。碼所對應的位移量，就可得到該地址碼所存放的區(qū)域。 確定調(diào)用確定調(diào)