-計算機數(shù)控裝置

1、-計算機數(shù)控裝置第1頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日第五章 計算機數(shù)控裝置1計算機數(shù)控裝置硬件2計算機數(shù)控裝置軟件3開放式數(shù)控系統(tǒng)4并聯(lián)機床的數(shù)控技術(shù) 第2頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日5.1 計算機數(shù)控裝置硬件一. 數(shù)控系統(tǒng)的組成計算機數(shù)控系統(tǒng)是由輸入輸出設備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床電器邏輯控制裝置等組成。輸入輸出裝置數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機床本體機床電器邏輯控制裝置第3頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日各部分的功能：1）輸入/輸出裝置: 一方面將加工程序、機床參數(shù)等信息的輸入；另一方面將輸入內(nèi)容及數(shù)控系統(tǒng)工作狀態(tài)進行

2、輸出，供操作人員觀察。2) 數(shù)控裝置：正確識別和解釋加工程序，進行各種零件輪廓幾何信息和命令邏輯信息的處理，并將處理結(jié)果分發(fā)給相應的單元。3)伺服系統(tǒng): 包括進給軸伺服驅(qū)動裝置和主軸伺服驅(qū)動裝置。進給軸伺服驅(qū)動裝置主要由位置控制單元、速度控制單元、電動機和測量反饋單元等部分組成，它按照數(shù)控裝置發(fā)出的位置控制命令和速度控制命令，正確驅(qū)動機床或刀具進行相應的運動。主軸伺服驅(qū)動裝置主要由速度控制單元、電動機和測量反饋單元等部分組成，它主要為機床提供切削動力。第4頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日4)機床電器邏輯控制裝置:接受數(shù)控裝置發(fā)出的開關(guān)命令，主要完成機床主軸啟停、方向控

3、制、選速功能、換刀功能、工件裝卡功能、冷卻、潤滑、液壓、氣動系統(tǒng)功能及其它機床輔助功能。其形式是繼電器控制線路或PLC形式。 機床本體主軸單元: 接受CNC的指令,控制主軸電機的轉(zhuǎn)速及旋向速度單元: 接收CNC 的指令,控制各伺服軸的動作第5頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日二.CNC裝置的硬件CNC裝置的硬件具有一般計算機的基本結(jié)構(gòu)，另外一方面還有數(shù)控機床所特有功能的功能模塊與接口單元。第6頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日三、 計算機數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)分類（一）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)1、單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置在單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC

4、裝置中，只有一個中央處理器（CPU），所有的系統(tǒng)管理功能和數(shù)控功能都由一個處理器來完成。單微處理器CNC的結(jié)構(gòu)特點如下： （1）CNC裝置內(nèi)只有一個微處理器，對各種功能實現(xiàn)集中控制分時處理。（2）微處理器通過總線與存儲器、輸入輸出控制等接口電路相連，構(gòu)成CNC裝置。 （3）結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易。第7頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日2、多微處理器結(jié)構(gòu)含有兩個及兩個以上的CPU組成的CNC，它們分別實現(xiàn)部分數(shù)控功能，并通過某種方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。其特點是分散控制，并行處理。根據(jù)微處理器之間的關(guān)系又分成：分布式結(jié)構(gòu)、主從結(jié)構(gòu)和總線式結(jié)構(gòu)第8頁，共93頁，2022年，5月20日，

5、17點12分，星期日（1）分布式結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)有兩個或兩個以上帶CPU的功能模塊，各模塊有自己獨立的運行環(huán)境，模塊間通過外部的通信鏈路連接在一起，且采用通訊方式交換信息。（2）主從結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)中只有一個CPU(稱為主CPU)對系統(tǒng)的資源有控制和使用權(quán)其它帶CPU的功能部件，只能接受主CPU的控制命令或數(shù)據(jù)，或向主CPU發(fā)出請求信息以獲得所需的數(shù)據(jù)。其它是處于以從屬地位的，故稱之為主從結(jié)構(gòu)（3）總線式結(jié)構(gòu)：一條主總線上有兩個或兩個以上帶CPU的模塊部件對系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)，同時可以自由獨立地使用各自的資源。通過仲裁器來解決總線爭用問題，通過公共存儲器進行交信息。第9頁，共93頁，2022年，5月2

6、0日，17點12分，星期日（二）按照電路板結(jié)構(gòu)分： 1）大板結(jié)構(gòu)： 主電路板是大板，其他電路板是小印刷電路板，它們插在電路板的插槽內(nèi)一塊構(gòu)成CNC裝置， FANUC等 2）模塊化結(jié)構(gòu)：控制單元母版框架，各功能模塊，軟件硬件的設計成模塊化 特點：各功能塊功能獨立，便于開發(fā)同一功能的系列產(chǎn)品，維修維護方便 第10頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日第11頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日（三）專用計算機結(jié)構(gòu)和通用計算機結(jié)構(gòu)專用型結(jié)構(gòu)CNC裝置的硬件由各制造廠專門設計和制造，布局合理，結(jié)構(gòu)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。FANU

7、C數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)、美國AB系統(tǒng)等都屬于專用型。 通用計算機結(jié)構(gòu)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)控軟件構(gòu)成個性化數(shù)控系統(tǒng)。第12頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日四、接口電路 （一）開關(guān)量輸入輸出接口數(shù)控機床開關(guān)量包括開關(guān)的開閉、指示燈的亮滅、繼電器/接觸器的吸合與釋放、電動機的啟停、閥門的開閉以及脈沖、計數(shù)、定時信號等。這些信號都可轉(zhuǎn)換成邏輯高電平或低電平的形式。第13頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日（二）模擬量輸入輸出接口數(shù)控機床的被測量往往是連續(xù)變化的模擬量，另

8、外執(zhí)行機構(gòu)（如電動機）需要模擬量來控制。被測模擬量經(jīng)過信號處理后，（三）通信和網(wǎng)絡接口第14頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日五、PLC(Programmable Logic Controller) 模塊1、PLC模塊的作用：接收來自操作面板、機床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、強電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫控制的有關(guān)信號，經(jīng)處理后輸出去控制相應器件的運行。第15頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日第16頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日機床用的PLC一般分為兩類：內(nèi)裝型（Built-in Type）PLC（或集成式、內(nèi)含

9、式）。獨立型（Stand-alone Type）PLC（或通用型）2、分類；內(nèi)裝式：指內(nèi)含在裝置內(nèi)，從屬于裝置，并與裝置集于一體，內(nèi)裝式既可以單獨使用一個，也可與共同一個。例如系統(tǒng)獨立式：通用完全獨立于裝置，具備完備的軟件和硬件，能夠獨立完成系統(tǒng)所要求的控制任務。例如：第17頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日5.2 計算機數(shù)控裝置軟件一、計算機數(shù)控裝置軟件分析（一）內(nèi)部信息流轉(zhuǎn)換過程CNC裝置系統(tǒng)軟件的主要任務：將由零件加工程序表達的加工信息，變換成各進給軸的位移指令、主軸轉(zhuǎn)速指令和輔助動作指令，控制加工設備的軌跡運動和邏輯動作，加工出符合要求的零件。數(shù)控加工程序輸入譯

10、碼插補計算速度處理診斷刀補計算位置控制伺服系統(tǒng)合格零件滾珠絲杠工作臺或刀具第18頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日1、輸入：數(shù)控加工程序、系統(tǒng)控制參數(shù)和各種補償數(shù)據(jù)等。2、譯碼把零件程序段的各種工件輪廓信息、加工速度F和其它輔助信息（M、S、T）按一定規(guī)律翻譯成計算機系統(tǒng)能識別的數(shù)據(jù)形式，并按系統(tǒng)規(guī)定的格式放在譯碼結(jié)果緩沖器中。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查。譯碼有兩種方法：（）解釋；（）編譯在CNC控制軟件中多數(shù)采用解釋方法。譯碼工作主要有：代碼識別和各項功能的譯碼。 第19頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日3.診斷在譯碼過程中，需要

11、進行數(shù)控加工程序的診斷，也就是利用控制軟件檢查加工程序的正確性，把凡是不符合數(shù)控機床編程手冊規(guī)定的加工程序找出來，通過顯示器提示機床操作人員進行修改。診斷內(nèi)容主要包括數(shù)控加工程序的語法錯誤和邏輯錯誤。語法錯誤主要是指某個功能代碼的錯誤。邏輯錯誤主要指一個數(shù)控機床加工程序段或整個加工程序內(nèi)各個功能代碼之間互相排斥、互相矛盾的錯誤。第20頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日4.刀補計算刀具補償包括刀具半徑補償和刀具長度補償。刀具半徑補償，對于銑床而言，數(shù)控裝置的控制對象是刀具的中心軸線的軌跡，而工件輪廓是刀具邊緣切削形成的?？梢?，刀具半徑補償就是將刀具邊緣軌跡偏移到刀具中心。

12、刀具長度補償，對于銑床而言，是以主軸軸端中心點作為起刀點，以刀具離開軸端伸出的長度作為補償值（偏置量）。第21頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 速度處理 數(shù)控加工程序中給定的進給速度F代碼是指零件切削方向的合成線速度。速度處理實際上是根據(jù)零件的幾何輪廓信息將合成進給速度分解成各個坐標軸的分速度，然后通過各個軸的伺服系統(tǒng)實現(xiàn)相應的分速度控制，那么數(shù)控機床最終就得到所要求的線速度。第22頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日6.插補計算所謂插補就是根據(jù)數(shù)控加工程序給定的零件輪廓尺寸，結(jié)合精度和工藝方面的要求，在已知的這些特征點之間插入一些中間點的過程。

13、換句話說，就是在零件輪廓起點與終點之間的曲線上進行“數(shù)據(jù)點的密化過程”。7.位置控制 位置控制的主要任務就是根據(jù)插補結(jié)果所求得命令位置值，然后與實際反饋位置相比較，利用其誤差值去控制伺服電動機，驅(qū)動工作臺或刀具朝著減小誤差的方向運動。第23頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日（二）CNC裝置的軟件任務分析CNC系統(tǒng)的控制軟件具有多任務性和實時性兩大特點。CNC系統(tǒng)的多任務性表現(xiàn)在它必須完成管理和控制兩大任務。各種任務之間是并行處理的關(guān)系。第24頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日并行處理是指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)相同或

14、不相同的工作。運用并行處理技術(shù)可以提高運算速度。CNC裝置的硬件設計普遍采用設備重復的并行處理技術(shù)，例如采用多處理器的數(shù)控裝置。CNC裝置的軟件設計常采用資源分時并行處理技術(shù)和多重中斷的并行處理技術(shù)。 第25頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日二. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)類型前后臺型結(jié)構(gòu)模式該模式將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩部分：前臺程序: 主要完成位置控制、插補運算、開關(guān)量控制、面板掃描和故障診斷等實時性很強的任務，它是一個實時中斷服務程序。后臺程序(背景程序): 完成顯示、零件加工程序的編輯管理、系統(tǒng)的輸入/輸出、插補預處理（譯碼、刀補處理、速度預處理)等弱實時性的任務，它是

15、一個循環(huán)運行的程序，其在運行過程中，不斷地定時被前臺中斷程序所打斷，前后臺相互配合來完成零件的加工任務。第26頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日第27頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日2.多重中斷型結(jié)構(gòu)模式這種結(jié)構(gòu)是將除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務模塊分別安排在不同級別的中斷服務程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷服務程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。整個軟件就是一個大的中斷管理系統(tǒng)。中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點：任務調(diào)度機制：搶占式優(yōu)先調(diào)度。信息交換：緩沖區(qū)。實時性好。由于中斷級別較多（最多可達8級），強實時性任務可安排在優(yōu)先級較高的中

16、斷服務程序中。模塊間的關(guān)系復雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護和擴充。8090年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。第28頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日第29頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日3.功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)多微處理器數(shù)控裝置一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個微處理器分擔各自的任務，形成特定的功能模塊，相應的軟件也模塊化，形成功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)，固化在對應的硬件功能模塊中。數(shù)控單元主要由三大模塊組成：人機通信模塊、數(shù)控通信模塊和可編程控制器模塊。第30頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 三 計算機數(shù)控裝置典型軟件模塊插補計算（

17、一）插補概述 在零件的加工程序中，一般僅提供描述該線形所必須的相關(guān)參數(shù)，如對直線，僅提供其起點和終點坐標；對于圓弧，僅提供起點、終點坐標、圓心相對于起點的位置或圓弧半徑以及順圓弧或逆圓弧，因此為了實現(xiàn)軌跡控制就必須在運動過程中實時地計算出滿足線形和進給要求的若干中間點的位置，即進行插補運算。第31頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 插補的任務就是根據(jù)進給速度的要求，在輪廓的起點和終點之間計算出若干中間點的坐標值。每個中間點計算所需時間直接影響控制精度，而插補中間點的計算精度又影響到整個數(shù)控系統(tǒng)的精度，所以插補算法至關(guān)重要，插補軟件是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，數(shù)控的其他任務是圍

18、繞著它進行的。第32頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日（二）插補分類 插補算法有很多，現(xiàn)在主要采用數(shù)字脈沖增量法、數(shù)據(jù)采樣法等。 數(shù)字脈沖增量插補，就是根據(jù)一定算法通過向各個運動軸分配脈沖，控制機床坐標軸作相互協(xié)調(diào)的運動，從而加工出一定的形狀輪廓。這類算法輸出是脈沖形式，并且每次僅產(chǎn)生一個單位的行程增量。數(shù)字脈沖增量插補又包括逐點比較法和數(shù)字積分法。數(shù)據(jù)采樣法，是使用一系列首尾相連的微小直線段來逼近給定的曲線輪廓。由于這些線段是按加工時間來進行分割的，也稱為時間分割法。第33頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 （三）插補算法1. 脈沖增量插補 脈

19、沖增量插補也稱為行程增量插補，每次插補的結(jié)果僅產(chǎn)生一個單位的行程增量(一個脈沖當量)，以一個個脈沖的方式輸出給步進電動機。 其基本思想是用折線來逼近曲線(包括直線)。第34頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 脈沖增量插補的特點： 實現(xiàn)方法較簡單，通常僅用加法和移位運算方法就可完成插補，容易用硬件來實現(xiàn)，也可用軟件來完成。但這種方法進給速度低，主要用于步進電動機驅(qū)動的數(shù)控系統(tǒng)。第35頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 脈沖增量插補算法常用的是逐點比較法和數(shù)字積分法。 逐點比較法逐點比較法的控制原理是：CNC系統(tǒng)在控制進給過程中，逐點地計算和比較進給

20、運動軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差，控制進給軸向給定輪廓靠近，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。第36頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 逐點比較法的精度 逐點比較法以折線來逼近直線或園弧曲線，它與給定的直線或園弧之間的最大誤差不超過一個脈沖當量，只要脈沖當量取得足夠小，就可達到加工精度的要求。第37頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 （1）直線插補 假設加工如圖所示的第一象限的直線OE，已知直線OE的起點為坐標原點，終點為E（Xe，Ye）。 圖 第一象限直線插補第38頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第39頁，共93

21、頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第40頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第41頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第42頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 N=Xe+Ye第43頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第44頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第一象限直線插補流程圖第45頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 綜上所述，逐點比較法直線插補過程中，每走一步要進行四個步驟：第一步：比較判別，確定F0還是 F0；第二步： 進給，當F

22、0時向+X方向進給一步； 當F0時向+Y方向進給一步；第三步：計算，計算新的F、N 值； 第四步：終點判斷，判斷N是否為0，當N=0時，則結(jié)束插補。 第46頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 其它象限的直線插補 其它象限的直線插補與第一象限的直線插補方法相似，只是進給方向由象限判別標志(終點坐標正、負號)控制。 四個象限的步進方向與插補流程圖分別見下圖所示。第47頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 四象限步進方向 第48頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 四象限直線插補流程圖 第49頁，共93頁，2022年，5月20日，1

23、7點12分，星期日例題：加工直線位于平面直角坐標系第一象限起點在坐標原點(0，0)終點坐標為E(5，4)，插補 =1，試用逐點比較插補法對直線講行直插補運算，并畫出插補軌跡圖。第50頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日第51頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 作業(yè)：加工直線位于平面直角坐標系第二象限起點在坐標原點(0，0)終點坐標為E(-3，7)，插補 =1，試用逐點比較插補法對直線講行直插補運算，并畫出插補軌跡圖。第52頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 圓弧插補設要加工圖示第一象限逆時針走向的園弧，圓心坐標為坐標原點，起

24、點為 A(Xo，Yo)，終點為 E(Xe,Ye)。 第一象限逆園弧插補第53頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日第54頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第55頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第56頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第一象限逆園弧插補流程第57頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 實際上由于園弧所在象限不同，逆順不同，插補計算公式和動點進給方向也均不相同，因此，園弧插補有八種情況，如圖所示為園弧插補四個象限的動點走向。 園弧插補四個象限的動點走向第58頁，共

25、93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日例題：試推導第象限逆圓弧逐點比較法插補公式，并用其插補一段第象限逆圓弧：起點A(-1,5)，終點B(-5,1)，畫出插補后的實際軌跡圖。(插補計算過程以節(jié)拍表的形式給出)第59頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日序號1、判別2、進給3、運算4、比較E=81F=0YF=9X=1，Y=4E=72F0XF=6X=2，Y=4E=63F0XF=1X=3，Y=4E=54F0XF=6X=4，Y=4E=45F0YF=1X=4，Y=3E=36F0XF=8X=5，Y=3E=27F0YF=3X=5，Y=2E=18F0YF=0X=5，Y=1E=

26、0第60頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日第61頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 數(shù)字積分法數(shù)字積分插補法的最大優(yōu)點是運算速度快、脈沖分配均勻、容易實現(xiàn)多坐標聯(lián)動的插補和二次曲線，甚至高次曲線的插補，但計算比較復雜。隨著數(shù)控系統(tǒng)計算機功能的發(fā)展強大，采用軟件插補所需時間越來越短，近年來才得到較多的應用。 第62頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 如右圖第63頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 第64頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 數(shù)字積分器（DDA）直線插補 設加工直線

27、OE，如圖所示，起點為坐標原點，終點為E(Xe,Ye)，假定進給速度V是均勻的，則有：式中K為比例常數(shù)。直線OE的DDA插補第65頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 動點從原點走向終點E的過程，可以看作是各坐標軸線每經(jīng)過一個單位時間間隔t(t=1)就分別以增量kXe 、kYe同時累加的結(jié)果。也可以說，數(shù)字積分法插補實際上是利用速度分量進行數(shù)字積分(累加)來確定動點在各個坐標軸上坐標值的過程： 第66頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 取ti =1 (一個單位時間間隔)，并假定經(jīng)過n次累加后，動點正好到達終點E(Xe,Ye),則上式可變?yōu)椋?由此可

28、得： kn = 1或 n = 1/k上式表明比例常數(shù)k與累加次數(shù)n之間的關(guān)系，n 必須取整數(shù)，則k肯定是小數(shù)。第67頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 為了保證一個單位時間間隔(t = 1)內(nèi)每次進給增量X、Y不超過一個單位的脈沖當量，則：上式中Xe、Ye的最大允許值分別受系統(tǒng)中Jxe、Jye寄存器容量的限制，假定寄存器容量為N位，則Xe及Ye的最大允許數(shù)字量為2N1，將其代入上式中的Xe、Ye，則可得到： k(2N1)1，即k1/(2N1)取k1/2N，則累加次數(shù)n為：n1/k2N綜上所述，X、Y經(jīng)過n2N次累加后，動點正好到達終點。第68頁，共93頁，2022年，5

29、月20日，17點12分，星期日 Jx(x)- 寄存X坐標的終點值XeJy(y)- 寄存Y坐標的終點值YeJRx- 寄存X坐標(X=X)累加余數(shù)JRy- 寄存Y坐標(Y=Y)累加余數(shù)數(shù)字積分(DDA)直線插補器如圖所示，它具有四個位移寄存器：DDA直線插補器框圖 第69頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 當累加結(jié)果 XX1 或 YY1時，其整數(shù)部分以溢出方式丟失，小數(shù)部分則保存在相應的寄存器JRx 或 JRy中，留待下一次累加。 每當JRx 或JRy出現(xiàn)一個溢出脈沖時，則分別向X軸或Y軸分配一個進給脈沖X和Y，使X軸或Y軸移動一步，直至到達終點。 終點判別可由累加次數(shù) n

30、 決定。第70頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 數(shù)字積分器園弧插補設加工如圖所示的逆園弧，園心為坐標原點，起點為A(Xo,Yo)，終點為E(Xe,Ye)，半徑為R，動點P(X,Y)的進給速度V均勻,則存在下列關(guān)系式：其中：K為比例常數(shù)。第一象限逆園弧插補 第71頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 在單位時間增量t (t =1)內(nèi)，坐標軸方向的位移增量則為： （負號表示加工逆園弧時向-X方向移動）取 則第一象限逆園弧插補計算公式為：（N為累加寄存器容量（N）位）第72頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 顯然，園弧插補是對動

31、點坐標的累加，園弧插補器框圖如圖所示。第73頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日 插補過程如下： 運算開始Jx(x)、Jy(y)中分別存放動點P(X,Y)的初值Xo,Yo； X和Y積分累加寄存器每溢出一個脈沖，X軸和Y軸就分別沿-X方向和+Y方向進給一步；每進給一步，被積函數(shù)寄存器中的坐標值就被修正一次，即JRx 每溢出一個X脈沖，Jy(y)寄存器中的值就加“1”；反之，JRy 每溢出一個Y脈沖，Jx(x)寄存器中的值就減“1”。（因動點作逆園運動，X作負向進給）。在插補過程中被積函數(shù)寄存器中存放的是動點P(X,Y)的瞬時坐標值。DDA園弧插補器框圖第74頁，共93頁，2

32、022年，5月20日，17點12分，星期日 園弧插補的終點判別可用隨時計算出的坐標軸位置X=X，Y=Y與終點E(Xe,Ye)的坐標值比較來實現(xiàn)。也可采用兩個終點判別計數(shù)器來分別累計兩坐標軸進給脈沖數(shù)，每走一步相應坐標軸終點計數(shù)器便減“1”，當兩計數(shù)器均減盡為“0”時，即到達終點，發(fā)出插補完畢信號。第75頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日5.3 開放式數(shù)控系統(tǒng)一、開放式數(shù)控系統(tǒng)的基本特征定義：符合系統(tǒng)規(guī)范的應用可以運行在多個銷售商的不同平臺上，可以與其它的系統(tǒng)應用互操作，并具有一致風格的用戶界面。實質(zhì)：數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)，可以在統(tǒng)一的運行平臺上，面向機床廠家和最終用戶，通過改

33、變、增加或裁減數(shù)控功能，形成系列化，并方便地將用戶的特殊要求和技術(shù)訣竅集成到數(shù)控系統(tǒng)中快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng)。第76頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日1、模塊化具有高度模塊化的特征，包括數(shù)控功能模塊化和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模塊化，前者是指用戶可以根據(jù)自己的要求選裝所需的數(shù)控功能后者是指系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)各種功能的算法是可分離、可替換的。統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模塊化是功能模塊化的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)配置、重組的基礎(chǔ)。2、標準化 數(shù)控裝置具有一定程度的標準化，各公司根據(jù)該標準和自己的技術(shù)特長，開發(fā)控制器中的部件或功能模塊。第77頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日

34、3、移植性 軟件的移植性是指軟件運行和平臺無關(guān)，不依賴于特定的硬件平臺和操作系統(tǒng)平臺。這為功能軟件模塊的裁剪、替代和重組創(chuàng)造了條件。4、可再次開發(fā)性 允許用戶進行二次開發(fā)，所謂二次開發(fā)是指用戶可以根據(jù)數(shù)控裝置應用場合的具體要求，自行定制其硬件資源、軟件功能和各種參數(shù)等。第78頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日5、網(wǎng)絡化通過網(wǎng)絡向數(shù)控系統(tǒng)傳送加工程序、加工指令或進行遠程監(jiān)控的工作。隨著網(wǎng)絡控制技術(shù)實時性的提高，正在逐步滲入到各種集成控制系統(tǒng)中。未來的開放式數(shù)控裝置可能是在網(wǎng)絡技術(shù)的支持下的多微處理器并行計算的控制器。第79頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分

35、，星期日二、開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)美國的NGC計劃和SOSAS1987年提出了NGC (Next Generation Workstation/Machine Controller)計劃，企圖通過實現(xiàn)基于相互操作和分級式軟件模塊的“開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標準規(guī)范”（ SOSAS ，Specification for an Open System Architecture standard）,解決傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中存在的“專用、封閉”問題。第80頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日NGC計劃正在為基于開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的下一代機械制造控制器提供一個標準，這種體系結(jié)構(gòu)允許不同的設計

36、人員開發(fā)可相互交換和互相操作的控制器部件。一個完全合格的NGC包括開發(fā)的可能性，多個裝置間的協(xié)調(diào)，裝置的全獨立編程，基于模型的處理，自適應路徑策略，大范圍工作站及實時特性等。NGC計劃中提出的開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠使供應商為實現(xiàn)專門應用選擇最佳方案去定制控制系統(tǒng)。第81頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日2.歐洲的OSACA計劃OSACA對開放式系統(tǒng)的定義為：應包括一組邏輯上可分的部件，部件間的接口、部件與執(zhí)行平臺間的接口要定義完備，可實現(xiàn)不同開發(fā)商開發(fā)的部件協(xié)調(diào)工作并組成一個完整的控制器。該控制器可運行于不同的平臺，并實現(xiàn)對用戶和其它自動系統(tǒng)一致的接口。第82頁，共9

37、3頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日OSACA體系結(jié)構(gòu)參考體系結(jié)構(gòu)：是指全面描述控制器組織結(jié)構(gòu)的模型，包括控制器功能模塊的劃分，控制器軟件功能模塊的劃分和模塊之間的接口定義。通信系統(tǒng)：支持各模塊之間的數(shù)據(jù)交換。配置系統(tǒng)：記錄控制系統(tǒng)組成，描述系統(tǒng)啟動所需要的信息和操作。第83頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日3、日本的OSEC計劃OSE研究會是日本開放式研究機構(gòu)之一。OSE研究會對OSEC計劃（ OSE for Controller）的研究分兩步走：一是開放控制器的意義和方向，二是達到能實際安裝的、完成度較高的體系結(jié)構(gòu)。第一步研究的主要問題：開放式NC的基本結(jié)構(gòu)；使用FA記述語言FADL (Factory Automation Description Language)伺服控制的函數(shù)數(shù)據(jù)庫。第84頁，共93頁，2022年，5月20日，17點12分，星期日三、開放式數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)開放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是全面描述控制器組織結(jié)構(gòu)的模型，包括控制器功能模塊的硬件和軟件劃分。在建模過程中充分考慮數(shù)控機