第4章：計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置

1、第三章第三章計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第一節(jié)第一節(jié)概述概述一、一、CNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成數(shù)控機(jī)床在數(shù)控機(jī)床在數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的控制下，自動(dòng)地的控制下，自動(dòng)地按給定的程序進(jìn)行零件的加工。按給定的程序進(jìn)行零件的加工。數(shù)控系統(tǒng)由：數(shù)控系統(tǒng)由：程序、輸入輸出設(shè)備程序、輸入輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置可編程控制器可編程控制器主軸驅(qū)動(dòng)裝置主軸驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成CNC系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)組成框圖程序程序輸輸入入設(shè)設(shè)備備CNC裝裝置置PLC主軸控主軸控制單元制單元主軸電機(jī)主軸電機(jī)機(jī)機(jī)床床位置檢測(cè)器位置檢測(cè)器進(jìn)給電機(jī)進(jìn)給電機(jī)速度控制單元速度控制單元I/O信號(hào)信號(hào)CNC

2、系統(tǒng)的核心系統(tǒng)的核心二、二、CNC裝置的組成裝置的組成從外部特征來(lái)看，從外部特征來(lái)看，CNC系統(tǒng)是由系統(tǒng)是由硬件硬件（通用硬件和專用硬件）和（通用硬件和專用硬件）和軟軟件件（專用）兩大部分組成的。（專用）兩大部分組成的。1、CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)n由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成設(shè)備層三部分組成計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)基基本本系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備層設(shè)備層設(shè)備支持層設(shè)備支持層接接 口口人機(jī)控制人機(jī)控制運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制PMC其他其他I/O其他設(shè)備其他設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示設(shè)備顯示設(shè)備輸入輸入/出設(shè)備出設(shè)備機(jī)機(jī)床床機(jī)器人機(jī)器人測(cè)量機(jī)測(cè)量機(jī).計(jì)算機(jī)基本

3、系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)：CPU通信接口通信接口主軸控制主軸控制輸入輸入/輸出接口輸出接口RAMEPROM或或E2PROM紙帶閱讀機(jī)接口紙帶閱讀機(jī)接口位置控制位置控制CRT或液晶顯示接口或液晶顯示接口PLC接口接口MDI接口接口2、CNC裝置的軟件框圖裝置的軟件框圖CNC裝置系統(tǒng)軟件裝置系統(tǒng)軟件管理軟件管理軟件零件零件程序程序的輸?shù)妮斎胼斎胼敵龀坛龀绦蛐蝻@顯示示故故障障診診斷斷譯譯碼碼刀刀具具補(bǔ)補(bǔ)償償計(jì)計(jì)算算插插補(bǔ)補(bǔ)計(jì)計(jì)算算速速度度控控制制位位置置控控制制控制軟件控制軟件3、CNC硬件軟件的作用和相互關(guān)系硬件軟件的作用和相互關(guān)系 硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂 CNC裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬裝置的系統(tǒng)軟件在

4、系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整件的支持下，合理地組織、管理整個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控個(gè)系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作者的要求，有條不紊地進(jìn)行加工。求，有條不紊地進(jìn)行加工。CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺(tái)硬件硬件操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件控制軟件控制軟件數(shù)控加工程序數(shù)控加工程序接接口口被控設(shè)備被控設(shè)備機(jī)機(jī)床床機(jī)器人機(jī)器人測(cè)量機(jī)測(cè)量機(jī).該平臺(tái)有以下兩方面的含義：該平臺(tái)有以下兩方面的含義：n提供提供CNC系統(tǒng)基本配置的必系統(tǒng)基本配置的必備功能；備功能；n在平臺(tái)上可以根據(jù)用戶的要在平臺(tái)上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能設(shè)

5、計(jì)和開發(fā)。求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開發(fā)。三、三、CNC裝置的功能裝置的功能CNC裝置的功能是指滿足用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戶操作和機(jī)床控制要求的方法和手段。手段。CNC裝置的功能通常包括：裝置的功能通常包括：n基本功能基本功能數(shù)控系統(tǒng)基本配置數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能；的功能，即必備功能；n選擇功能選擇功能用戶可根據(jù)實(shí)際要用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能求選擇的功能CNC裝置的主要功能有：裝置的主要功能有：1、控制功能、控制功能指裝置能夠控制的以及指裝置能夠控制的以及能夠同時(shí)控制聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)能夠同時(shí)控制聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)?？刂戚S有移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸、控制軸有移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸、基本軸和附加

6、軸。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多，基本軸和附加軸。聯(lián)動(dòng)軸數(shù)越多，CNC裝置的功能越強(qiáng)，加工的裝置的功能越強(qiáng)，加工的零件越復(fù)雜。零件越復(fù)雜。2、準(zhǔn)備功能（）、準(zhǔn)備功能（）用來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。用來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。 3、插補(bǔ)功能、插補(bǔ)功能主要用于對(duì)零件輪廓加主要用于對(duì)零件輪廓加工的控制；一般有直線插補(bǔ)工的控制；一般有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ),還可以有還可以有2次曲線次曲線和樣條曲線的插補(bǔ)等和樣條曲線的插補(bǔ)等.4、固定循環(huán)加工功能、固定循環(huán)加工功能 是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)典型加工循環(huán)是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能削和切螺紋等）的功

7、能-可以簡(jiǎn)化可以簡(jiǎn)化編程編程. .5、進(jìn)給功能、進(jìn)給功能（1）切削進(jìn)給速度）切削進(jìn)給速度 控制刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為控制刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/min。（2）同步進(jìn)給速度）同步進(jìn)給速度 實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn)給速度的同步，單位為實(shí)現(xiàn)切削速度和進(jìn)給速度的同步，單位為mm/r。（3）快速進(jìn)給速度）快速進(jìn)給速度:G00-可以通過(guò)面板來(lái)改變可以通過(guò)面板來(lái)改變.（4）進(jìn)給倍率）進(jìn)給倍率-可以通過(guò)面板來(lái)改變可以通過(guò)面板來(lái)改變 人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度6、主軸功能、主軸功能（1）指定主軸轉(zhuǎn)速）指定主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為r

8、/min。S*;（2）設(shè)置恒定線速度）設(shè)置恒定線速度刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。為了提高加工工件的表面質(zhì)量為了提高加工工件的表面質(zhì)量.（3）主軸準(zhǔn)停）主軸準(zhǔn)停主軸周向定位于特定位置控制的功能。主軸周向定位于特定位置控制的功能。-換刀換刀7、輔助功能、輔助功能(M)主要用于指定主軸的正、反轉(zhuǎn)、主要用于指定主軸的正、反轉(zhuǎn)、停止、冷卻液的打開或關(guān)閉，換刀等停止、冷卻液的打開或關(guān)閉，換刀等動(dòng)作。動(dòng)作。8、刀具功能、刀具功能T用來(lái)選擇刀具并且指定有效刀具用來(lái)選擇刀具并且指定有效刀具的幾何參數(shù)的地址。的幾何參數(shù)的地址。9、補(bǔ)償功能、補(bǔ)償功能n刀具長(zhǎng)度及半徑補(bǔ)

9、償；刀具長(zhǎng)度及半徑補(bǔ)償；n絲桿的螺距誤差和反向間隙誤差絲桿的螺距誤差和反向間隙誤差的補(bǔ)償；的補(bǔ)償；n可以在加工前輸入到機(jī)床的存儲(chǔ)可以在加工前輸入到機(jī)床的存儲(chǔ)單元里單元里,10、字符圖形顯示功能、字符圖形顯示功能用于顯示程序、零件圖形、人用于顯示程序、零件圖形、人機(jī)對(duì)話編程菜單和故障信息等。機(jī)對(duì)話編程菜單和故障信息等。11、通信功能、通信功能CNC與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能RS232C接口，可傳送零件加工程序，接口，可傳送零件加工程序，網(wǎng)卡：適應(yīng)網(wǎng)卡：適應(yīng)FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集等制造系統(tǒng)集成的要求。成的要求。12、自診斷功能、自診斷功能CNC自動(dòng)實(shí)

10、現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位的功能。故障定位的功能。q開機(jī)自診斷；開機(jī)自診斷；q在線自診斷；在線自診斷；q離線自診斷；離線自診斷；q遠(yuǎn)程通訊診斷。遠(yuǎn)程通訊診斷。13、人機(jī)對(duì)話編程功能、人機(jī)對(duì)話編程功能菜單結(jié)構(gòu)操作界面；菜單結(jié)構(gòu)操作界面；零件加工程序的編輯環(huán)境；零件加工程序的編輯環(huán)境；系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯系統(tǒng)和機(jī)床參數(shù)、狀態(tài)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。示、查詢或修改畫面等。第二節(jié)第二節(jié)CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)裝置的硬件結(jié)構(gòu)按其中含有按其中含有CPU的多少來(lái)分的多少來(lái)分:單微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器：?jiǎn)挝⑻幚砥鳎赫麄€(gè)整個(gè)CNC裝置只

11、有一個(gè)裝置只有一個(gè)CPU，它集，它集中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)資源，通過(guò)分時(shí)中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)資源，通過(guò)分時(shí)處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種處理的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各種NC功能。功能。系統(tǒng)中只有一個(gè)系統(tǒng)中只有一個(gè)CPU(稱為主稱為主CPU)對(duì)對(duì)系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)其它帶系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)其它帶CPU的的功能部件，只能接受主功能部件，只能接受主CPU的控制命令或的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)出請(qǐng)求信息以獲得所發(fā)出請(qǐng)求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。即它是處于以從屬地位的，故需的數(shù)據(jù)。即它是處于以從屬地位的，故稱之為主從結(jié)構(gòu)。稱之為主從結(jié)構(gòu)。多微處理器結(jié)構(gòu)：多微處理器結(jié)構(gòu)：CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以裝置中有

12、兩個(gè)或兩個(gè)以上的上的CPU，即系統(tǒng)中的某些功能，即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有模塊自身也帶有CPU。n經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置一般采用單微處理器機(jī)構(gòu)一般采用單微處理器機(jī)構(gòu)n高級(jí)型高級(jí)型CNC裝置裝置常采用多微處理器結(jié)構(gòu)常采用多微處理器結(jié)構(gòu)一、單微處理器結(jié)構(gòu)的一、單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置裝置I/O設(shè)備設(shè)備計(jì)算機(jī)主板計(jì)算機(jī)主板顯顯示示卡卡功能模板功能模板m功能模板功能模板1電電子子盤盤多功能卡多功能卡位置控制板位置控制板n位置控制板位置控制板1PLC模塊模塊主軸控制模板主軸控制模板機(jī)床機(jī)床I/O控制面板控制面板速度控制單元速度控制單元1速度控制單元速度控制單元n功能驅(qū)動(dòng)功能驅(qū)動(dòng)1功能驅(qū)動(dòng)功

13、能驅(qū)動(dòng)m系系統(tǒng)統(tǒng)總總線（線（BUS）標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)PC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)CNC裝置裝置CNC系統(tǒng)系統(tǒng)CNCCNC裝置是按模塊化設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造的裝置是按模塊化設(shè)計(jì)的方法構(gòu)造的模塊化設(shè)計(jì)方法：模塊化設(shè)計(jì)方法： 將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干種具有將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干種具有獨(dú)立功能的單元模塊獨(dú)立功能的單元模塊, ,并配上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟并配上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)按功能的要求選擇不同的件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)按功能的要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，功能模塊，并將其插入控制單元母板上，即可組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)的方法。其即可組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)的方法。其中單元母板一般為總線結(jié)構(gòu)的無(wú)源母板，中單元母板一

14、般為總線結(jié)構(gòu)的無(wú)源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號(hào)通路。它提供模塊間互聯(lián)的信號(hào)通路。n實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件是是總線總線(BUS)標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化。n采用模塊化結(jié)構(gòu)時(shí)，采用模塊化結(jié)構(gòu)時(shí)，CNC系統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作則可歸結(jié)為計(jì)工作則可歸結(jié)為功能模塊的合功能模塊的合理選用。理選用。1 1、計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線、計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線( (母板母板) )計(jì)算機(jī)主板是計(jì)算機(jī)主板是CNC裝置的核心。裝置的核心。包括：包括：nCPU及其外圍芯片；及其外圍芯片；n內(nèi)存單元、內(nèi)存單元、cache及其外圍芯片；及其外圍芯片；n通訊接口通訊接口(串口，并口，鍵盤接口串口，并口，鍵盤接口)。n

15、軟、硬驅(qū)動(dòng)器接口軟、硬驅(qū)動(dòng)器接口計(jì)算機(jī)主板的主要作用計(jì)算機(jī)主板的主要作用：對(duì)輸入到對(duì)輸入到CNC裝置中的種種數(shù)據(jù)、信裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息息(零件加工程序，各種零件加工程序，各種I/O信息等信息等)進(jìn)行相進(jìn)行相應(yīng)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。并根據(jù)其處理結(jié)果，應(yīng)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算。并根據(jù)其處理結(jié)果，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，向各功能模塊發(fā)出控制命令，傳送數(shù)據(jù)，使用戶的指令得以執(zhí)行。使用戶的指令得以執(zhí)行。系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線(母板母板)： 由一組傳送數(shù)字信息的物理導(dǎo)線由一組傳送數(shù)字信息的物理導(dǎo)線組成，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)組成，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)或信息交換的通道?；蛐畔⒔粨Q的通道。 )( )

16、( )( CBDBAB控控制制總總線線數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)總總線線地地址址總總線線工業(yè)用工業(yè)用PC機(jī)的總線母板是獨(dú)立機(jī)的總線母板是獨(dú)立的無(wú)源四層板（走線面、元件面、的無(wú)源四層板（走線面、元件面、電源層和地線層），它的可靠性高電源層和地線層），它的可靠性高于兩層板。其規(guī)格有于兩層板。其規(guī)格有6槽、槽、8槽、槽、12槽、槽、14槽等。槽等。2 2、顯示模塊、顯示模塊( (顯示卡顯示卡) )顯示卡的主要作用是接收來(lái)自顯示卡的主要作用是接收來(lái)自CPU的的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃的掃描信號(hào)調(diào)制后，產(chǎn)生描信號(hào)調(diào)制后，產(chǎn)生CRT顯示器所需要的顯示器所需要的視頻信號(hào)，在視頻信號(hào)，

17、在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。上產(chǎn)生所需要的畫面。在在CNC裝置中，裝置中，CRT顯示是一個(gè)顯示是一個(gè)非常重要的功能，它是人機(jī)交流的重非常重要的功能，它是人機(jī)交流的重要媒介，它給用戶提供了一個(gè)直觀的要媒介，它給用戶提供了一個(gè)直觀的操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉適操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉適應(yīng)其操作過(guò)程。應(yīng)其操作過(guò)程。顯示卡是一個(gè)通用性很強(qiáng)的模塊。顯示卡是一個(gè)通用性很強(qiáng)的模塊。它不僅隨時(shí)可以在市場(chǎng)上買到，而且它它不僅隨時(shí)可以在市場(chǎng)上買到，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無(wú)需用還有非常豐富的支持軟件，因此無(wú)需用戶自己開發(fā)。戶自己開發(fā)。3、輸入、輸入/出模塊出模塊(多功能卡多功能卡)它是它是CN

18、C裝置與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交裝置與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板，即換的接口板，即CNC裝置通過(guò)該接口可以從裝置通過(guò)該接口可以從輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，也可以將輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，也可以將CNC裝置中的裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)模塊，機(jī)模塊，一般不需要用戶自己開發(fā)。如果計(jì)一般不需要用戶自己開發(fā)。如果計(jì)算機(jī)主板選用的是算機(jī)主板選用的是ALL-IN-ONE主主板，則此板可省略。板，則此板可省略。1）I/O信號(hào)的分類及接口電路的任務(wù)信號(hào)的分類及接口電路的任務(wù) 行行器器件件。：用用于于直直接接控控制制功功率率執(zhí)執(zhí)交交流流信信號(hào)號(hào)的的設(shè)設(shè)備備。其其它它接接

19、收收、發(fā)發(fā)送送模模擬擬量量和和主主軸軸的的伺伺服服控控制制或或：主主要要用用于于進(jìn)進(jìn)給給坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸模模擬擬量量數(shù)數(shù)字字量量OIOIOI/2）接口電路的主要任務(wù)）接口電路的主要任務(wù)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大；進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大；防止噪音引起誤動(dòng)作。防止噪音引起誤動(dòng)作。-抗干擾抗干擾光電耦合器或繼電器將光電耦合器或繼電器將CNC與機(jī)床信號(hào)在與機(jī)床信號(hào)在電器上加以隔離。電器上加以隔離。 數(shù) 字 量 與 其 它 量 之 間 的 轉(zhuǎn) 換數(shù) 字 量 與 其 它 量 之 間 的 轉(zhuǎn) 換 - - -A/D,D/A以上三部分，再配上鍵盤、電以上三部分，再配上鍵盤、電源、機(jī)箱，實(shí)際上是一部通用的微源、機(jī)箱，實(shí)際

20、上是一部通用的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是CNC裝置的裝置的核心，從某種意義上講，核心，從某種意義上講，CNC裝裝置的檔次和性能是由它決定的。因置的檔次和性能是由它決定的。因此，此，CNC裝置中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的合裝置中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的合理選用是至關(guān)重要的。理選用是至關(guān)重要的。4 4、存儲(chǔ)模塊、存儲(chǔ)模塊在在CNC裝置中它用來(lái)存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)：裝置中它用來(lái)存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)： 系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)；系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)； 系統(tǒng)的配置參數(shù)系統(tǒng)的配置參數(shù)( (系統(tǒng)所能控制的進(jìn)給軸數(shù)，系統(tǒng)所能控制的進(jìn)給軸數(shù)， 軸的定義，系統(tǒng)增益等軸的定義，系統(tǒng)增益等) ) 用戶的零件加工程序用戶的零件加工程序計(jì)

21、算機(jī)領(lǐng)域所用存儲(chǔ)器件有三類：計(jì)算機(jī)領(lǐng)域所用存儲(chǔ)器件有三類：n磁存儲(chǔ)器件，如：軟磁存儲(chǔ)器件，如：軟/硬磁盤（讀硬磁盤（讀/寫）。寫）。n光存儲(chǔ)器件，如：光盤（只讀）。光存儲(chǔ)器件，如：光盤（只讀）。n電子（半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器件，如電子（半導(dǎo)體）存儲(chǔ)器件，如RAM、ROM、FLASH等。等。前兩類一般用作外存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是容量大，前兩類一般用作外存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是容量大，價(jià)格低價(jià)格低在在CNC裝置中，常采用電子存裝置中，常采用電子存儲(chǔ)器件作為外存儲(chǔ)器，主要是考慮到儲(chǔ)器件作為外存儲(chǔ)器，主要是考慮到CNC裝置的工作環(huán)境有可能受到電裝置的工作環(huán)境有可能受到電磁干擾，磁性器件的可靠性低，而電磁干擾，磁性器件的可靠

22、性低，而電子存儲(chǔ)器件的抗電磁干擾能力相對(duì)來(lái)子存儲(chǔ)器件的抗電磁干擾能力相對(duì)來(lái)講要強(qiáng)一些。講要強(qiáng)一些。電子存儲(chǔ)器件按其讀寫性能來(lái)分：電子存儲(chǔ)器件按其讀寫性能來(lái)分：n只讀存儲(chǔ)元件只讀存儲(chǔ)元件（ROM、PROM、EPROM）n易失性隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)元件易失性隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)元件（RAM）。）。n非易失性讀寫存儲(chǔ)元件非易失性讀寫存儲(chǔ)元件。這類器件有。這類器件有E2PROM；FLASH；帶后備電池的；帶后備電池的RAM。5 5、PLC(Programmable Logic Controller) PLC(Programmable Logic Controller) 模塊模塊nPLC模塊：模塊：CNC裝置實(shí)現(xiàn)順序控

23、制的裝置實(shí)現(xiàn)順序控制的模塊。模塊。nPLC模塊的作用：模塊的作用：接收來(lái)自操作面板、接收來(lái)自操作面板、機(jī)床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、機(jī)床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫(kù)強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫(kù)控制的有關(guān)信號(hào)，經(jīng)處理后輸出去控制控制的有關(guān)信號(hào)，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行。相應(yīng)器件的運(yùn)行。CNC裝置與被控設(shè)備交換的信息有三類：裝置與被控設(shè)備交換的信息有三類：n開關(guān)信號(hào)開關(guān)信號(hào)n模擬信號(hào)模擬信號(hào)n脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)上述信號(hào)由于其類型、電平、上述信號(hào)由于其類型、電平、功率以及抗干擾的原因，一般不能功率以及抗干擾的原因，一般不能直接與直接與CNC裝置相聯(lián)

24、，需要一個(gè)接裝置相聯(lián)，需要一個(gè)接口對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行變換處理?？趯?duì)這些信號(hào)進(jìn)行變換處理。PMC模塊實(shí)現(xiàn)方式有以幾種：模塊實(shí)現(xiàn)方式有以幾種：n簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單I/O接口板接口板系系統(tǒng)統(tǒng)總總線線數(shù)數(shù)字字接接口口光電隔離器件光電隔離器件A/DD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換調(diào)理電路調(diào)理電路功率放大功率放大傳傳感感元元件件功功率率放放大大光電隔離器件光電隔離器件計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖濾波、倍頻濾波、倍頻整形整形開關(guān)量轉(zhuǎn)換開關(guān)量轉(zhuǎn)換脈沖量轉(zhuǎn)換脈沖量轉(zhuǎn)換模擬量轉(zhuǎn)換模擬量轉(zhuǎn)換PLC（ProgrammableLogicController）控制：）控制：它是目前它是目前CNC系統(tǒng)用得最廣泛的方式。系統(tǒng)用得最廣泛的方式。電電 源源 模

25、模 塊塊通信功能通信功能人人 機(jī)機(jī) 接接 口口編程調(diào)試和試驗(yàn)功能編程調(diào)試和試驗(yàn)功能至傳感器和執(zhí)行器的接口功能至傳感器和執(zhí)行器的接口功能應(yīng)用程序的執(zhí)行應(yīng)用程序的執(zhí)行操作系統(tǒng)功能操作系統(tǒng)功能應(yīng)用程序存儲(chǔ)應(yīng)用程序存儲(chǔ)數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 存存 儲(chǔ)儲(chǔ)信號(hào)處理功能信號(hào)處理功能操作者操作者應(yīng)用程序應(yīng)用程序設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)人員機(jī)器機(jī)器/ /過(guò)程過(guò)程PLCPLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)外部供電外部供電外部設(shè)備外部設(shè)備CNC機(jī)床用的機(jī)床用的PLC一般分為兩類：一般分為兩類：內(nèi)裝型內(nèi)裝型（Built-inType）PLC（或集成式、內(nèi)含式）。（或集成式、內(nèi)含式）。獨(dú)立型獨(dú)立型（Stand-aloneType）PLC（或通用

26、型）（或通用型） 6、位置控制模塊位置控制模塊位置控制模塊是進(jìn)給伺服系統(tǒng)位置控制模塊是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)軌跡控制的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)軌跡控制時(shí)，時(shí)，CNC裝置與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連裝置與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接的接口模塊。接的接口模塊。常用的位置控制模塊有：常用的位置控制模塊有：n開環(huán)位置控制模塊：開環(huán)位置控制模塊：CNC裝置裝置與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的接口；與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的接口；n閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊：塊：CNC裝置與直流、交流伺裝置與直流、交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置的接口。服驅(qū)動(dòng)裝置的接口。7、 功能接口模塊功能接口模塊n實(shí)現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板，實(shí)現(xiàn)用戶特

27、定功能要求的接口板，n實(shí)例：實(shí)例：n仿形控制器接口；仿形控制器接口；n激光加工焦點(diǎn)自動(dòng)跟蹤器接口；激光加工焦點(diǎn)自動(dòng)跟蹤器接口；n刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號(hào)采集器接口板。刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號(hào)采集器接口板。8、單微處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、單微處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）集中控制分時(shí)處理；）集中控制分時(shí)處理；（2）CPU通過(guò)總線與存儲(chǔ)器、通過(guò)總線與存儲(chǔ)器、I/O相連，相連，構(gòu)成構(gòu)成CNC裝置；裝置；（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。二、二、多微處理器結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置裝置多主多主CPU結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)或兩結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的個(gè)以上的CPU部件，部件之間采用部件，部件之間采用緊耦合，有集中

28、的操作系統(tǒng)，通過(guò)緊耦合，有集中的操作系統(tǒng)，通過(guò)總線仲裁器總線仲裁器(由硬件和軟件組成由硬件和軟件組成)來(lái)解來(lái)解決總線爭(zhēng)用問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器決總線爭(zhēng)用問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行信息交換。來(lái)進(jìn)行信息交換。特點(diǎn)：特點(diǎn)：q能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)理速度快，可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。功能。q容錯(cuò)能力強(qiáng)，在某模塊出了故障后，容錯(cuò)能力強(qiáng)，在某模塊出了故障后，通過(guò)系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作通過(guò)系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作1、多處理機(jī)、多處理機(jī)CNC裝置的基本功能模塊裝置的基本功能模塊CNC管理模塊管理模塊CNC插補(bǔ)模塊插補(bǔ)模塊位置控制模塊位置控制模塊P

29、LC模塊模塊操作與控制數(shù)據(jù)輸入操作與控制數(shù)據(jù)輸入/輸出和顯示模塊輸出和顯示模塊存儲(chǔ)器模塊存儲(chǔ)器模塊（1）CNC管理模塊管理模塊系統(tǒng)初始化、中斷管理、總線系統(tǒng)初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯(cuò)識(shí)別和處理、系統(tǒng)裁決、系統(tǒng)出錯(cuò)識(shí)別和處理、系統(tǒng)軟、硬件診斷等。軟、硬件診斷等。（2）CNC插補(bǔ)模塊插補(bǔ)模塊譯碼、刀具半徑補(bǔ)償、坐譯碼、刀具半徑補(bǔ)償、坐標(biāo)位移量計(jì)算和進(jìn)給速度處理標(biāo)位移量計(jì)算和進(jìn)給速度處理等預(yù)處理，插補(bǔ)運(yùn)算。等預(yù)處理，插補(bǔ)運(yùn)算。（3）位置控制模塊）位置控制模塊自動(dòng)加減速，回基準(zhǔn)點(diǎn)，伺自動(dòng)加減速，回基準(zhǔn)點(diǎn)，伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補(bǔ)償服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補(bǔ)償?shù)?。等。?）PLC模塊模塊（

30、5）MDI/CRT、I/O模塊模塊；（6）存儲(chǔ)器模塊。）存儲(chǔ)器模塊。2、多微處理器結(jié)構(gòu)、多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)裝置的典型結(jié)構(gòu)v共享總線型共享總線型v共享存儲(chǔ)器型共享存儲(chǔ)器型（1）總線共享型結(jié)構(gòu)）總線共享型結(jié)構(gòu)多微處理器共享總線結(jié)構(gòu)框圖多微處理器共享總線結(jié)構(gòu)框圖FANUC15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)FANUC BUS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)單元主軸單元結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征：功能模塊分為帶有功能模塊分為帶有CPU或或DMA的主模

31、的主模塊和從模塊塊和從模塊(RAM/ROM，I/O模塊模塊)以系統(tǒng)總線為中心，所有的主、從模塊以系統(tǒng)總線為中心，所有的主、從模塊都插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線上都插在嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線上采用總線仲裁機(jī)構(gòu)采用總線仲裁機(jī)構(gòu)(電路電路)來(lái)裁定多個(gè)模來(lái)裁定多個(gè)模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題 支持多微處理器系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)都支持多微處理器系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)都設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)有總線仲裁總線仲裁機(jī)構(gòu)，常用的方式有：機(jī)構(gòu)，常用的方式有： 式式、并并行行總總線線仲仲裁裁連連接接方方式式、串串行行總總線線仲仲裁裁連連接接方方21串行總線仲裁連接方法串行總線仲裁連接方法串行總線仲裁方式中，

32、優(yōu)先權(quán)的排列是按連接串行總線仲裁方式中，優(yōu)先權(quán)的排列是按連接位置決定的。位置決定的。某個(gè)主模塊只有在前面優(yōu)先權(quán)更高的主模塊不某個(gè)主模塊只有在前面優(yōu)先權(quán)更高的主模塊不占用總線時(shí)，才可使用總線。同時(shí)通知它后面優(yōu)先占用總線時(shí)，才可使用總線。同時(shí)通知它后面優(yōu)先權(quán)較低的主模塊不得使用總線。權(quán)較低的主模塊不得使用總線。并行總線仲裁框圖并行總線仲裁框圖并行總線仲裁方式中，通常采用優(yōu)先權(quán)編碼方并行總線仲裁方式中，通常采用優(yōu)先權(quán)編碼方案。案。這種結(jié)構(gòu)的模塊之間的通信，主要依靠存儲(chǔ)器這種結(jié)構(gòu)的模塊之間的通信，主要依靠存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。來(lái)實(shí)現(xiàn)。大部分系統(tǒng)采用公共存儲(chǔ)器方式大部分系統(tǒng)采用公共存儲(chǔ)器方式。共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

33、共享總線結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)組配靈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對(duì)較低、可靠性活、成本相對(duì)較低、可靠性高高共享總線結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)共享總線結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)n總線是系統(tǒng)的總線是系統(tǒng)的“瓶頸瓶頸”，一旦系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)總線出現(xiàn)故障，將使整個(gè)系統(tǒng)受到總線出現(xiàn)故障，將使整個(gè)系統(tǒng)受到影響；影響；n由于使用總線要經(jīng)仲裁，使信息傳由于使用總線要經(jīng)仲裁，使信息傳輸率降低輸率降低第三節(jié)第三節(jié)CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)裝置的軟件結(jié)構(gòu)CNC裝置的軟件是為了完成裝置的軟件是為了完成CNC數(shù)數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)功能而專門設(shè)計(jì)和編制的，控機(jī)床的各項(xiàng)功能而專門設(shè)計(jì)和編制的，是一種專用軟件，其結(jié)構(gòu)取決于軟件的是一種專用軟件，其結(jié)構(gòu)取決于軟件的分工

34、，也取決于軟件本身的工作特點(diǎn)。分工，也取決于軟件本身的工作特點(diǎn)。一、軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系一、軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系關(guān)系：關(guān)系：從理論上講從理論上講，硬件能完成的功能，硬件能完成的功能也可以用軟件來(lái)完成。從實(shí)現(xiàn)功能也可以用軟件來(lái)完成。從實(shí)現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)的。等價(jià)的。特點(diǎn)特點(diǎn)：n硬件處理速度快，但靈活性差，硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難；實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難；n軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對(duì)較慢。理速度相對(duì)較慢。軟件、硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配：軟件、硬件實(shí)現(xiàn)功能的

35、分配：功能界面劃分的準(zhǔn)則功能界面劃分的準(zhǔn)則系統(tǒng)的性能價(jià)格比系統(tǒng)的性能價(jià)格比二、二、CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)最突出特點(diǎn)：最突出特點(diǎn)：多任務(wù)并行處理多任務(wù)并行處理多重實(shí)時(shí)中斷多重實(shí)時(shí)中斷1、多任務(wù)并行處理、多任務(wù)并行處理（1）CNC裝置的多任務(wù)性裝置的多任務(wù)性任務(wù)定義：任務(wù)定義： 可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集可并發(fā)執(zhí)行的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過(guò)程。合上的運(yùn)行過(guò)程。CNC的功能則可定義為的功能則可定義為CNC的任務(wù)：的任務(wù)： 位位置置控控制制插插補(bǔ)補(bǔ)運(yùn)運(yùn)算算速速度度處處理理刀刀具具補(bǔ)補(bǔ)償償譯譯碼碼控控制制軟軟件件診診斷斷顯顯示示零零件件程程序序的的輸輸入入輸輸出出管管理理軟軟件

36、件系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件 CNC CNC系統(tǒng)的任務(wù)要求并行處理：系統(tǒng)的任務(wù)要求并行處理： 為了保證控制的連續(xù)性和為了保證控制的連續(xù)性和各任務(wù)執(zhí)行的各任務(wù)執(zhí)行的時(shí)序配合時(shí)序配合要求，要求，CNCCNC系統(tǒng)的任務(wù)必須采用并行處系統(tǒng)的任務(wù)必須采用并行處理，而不能逐一處理。理，而不能逐一處理。（2）并行處理）并行處理并行處理是計(jì)算機(jī)在并行處理是計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻同一時(shí)刻或或同同一時(shí)間間隔一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)內(nèi)完成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不同的工作，運(yùn)用并行處理技術(shù)相同或不同的工作，運(yùn)用并行處理技術(shù)可提高運(yùn)算速度?？商岣哌\(yùn)算速度。采用并行處理技術(shù)的目的采用并行處理技術(shù)的目的： 合理使用和調(diào)配合理使

37、用和調(diào)配CNCCNC系統(tǒng)的資源系統(tǒng)的資源 提高提高CNCCNC系統(tǒng)的處理速度。系統(tǒng)的處理速度。并行處理的方法有：并行處理的方法有：資源共享資源共享資源重復(fù)資源重復(fù)時(shí)間重疊時(shí)間重疊資源共享資源共享是根據(jù)是根據(jù)“分時(shí)共享分時(shí)共享”的的原則，使多個(gè)用戶按時(shí)間順序使用同原則，使多個(gè)用戶按時(shí)間順序使用同一套設(shè)備；一套設(shè)備；時(shí)間重疊時(shí)間重疊使根據(jù)流水線處理技術(shù)，使根據(jù)流水線處理技術(shù)，使多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，使多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流使用同一套設(shè)備的幾個(gè)部分；輪流使用同一套設(shè)備的幾個(gè)部分；資源重復(fù)資源重復(fù)是通過(guò)增加資源（如多是通過(guò)增加資源（如多CPU）提高運(yùn)算速度。）提高運(yùn)算速度。CNC裝

38、置的裝置的硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)普遍普遍采用采用資源重復(fù)資源重復(fù)的并行處理方法；的并行處理方法；CNC裝置的裝置的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)常采常采用用資源分時(shí)共享資源分時(shí)共享和和資源重疊資源重疊的流水線處理技術(shù)的流水線處理技術(shù)1）資源分時(shí)共享并行處理）資源分時(shí)共享并行處理在在單單CPU裝置裝置中，主要采用中，主要采用CPU分時(shí)共分時(shí)共享的原則來(lái)解決多任務(wù)的同時(shí)運(yùn)行享的原則來(lái)解決多任務(wù)的同時(shí)運(yùn)行。資源分時(shí)共享資源分時(shí)共享在規(guī)定的時(shí)間長(zhǎng)度在規(guī)定的時(shí)間長(zhǎng)度（時(shí)間片）內(nèi)，根據(jù)各任務(wù)實(shí)時(shí)性的要（時(shí)間片）內(nèi)，根據(jù)各任務(wù)實(shí)時(shí)性的要求，規(guī)定它們占用求，規(guī)定它們占用CPU的時(shí)間，使它們的時(shí)間，使它們分時(shí)共享系統(tǒng)的資源。分時(shí)共

39、享系統(tǒng)的資源。“資源分時(shí)共享資源分時(shí)共享”的技術(shù)關(guān)鍵：的技術(shù)關(guān)鍵：其一：各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)分配問(wèn)題其一：各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)分配問(wèn)題其二：各任務(wù)占用其二：各任務(wù)占用CPU的時(shí)間長(zhǎng)度，即的時(shí)間長(zhǎng)度，即時(shí)間片的分配問(wèn)題時(shí)間片的分配問(wèn)題資源（資源（CPUCPU）分時(shí)共享圖）分時(shí)共享圖譯譯碼碼刀刀補(bǔ)補(bǔ)I/O顯顯示示初始初始化化位置控制位置控制插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算背景程序背景程序4ms8ms16ms中斷級(jí)別高中斷級(jí)別高中斷級(jí)別低中斷級(jí)別低各任務(wù)占用CPUCPU 時(shí)間示意圖0ms 4ms 8ms 12ms 16ms位置控制插補(bǔ)運(yùn)算背景程序資源分時(shí)共享技術(shù)的特征資源分時(shí)共享技術(shù)的特征在任何一個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)占用在任何一

40、個(gè)時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)占用CPU；在一個(gè)時(shí)間片（如在一個(gè)時(shí)間片（如8ms或或16ms）內(nèi)，）內(nèi)，CPU并行地執(zhí)行了兩個(gè)或兩個(gè)以上并行地執(zhí)行了兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)。的任務(wù)。 因此，資源分時(shí)共享的并因此，資源分時(shí)共享的并行處理只具有宏觀上的意義，即行處理只具有宏觀上的意義，即從微觀上來(lái)看，各個(gè)任務(wù)還是逐從微觀上來(lái)看，各個(gè)任務(wù)還是逐一執(zhí)行的。一執(zhí)行的。2、實(shí)時(shí)中斷處理實(shí)時(shí)中斷處理CNC系統(tǒng)的中斷管理主要由硬系統(tǒng)的中斷管理主要由硬件完成，而系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)則取決于件完成，而系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)則取決于系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)。n硬件主要提供支持中斷功能的芯片硬件主要提供支持中斷功能的芯片和電路，如中斷管理芯

41、片（和電路，如中斷管理芯片（8259或或功能相同的芯片），定時(shí)器計(jì)數(shù)器功能相同的芯片），定時(shí)器計(jì)數(shù)器（8253、8254等）等。等）等。n軟件主要完成對(duì)硬件芯片的初始化、軟件主要完成對(duì)硬件芯片的初始化、任務(wù)優(yōu)先級(jí)的定義、任務(wù)切換（斷任務(wù)優(yōu)先級(jí)的定義、任務(wù)切換（斷點(diǎn)的保護(hù)于恢復(fù)、中斷向量的保存點(diǎn)的保護(hù)于恢復(fù)、中斷向量的保存與恢復(fù)等）等。與恢復(fù)等）等。（1）CNC系統(tǒng)的中斷類型系統(tǒng)的中斷類型1）外部中斷；外部中斷；2）內(nèi)部定時(shí)中斷；）內(nèi)部定時(shí)中斷；3）硬件故障中斷；）硬件故障中斷；4）程序性中斷。）程序性中斷。（2）CNC系統(tǒng)中斷結(jié)構(gòu)模式系統(tǒng)中斷結(jié)構(gòu)模式n前后臺(tái)型中斷模式前后臺(tái)型中斷模式n中斷型結(jié)

42、構(gòu)模式中斷型結(jié)構(gòu)模式1）中斷型結(jié)構(gòu)模式）中斷型結(jié)構(gòu)模式這種結(jié)構(gòu)是將除了初始化程序之這種結(jié)構(gòu)是將除了初始化程序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各個(gè)任務(wù)模塊分外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各個(gè)任務(wù)模塊分別安排在不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序中，別安排在不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對(duì)各級(jí)中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度組成）對(duì)各級(jí)中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷管管理。整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷管理系統(tǒng)。理系統(tǒng)。中斷型結(jié)構(gòu)中斷優(yōu)先級(jí)別劃分中斷型結(jié)構(gòu)中斷優(yōu)先級(jí)別劃分優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)主要功能主要功能中斷源中斷源0初始化初始化開機(jī)后進(jìn)入開機(jī)后進(jìn)入1CRT顯示、顯示、RO

43、M校驗(yàn)校驗(yàn)硬件、主程序硬件、主程序2工作方式選擇、插補(bǔ)準(zhǔn)備工作方式選擇、插補(bǔ)準(zhǔn)備16ms軟件定時(shí)軟件定時(shí)3PLC控制控制16ms軟件定時(shí)軟件定時(shí)4參數(shù)、變量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制參數(shù)、變量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制 硬件硬件5插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算8ms軟件定時(shí)軟件定時(shí)6監(jiān)控和急停信號(hào)監(jiān)控和急停信號(hào)8ms軟件定時(shí)軟件定時(shí)7RS-232C輸入中斷輸入中斷硬件隨機(jī)硬件隨機(jī)8紙帶閱讀機(jī)紙帶閱讀機(jī)硬件隨機(jī)硬件隨機(jī)9報(bào)警報(bào)警串行傳送報(bào)警串行傳送報(bào)警10非屏蔽中斷非屏蔽中斷非屏蔽中斷產(chǎn)生非屏蔽中斷產(chǎn)生中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)(了解了解)任務(wù)調(diào)度機(jī)制：任務(wù)調(diào)度機(jī)制：搶占式優(yōu)先調(diào)度。搶占式優(yōu)先調(diào)度。信息交換：信息交

44、換：緩沖區(qū)。緩沖區(qū)。實(shí)時(shí)性好。實(shí)時(shí)性好。由于中斷級(jí)別較多（最多可由于中斷級(jí)別較多（最多可達(dá)達(dá)8級(jí)），強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)可安排在優(yōu)先級(jí)級(jí)），強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)可安排在優(yōu)先級(jí)較高的中斷服務(wù)程序中。較高的中斷服務(wù)程序中。模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。2）前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式）前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式整個(gè)系統(tǒng)軟件分為兩大部分：整個(gè)系統(tǒng)軟件分為兩大部分：前臺(tái)程序前臺(tái)程序后臺(tái)程序后臺(tái)程序。前臺(tái)程序前臺(tái)程序：是一個(gè)是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷程序?qū)崟r(shí)中斷程序，完成幾，完成幾乎全部的實(shí)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床動(dòng)作乎全部的實(shí)時(shí)功能，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床動(dòng)作直接相關(guān)的功能。如：插補(bǔ)、位控、

45、直接相關(guān)的功能。如：插補(bǔ)、位控、機(jī)床相關(guān)邏輯和監(jiān)控等。機(jī)床相關(guān)邏輯和監(jiān)控等。后臺(tái)程序后臺(tái)程序：是一個(gè)是一個(gè)循環(huán)執(zhí)行程序循環(huán)執(zhí)行程序。如：輸。如：輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等插補(bǔ)前的準(zhǔn)入、譯碼、數(shù)據(jù)處理等插補(bǔ)前的準(zhǔn)備工作和管理程序。備工作和管理程序。前后臺(tái)程序運(yùn)行關(guān)系圖前臺(tái)程序前臺(tái)程序故障處理故障處理位置控制位置控制插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算后臺(tái)程序后臺(tái)程序譯譯碼碼刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)處理速度預(yù)處理速度預(yù)處理輸入輸入/輸出輸出顯示顯示中斷執(zhí)行中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)任務(wù)調(diào)度機(jī)制任務(wù)調(diào)度機(jī)制:優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)度。度。前臺(tái)程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺(tái)程序

46、的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。順序調(diào)度。信息交換信息交換:緩沖區(qū)緩沖區(qū)。前臺(tái)和后臺(tái)程序之間。前臺(tái)和后臺(tái)程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。實(shí)時(shí)性差。實(shí)時(shí)性差。在前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)無(wú)優(yōu)先在前臺(tái)和后臺(tái)程序內(nèi)無(wú)優(yōu)先級(jí)等級(jí)、級(jí)等級(jí)、也無(wú)搶占機(jī)制。也無(wú)搶占機(jī)制。第四節(jié)第四節(jié)CNC裝置的數(shù)據(jù)預(yù)處理裝置的數(shù)據(jù)預(yù)處理CNC裝置系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)：裝置系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)：如何將由零件加工程序表達(dá)的如何將由零件加工程序表達(dá)的加工加工信息信息，變換成各進(jìn)給軸的，變換成各進(jìn)給軸的位移指令、位移指令、主軸轉(zhuǎn)速指令和輔助動(dòng)作指令主軸轉(zhuǎn)

47、速指令和輔助動(dòng)作指令，控制加工設(shè)備的軌跡運(yùn)動(dòng)和邏輯動(dòng)作，控制加工設(shè)備的軌跡運(yùn)動(dòng)和邏輯動(dòng)作，加工出符合要求的零件。加工出符合要求的零件。數(shù)控加工及信息處理過(guò)程數(shù)控加工及信息處理過(guò)程零件程序零件程序控制面板控制面板零件緩沖器零件緩沖器(BS)譯碼譯碼(DS)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理(CS)傳送傳送AS工作寄存器工作寄存器(AR)插補(bǔ)插補(bǔ)伺服控制伺服控制機(jī)床機(jī)床坐標(biāo)坐標(biāo)軸軸命令信號(hào)命令信號(hào)反饋信號(hào)反饋信號(hào)調(diào)度調(diào)度機(jī)床邏輯控制機(jī)床邏輯控制顯示顯示控控制制信信號(hào)號(hào)回回答答信信號(hào)號(hào)機(jī)床機(jī)床強(qiáng)電強(qiáng)電部分部分執(zhí)行電器執(zhí)行電器限位開關(guān)限位開關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)包括處理：數(shù)據(jù)預(yù)包括處理：零件程序的輸入零件程序的輸入譯碼譯碼刀具（半徑

48、、長(zhǎng)度）補(bǔ)償?shù)毒撸ò霃?、長(zhǎng)度）補(bǔ)償坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換等輸入輸入譯碼譯碼刀補(bǔ)刀補(bǔ)速度處理速度處理插補(bǔ)插補(bǔ)位控位控CNCCNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖加工程序加工程序譯譯碼碼譯碼緩沖區(qū)譯碼緩沖區(qū)刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)緩沖區(qū)刀補(bǔ)緩沖區(qū)速度預(yù)處理速度預(yù)處理插補(bǔ)緩沖區(qū)插補(bǔ)緩沖區(qū)插補(bǔ)處理插補(bǔ)處理運(yùn)行緩沖區(qū)運(yùn)行緩沖區(qū)伺服驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)位控處理位控處理位置反饋位置反饋PLC控制控制一、一、零件程序的輸入零件程序的輸入1）紙帶輸入方式紙帶輸入方式2）鍵盤輸入方式）鍵盤輸入方式3）MDI輸入方式輸入方式二、譯碼二、譯碼將用文本格式（通常用將用文本格式（通常用ASCII碼）碼）表達(dá)的零件加工程序

49、，以程序段為單表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成后續(xù)程序（本例是指刀補(bǔ)處位轉(zhuǎn)換成后續(xù)程序（本例是指刀補(bǔ)處理程序）所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。理程序）所要求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示例： StructPROG_BUFFER charbuf_state；/緩沖區(qū)狀態(tài)，緩沖區(qū)狀態(tài)，0空；空；1準(zhǔn)備好。準(zhǔn)備好。 intblock_num；/以以BCD碼的形式存放本程序段號(hào)。碼的形式存放本程序段號(hào)。 doubleCOOR20；/存放尺寸指令的數(shù)值（存放尺寸指令的數(shù)值（m）。）。 intF,S；/F（mm/min）S（r/min）。）。 charG0；/以標(biāo)志形式存放以標(biāo)志形式存放G

50、指令。指令。 charG1； charM0；/以標(biāo)志形式存放以標(biāo)志形式存放M指令。指令。 charM1； charT；/存放本段換刀的刀具號(hào)。存放本段換刀的刀具號(hào)。 charD；/存放刀具補(bǔ)償?shù)牡毒甙霃街?。存放刀具補(bǔ)償?shù)牡毒甙霃街怠?；以標(biāo)志形式存放以標(biāo)志形式存放G G指令示例指令示例D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0G00 0 ：無(wú)該指令；：無(wú)該指令； 1：有該指令：有該指令G01 0 ：無(wú)該指令；：無(wú)該指令； 1：有該指令：有該指令G02 0 ：無(wú)該指令；：無(wú)該指令； 1：有該指令：有該指令G03 0 ：無(wú)該指令；：無(wú)該指令； 1：有該指令：有該指令G90/G91 0 ：G90

51、 ；1：G91G06 0 ：無(wú)該指令；：無(wú)該指令； 1：有該指令：有該指令00：G40 ；11：G4001：G41 ；10；G42在系統(tǒng)軟件中各程序間的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)軟件中各程序間的數(shù)據(jù)交換方式一般都是通過(guò)緩沖區(qū)進(jìn)行交換方式一般都是通過(guò)緩沖區(qū)進(jìn)行的。該緩沖區(qū)由若干個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組的。該緩沖區(qū)由若干個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，當(dāng)前程序段被解釋完后便將該成，當(dāng)前程序段被解釋完后便將該段的數(shù)據(jù)信息送入緩沖區(qū)組中空閑段的數(shù)據(jù)信息送入緩沖區(qū)組中空閑的一個(gè)。后續(xù)程序（如刀補(bǔ)程序）的一個(gè)。后續(xù)程序（如刀補(bǔ)程序）從該緩沖區(qū)組中獲取程序信息進(jìn)行從該緩沖區(qū)組中獲取程序信息進(jìn)行工作。工作。 N06 G90 G41 D11 G01 X2

52、00 Y300 F200 N06 G90 G41 D11 G01 X200 Y300 F200 ； Struct PROG_BUFFER Struct PROG_BUFFER char buf_state char buf_state； 0 0：( (開始開始) )；1 1（；）（；） int block_num int block_num； 0606（N06N06） double COOR20 double COOR20； COOR1=200000COOR1=200000；（；（X200X200） COOR2=300000 COOR2=300000；（；（Y300Y300） int F,S

53、int F,S； F=200F=200；（；（F200F200） char G0 char G0； D5=0D5=0；（；（G90G90） D6,D7=0,1 D6,D7=0,1（G41G41） D1=1 D1=1；（；（G01G01） char D char D； D=11D=11（D11D11） ；三、刀具補(bǔ)償原理三、刀具補(bǔ)償原理（1）刀具補(bǔ)償?shù)幕驹恚┑毒哐a(bǔ)償?shù)幕驹沓叹庈壽E程編軌跡( (零件輪廓零件輪廓) )b ba ac cd de eR RrBCDEHG刀具中心軌跡刀具中心軌跡A刀具半徑補(bǔ)償：刀具半徑補(bǔ)償：CNC裝置能夠根據(jù)零件輪廓信息和裝置能夠根據(jù)零件輪廓信息和刀具半徑自動(dòng)計(jì)

54、算中心軌跡，使其自動(dòng)刀具半徑自動(dòng)計(jì)算中心軌跡，使其自動(dòng)偏移零件輪廓一個(gè)刀具半徑值的計(jì)算稱偏移零件輪廓一個(gè)刀具半徑值的計(jì)算稱為刀具半徑補(bǔ)償。為刀具半徑補(bǔ)償。刀具半徑補(bǔ)償指令有：刀具半徑補(bǔ)償指令有：G40-取消刀補(bǔ)取消刀補(bǔ)G41-左刀補(bǔ)左刀補(bǔ)G42-右刀補(bǔ)右刀補(bǔ)補(bǔ)償指令為補(bǔ)償指令為模態(tài)指令模態(tài)指令左右刀補(bǔ)處理的主要工作：刀補(bǔ)處理的主要工作：n根據(jù)根據(jù)G90/G91計(jì)算零件輪廓的計(jì)算零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值。終點(diǎn)坐標(biāo)值。n根據(jù)根據(jù)R和和G41/42，計(jì)算本段刀，計(jì)算本段刀具中心軌跡的終點(diǎn)（具中心軌跡的終點(diǎn)（Pe/Pe）坐標(biāo)值。坐標(biāo)值。n根據(jù)本段與前段連接關(guān)系，進(jìn)根據(jù)本段與前段連接關(guān)系，進(jìn)行段間連接處理。

55、行段間連接處理。Pe（200，300）XRP0（72，48）Pe”PeG41G42Y刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過(guò)程分三步刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過(guò)程分三步：1、刀補(bǔ)建立（、刀補(bǔ)建立（G41，G42）起刀點(diǎn)起刀點(diǎn)rG41起刀點(diǎn)起刀點(diǎn)rG422、刀補(bǔ)進(jìn)行（模態(tài)指令）、刀補(bǔ)進(jìn)行（模態(tài)指令）刀具中心軌跡始終比編程軌跡伸長(zhǎng)刀具中心軌跡始終比編程軌跡伸長(zhǎng)或縮短一個(gè)刀具半徑值的距離。在軌跡或縮短一個(gè)刀具半徑值的距離。在軌跡轉(zhuǎn)接處，采用圓弧過(guò)渡或直線過(guò)渡轉(zhuǎn)接處，采用圓弧過(guò)渡或直線過(guò)渡ABCABBC3、刀補(bǔ)撤消（、刀補(bǔ)撤消（G40）rG41G01G40G00（2）刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算 B 功能刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算功能

56、刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算 (不能自動(dòng)處理尖角過(guò)渡問(wèn)題不能自動(dòng)處理尖角過(guò)渡問(wèn)題) C 功能刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算功能刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算C功能刀具半徑補(bǔ)償原理功能刀具半徑補(bǔ)償原理B功能刀具半徑補(bǔ)償不能自動(dòng)處理尖角過(guò)渡問(wèn)題功能刀具半徑補(bǔ)償不能自動(dòng)處理尖角過(guò)渡問(wèn)題ABCABBC1）C刀補(bǔ)原理刀補(bǔ)原理根據(jù)程編軌跡，直接計(jì)算出刀具中心軌跡交根據(jù)程編軌跡，直接計(jì)算出刀具中心軌跡交點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后再對(duì)編程軌跡作伸長(zhǎng)或縮短的修點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后再對(duì)編程軌跡作伸長(zhǎng)或縮短的修正。采用正。采用直線過(guò)渡直線過(guò)渡的方法。的方法。ABCC刀補(bǔ)的交點(diǎn)刀補(bǔ)的交點(diǎn)刀補(bǔ)軌跡刀補(bǔ)軌跡ABC零件程編軌跡零件程編軌跡2 2）工作流程）工作流程緩沖寄存區(qū)緩沖寄存區(qū)BS刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償緩沖區(qū)緩沖區(qū)CS工作寄存區(qū)工作寄存區(qū)AS輸出寄存區(qū)輸出寄存區(qū)OS第一段第一段程序內(nèi)容程序內(nèi)容第一段第一段程序內(nèi)容程序內(nèi)容第二段第二段程序內(nèi)容程序內(nèi)容判斷判斷修改修改修改后第一段修改后第一段程序內(nèi)容程序內(nèi)容 第二段第二段 程序內(nèi)容程序內(nèi)容第三段第三段程序內(nèi)容程序內(nèi)容3）程編軌跡轉(zhuǎn)接類型）程編軌跡轉(zhuǎn)接類型根據(jù)程序段軌跡矢量的夾角根據(jù)程序段軌跡矢量的夾角 （銳角或鈍角）（銳角或鈍角）和刀補(bǔ)（和刀補(bǔ)（G41或或G42）的不同，可分為以下三種）的不同，可分為以下三種過(guò)渡類型：過(guò)渡類型：伸長(zhǎng)型、縮短型、插入型伸長(zhǎng)型、縮短型、插入型四種轉(zhuǎn)接方式四種轉(zhuǎn)接方式直線與直線轉(zhuǎn)接直線與