數(shù)控技術(shù)第四章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的軟、硬件結(jié)構(gòu).ppt

1、上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),1,數(shù)控系統(tǒng)的組成 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要部分，它是由數(shù)控程序、輸入輸出設(shè)備、CNC裝置、可編程控制器(PLC)、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置（包括監(jiān)測(cè)裝置）等組成，有時(shí)也稱作計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置）。,第一節(jié) 概 述,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),2,數(shù)控系統(tǒng)的核心是數(shù)控裝置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控裝置性能越來越高，價(jià)格越來越低。從外部特征來看，CNC裝置是由硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的，軟件在硬件的支持下運(yùn)行，離開軟件，硬件便無法工作，二者缺一不可。,. CNC裝置的組成,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),3,CNC裝置硬件的層次

2、結(jié)構(gòu) CNC裝置的硬件具有一般計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，還有數(shù)控機(jī)床所特有的功能模塊與接口單元。,圖4-1 CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu),. CNC裝置的組成,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),4,2、CNC裝置軟件的功能結(jié)構(gòu) 從本質(zhì)特征來看，CNC裝置軟件是具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征來看，該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。其結(jié)構(gòu)框圖如圖4-2所示。為了提高機(jī)床的進(jìn)給速度控制，一些實(shí)時(shí)控制可以由硬件來完成，如硬件插補(bǔ)器。這樣CPU作些插補(bǔ)前的準(zhǔn)備工作，而位置控制由硬件電路完成。,. CNC裝置的組成,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),5,操作系統(tǒng),管

3、理軟件,控制軟件,零,件,程,序,管,理,顯,示,處,理,人,機(jī),交,互,位,置,控,制,輸,入,輸,出,管,理,插,補(bǔ),運(yùn),算,故,障,診,斷,處,理,速,度,處,理,機(jī),床,輸,入,輸,出,編,譯,處,理,主,軸,控,制,刀,具,半,徑,補(bǔ),償,.,.,. CNC裝置的組成,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),6,3、CNC裝置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。 CNC裝置的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺(tái)，如圖4-3所示。,. CNC

4、裝置的組成,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),7,. CNC裝置的組成,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),8,1、具有靈活性和通用性 CNC裝置的功能大多由軟件實(shí)現(xiàn)，且軟硬件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、擴(kuò)充變得較為靈活。 CNC裝置其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)控機(jī)床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊，以實(shí)現(xiàn)特定的控制功能。,二. CNC裝置的優(yōu)點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),9,2、數(shù)控功能豐富 插補(bǔ)功能：二次曲線、樣條曲線、空間曲面插補(bǔ) 補(bǔ)償功能：運(yùn)動(dòng)精度補(bǔ)償、隨機(jī)誤差補(bǔ)償、非線性誤差補(bǔ)償?shù)?人機(jī)對(duì)話功能：加工的動(dòng)、靜態(tài)跟蹤顯示，高級(jí)人機(jī)對(duì)話窗口 編程功能：G代碼、籃圖編程、部分自動(dòng)編程功能。

5、,二. CNC裝置的優(yōu)點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),10,3、 可靠性高 CNC裝置采用集成度高的電子元件、芯片、可靠性得以保證。 許多功能由軟件實(shí)現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。 豐富的故障診斷及保護(hù)功能(大多由軟件實(shí)現(xiàn))，從而可使系統(tǒng)的故障發(fā)生的頻率和發(fā)生故障后的修復(fù)時(shí)間降低。,二. CNC裝置的優(yōu)點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),11,4、使用維護(hù)方便 操作使用方便：用戶只需根據(jù)菜單的提示，便可進(jìn)行正確操作。 編程方便：具有多種編程的功能、程序自動(dòng)校驗(yàn)和模擬仿真功能。 維護(hù)維修方便：部分日常維護(hù)工作自動(dòng)進(jìn)行(潤滑，關(guān)鍵部件的定期檢查等)，數(shù)控機(jī)床的自診斷功能，可迅速實(shí)現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位。,二. C

6、NC裝置的優(yōu)點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),12,5、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積?。ú捎糜?jì)算機(jī)，硬件數(shù)量減少；電子元件的集成度越來越高，硬件不斷減?。?，使其與機(jī)床在物理上結(jié)合在一起成為可能，減少占地面積，方便操作。,二. CNC裝置的優(yōu)點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),13,CNC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手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能。不管用于什么場(chǎng)合的CNC裝置，基本功能使必備的數(shù)控功能；選擇功能是供用戶根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)和用途進(jìn)行選擇的功能。 基本功能數(shù)控系統(tǒng)基本配置的功能，即必備功能； 選擇功能用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。,CNC裝置的功能

7、,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),14,1、控制功能 CNC能控制和能聯(lián)動(dòng)控制的進(jìn)給軸數(shù)，它是數(shù)控裝置的重要性能指標(biāo)。 CNC的控制軸分有：移動(dòng)軸（X、Y、Z）和回轉(zhuǎn)軸（A、B、C）； 基本軸和附加軸（U、V、W）。 數(shù)控車床一般只需X、Z兩軸聯(lián)動(dòng)控制。數(shù)控銑床、鉆床以及加工中心等需要三軸控制以及三軸以上聯(lián)動(dòng)控制。 聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),15,2、準(zhǔn)備功能（G功能） 指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。 它包括基本移動(dòng)、程序暫停、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀具補(bǔ)償、鏡像、固定循環(huán)加工、公英制轉(zhuǎn)換、子程序等指令。,CNC裝置的功能,上午

8、4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),16,3、 插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能 插補(bǔ)功能是數(shù)控裝置實(shí)現(xiàn)零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運(yùn)算的功能。實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)功能的方法有逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、直接函數(shù)法和雙DDA法等 固定循環(huán)功能是數(shù)控裝置實(shí)現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),17,4、進(jìn)給功能 進(jìn)給速度的控制功能。 進(jìn)給速度 控制刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/min。 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 mm/r。只有主軸裝有位置編碼器的機(jī)床才能指令同步進(jìn)給速度 進(jìn)給倍率（進(jìn)給修調(diào)率）人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度

9、。使用倍率開關(guān)不用修改零件加工程序就改變進(jìn)給速度。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),18,5、主軸功能 數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。 主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速的控制功能，單位為r/min。 恒線速度控制刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。該功能主要 用于車削和磨削加工中，使工件端面質(zhì)量提高。 主軸修調(diào)率人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速。 主軸準(zhǔn)停該功能使主軸在徑向的某一位置準(zhǔn)確停止。加工中心必須有主軸準(zhǔn)停功能，主軸準(zhǔn)停后實(shí)施卸刀和裝刀動(dòng)作。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),19,6、輔助功能（M功能） 用于指令機(jī)床輔助操作的功能。 主要用于指定主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、冷卻

10、泵的打開和關(guān)閉、換刀等動(dòng)作。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),20,7、刀具管理功能 實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。 刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補(bǔ)償功能使用； 刀具壽命是指時(shí)間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r(shí)，CNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具； CNC裝置都具有刀具號(hào)（T）管理功能，用于標(biāo)識(shí)刀庫中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),21,8、補(bǔ)償功能 刀具半徑和長度補(bǔ)償功能： 實(shí)現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。 傳動(dòng)鏈誤差：包括螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償功能。 非線性誤差補(bǔ)償功能：對(duì)諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及

11、由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AI、專家系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行建模，利用模型實(shí)施在線補(bǔ)償。 CNC裝置采用補(bǔ)償功能可以把這些補(bǔ)償量輸入到其內(nèi)部儲(chǔ)存器，在控制機(jī)床進(jìn)給時(shí)按一定的計(jì)算方法將這些補(bǔ)償量補(bǔ)上。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),22,9、 人機(jī)對(duì)話功能 在CNC裝置中這類功能有： 菜單結(jié)構(gòu)操作界面； 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)、故障信息的顯示、查詢或修改畫面等。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),23,10、自診斷功能 CNC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位的功能。 CNC裝置中安裝了各種診斷程序，這些程序可以嵌入其它功能程序中，在CNC裝置運(yùn)行

12、過程中進(jìn)行檢查和診斷。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),24,11、通訊功能 CNC與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能 通訊功能主要完成上級(jí)計(jì)算機(jī)與CNC裝置之間的數(shù)據(jù)和命令傳送。,CNC裝置的功能,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),25,第二節(jié) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),CNC裝置從它的硬件組成結(jié)構(gòu)來看，若按其中含有CPU的多少來分，可分為單微處理機(jī)和多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)兩大類。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置一般采用單微處理結(jié)構(gòu)，高級(jí)型CNC裝置采用多微處理結(jié)構(gòu)。多微處理結(jié)構(gòu)可以使數(shù)控機(jī)床向高速度、高精度和高智能化方向發(fā)展。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),26,一、分類： （一）、單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的數(shù)控裝置 1

13、、單機(jī)系統(tǒng): 整個(gè)CNC裝置只有一個(gè)CPU，它集中控制和管理整個(gè)系統(tǒng)資源，通過分時(shí)處理的方式來實(shí)現(xiàn)各種NC功能。該CPU既要對(duì)鍵盤輸入和CRT顯示處理，又要進(jìn)行譯碼、刀補(bǔ)計(jì)算以及插補(bǔ)等實(shí)時(shí)處理，這樣進(jìn)給速度顯然受到影響。 2、主從結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中只有一個(gè)CPU(稱為主CPU)對(duì)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(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，故稱之為主從結(jié)構(gòu)，也歸類于單微處理機(jī)結(jié)構(gòu),第二節(jié) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),27,（二）、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu) CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的CPU，即系統(tǒng)中

14、的某些功能模塊自身也帶有CPU，根據(jù)部件間的相互關(guān)系又可將其分為： 1、多主結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)中有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶CPU的模塊部件對(duì)系統(tǒng)資源有控制或使用權(quán)。模塊之間采用緊耦合（關(guān)聯(lián)與依賴），有集中的操作系統(tǒng)，通過仲裁器來解決總線爭(zhēng)用問題，通過公共存儲(chǔ)器進(jìn)行交換信息。 2、分布式結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上帶CPU的功能模塊，各模塊有自己獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，模塊間采用松耦合，且采用通訊方式交換信息。,第二節(jié) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),28,單微處理機(jī)數(shù)控裝置的結(jié)構(gòu)圖,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),29,1、微處理器和系統(tǒng)總線(母板) 微處理器由控制器

15、和運(yùn)算器組成，是微處理機(jī)的核心，他完成控制和運(yùn)算兩方面的內(nèi)容。在CNC裝置中，控制器的控制任務(wù)為：從程序存儲(chǔ)器中依次取出的指令，經(jīng)解釋，向CNC裝置各部分按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號(hào)，使指令得以執(zhí)行。而且又接受執(zhí)行部件發(fā)回來的反饋信號(hào)，控制器根據(jù)程序中的指令信息以及這些反饋信息，決定下一步命令操作。運(yùn)算器的任務(wù)主要是：零件加工程序的譯碼、刀補(bǔ)計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算、位置控制計(jì)算及其它數(shù)據(jù)的計(jì)算和邏輯運(yùn)算。 系統(tǒng)總線是將微處理器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口等相對(duì)獨(dú)立的裝置或功能部件聯(lián)系起來，并傳送信息的公共通道。由數(shù)據(jù)總線、地址總線：控制總線組成。,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控

16、技術(shù),30,2、 顯示模塊(顯示卡) 顯示卡的主要作用：接收來自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)與CRT的掃描信號(hào)調(diào)制后，產(chǎn)生CRT顯示器所需要的視頻信號(hào)，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),31,在CNC裝置中，CRT顯示是一個(gè)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)直觀的操作環(huán)境，可使用戶能快速地熟悉適應(yīng)其操作過程。 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，而且它還有非常豐富的支持軟件，因此無需用戶自己開發(fā)。,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),32,3、 輸入/出模

17、塊(多功能卡) 它是CNC裝置與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息交換的接口板， 即CNC裝置通過該接口可以從輸入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，也 可以將CNC裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。 該模塊也是標(biāo)準(zhǔn)的PC機(jī)模塊，一般不需要用戶開發(fā)。 （1）I/O（輸入/輸出）接口 同其它工業(yè)上的輸入/輸出接口一樣CNC裝置與機(jī)床間 的接口也有國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為“機(jī)床/數(shù)控接口”標(biāo)準(zhǔn)。 數(shù)控裝置與機(jī)床以及機(jī)床電器設(shè)備之間的接口分為三 種類型,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),33,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,第一類：與驅(qū)動(dòng)控制器和測(cè)量裝置之間的連接電路 第二類：電源及保護(hù)電路 第三類：開/關(guān)信號(hào)和代碼連接電

18、路 第一類接口傳送的信息是CNC裝置與伺服單元、伺服電機(jī)、位置監(jiān)測(cè)和速度檢測(cè)之間的控制信息，它們屬于數(shù)字控制、伺服控制和檢測(cè)控制。 第二類電源及保護(hù)電路由數(shù)控機(jī)床強(qiáng)電線路中的電源控制電路構(gòu)成。強(qiáng)電線路由電源變壓器、繼電器、接觸器、保護(hù)開關(guān)、熔斷器等連接而成，為驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)、輔助電機(jī)、電磁鐵、電磁閥、離合器等功率執(zhí)行元件供電。強(qiáng)電線路不能與低壓下工作的控制電路或弱電路直接連接，只能通過中間繼電器、熱保護(hù)器、控制開關(guān)等轉(zhuǎn)換。 第三類開/關(guān)信號(hào)和代碼連接電路是CNC裝置與機(jī)床參考點(diǎn)、限位、面板開關(guān)等以及一些輔助功能輸出控制連接的信號(hào)。當(dāng)數(shù)控機(jī)床沒有用PLC時(shí)，這些信號(hào)在CNC裝置與機(jī)床之間直接傳送，

19、當(dāng)有PLC時(shí)，除一些高速信號(hào)外，均通過PLC輸入/輸出,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),34,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,CNC裝置與被控設(shè)備交換的信號(hào)有三類： 開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、脈沖信號(hào)。 這些信號(hào)由于其類型、電平、功率以及抗干擾的原因，一般不能直接與CNC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。 接口電路主要包括以下幾個(gè)方面任務(wù) （1）電平轉(zhuǎn)換：一般CNC裝置的信號(hào)是TTL電平，而控制機(jī)床和來自機(jī)床的電信號(hào)電平通常不是TTL電平，因此要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，在重負(fù)載情況下，還要進(jìn)行功率放大。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),35,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,（2）A/D、D/A轉(zhuǎn)換

20、：CNC裝置的微處理器只能處理數(shù)字量而對(duì)于模擬量控制的地方，則需數(shù)/模（D/A)轉(zhuǎn)換器，同理，將模擬量輸入到CNC裝置需要模/數(shù)（A/D)轉(zhuǎn)換器。 （3）防止噪聲引起誤動(dòng)作 阻斷外部的干擾信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，用光電耦合器或繼電器將CNC裝置和機(jī)床之間的信號(hào)在電器上加以隔離。以提高CNC裝置運(yùn)行的可靠性。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),36,4、電子盤(存儲(chǔ)模塊) 電子盤是CNC裝置特有的存儲(chǔ)模塊。在CNC裝置中它用來存放下列數(shù)據(jù)和參數(shù)： （1）系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)固有數(shù)據(jù)； （2）系統(tǒng)的配置參數(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)； （3）用戶的零件加工程序。,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介

21、紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),37,存儲(chǔ)器有兩大類：只讀存儲(chǔ)器（ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM)。常用的只讀存儲(chǔ)器有：紫外線可擦除的只讀存儲(chǔ)器（EPROM)，和電擦除只讀存儲(chǔ)器（E2PROM)。只讀存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)程序，由數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家寫入或由生產(chǎn)廠家提供系統(tǒng)程序軟件和操作工具。 隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM用于存放中間運(yùn)行結(jié)果，顯示數(shù)據(jù)以及運(yùn)算中的狀態(tài)、標(biāo)志信息等。屬于加工程序存儲(chǔ)器,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),38,5、PLC模塊 PLC模塊：CNC裝置實(shí)現(xiàn)順序控制的模塊。 PLC模塊的作用：接收來自操作面板、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

22、主軸控制、刀庫控制的有關(guān)信號(hào)，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行。 6、MDI接口（手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入） MDI是通過數(shù)控面板上的鍵盤操作。數(shù)控裝置的微處理器掃描到按下鍵的信號(hào)時(shí)，就將數(shù)據(jù)送到移位寄存器，移位寄存器的輸出經(jīng)報(bào)警檢查，若按鍵有效，按鍵數(shù)據(jù)在控制選通信號(hào)的作用下，經(jīng)選擇器、移位寄存器、數(shù)據(jù)總線送入RAM存儲(chǔ)起來，若按鍵無效，則數(shù)據(jù)不送入RAM.,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),39,7、位置控制模塊 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)軌跡控制時(shí)，CNC裝置與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連接的接口模塊。每一進(jìn)給軸對(duì)應(yīng)一套位置控制器。位置控制器在CNC裝置的指令下

23、控制電器帶動(dòng)工作臺(tái)按要求的速度移動(dòng)規(guī)定的距離。軸控制是數(shù)控機(jī)床上要求最高的控制，不僅對(duì)單個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)和位置精度的控制有嚴(yán)格要求，而且在多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)，還要求各移動(dòng)軸有很好的配合。 常用的位置控制模塊有： 開環(huán)位置控制模塊：CNC裝置與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的接口； 閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊： CNC裝置與直流、交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置的接口。,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),40,8、功能接口模塊 實(shí)現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板， 實(shí)例： 仿形控制器接口； 激光加工焦點(diǎn)自動(dòng)跟蹤器接口； 刀具監(jiān)控系統(tǒng)中的信號(hào)采集器接口板。,二.單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能介紹,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控

24、技術(shù),41,三、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的CNC裝置,在多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的CNC裝置中，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的CPU，多重操作系統(tǒng)有效地實(shí)行并行處理， 1、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的CNC裝置基本功能模塊 （1）CNC管理模塊 實(shí)現(xiàn)管理和組織整個(gè)CNC系統(tǒng)工作過程所需要的功能。如系統(tǒng)初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯(cuò)識(shí)別和處理。 （2）CNC插補(bǔ)模塊 該模塊完成譯碼、刀具補(bǔ)償計(jì)算、坐標(biāo)位移量的計(jì)算和進(jìn)給速度處理等插補(bǔ)前的預(yù)處理。然后再進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，為各坐標(biāo)軸提供位置給定量。 （3）位置控制模塊 插補(bǔ)后的坐標(biāo)位置給定值與位置監(jiān)測(cè)器測(cè)得的位置實(shí)際值進(jìn)行比較，進(jìn)行自動(dòng)加減速、回基準(zhǔn)點(diǎn)、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和飄移補(bǔ)償，最后得

25、到速度控制的模擬電壓，去驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電機(jī)。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),42,三、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的CNC裝置,（4）PLC模塊 零件加工中的某些輔助功能和從機(jī)床來的信號(hào)在PLC模塊中作邏輯處理，實(shí)現(xiàn)各功能與操作方式之間的連接，機(jī)床電器設(shè)備的啟停、刀具交換、轉(zhuǎn)臺(tái)分度、工件數(shù)量和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的計(jì)數(shù)等。 （5）操作與控制數(shù)據(jù)輸入輸出和顯示模塊。零件加工程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)、各種操作命令的輸入輸出、顯示所要求的各種電路。 （6）存儲(chǔ)器模塊。該模塊指存放程序和數(shù)據(jù)的主存儲(chǔ)器，或功能模塊間數(shù)據(jù)傳送的共享存儲(chǔ)器。 2、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的CNC裝置的優(yōu)點(diǎn) 與單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)CNC裝置相比，多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)CNC裝置有以下優(yōu)點(diǎn)

26、：,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),43,三、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的CNC裝置,（1）運(yùn)算速度快，性能價(jià)格比高。多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)中每一微處理機(jī)完成某一特定功能，相互獨(dú)立，并且并行工作，所以運(yùn)算速度快。它適應(yīng)多軸控制，高進(jìn)給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求，由于系統(tǒng)共享資源，故性能價(jià)格比高。 （2）適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展容易。多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)CNC裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)。可將微處理機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制分別作成插件板，或?qū)⑵浣M成獨(dú)立的硬件模塊，相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中，這樣可以積木式組成CNC裝置，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性，維修也方便。 （3）可靠性高。由于多微處理機(jī)功能模塊獨(dú)立完成某一任務(wù)，所以某

27、一功能模塊出故障，其它模塊照常工作，不至于整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，只要換上正常模塊就解決問題，提高系統(tǒng)可靠性。 （4）硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn) 一般硬件是通用的，易于配置，只要開發(fā)新的軟件就可以構(gòu)成不同的CNC裝置，便于組織規(guī)模生產(chǎn)，保證質(zhì)量，形成批量。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),44,第三節(jié) CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu),CNC系統(tǒng)軟件是一個(gè)典型而又復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。本節(jié)將首先介紹系統(tǒng)軟硬件界面的關(guān)系，然后從系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)流的角度來分析CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程，并從多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性的角度來分析CNC系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， CNC裝置的軟件是為完成CNC數(shù)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

28、件的分工，也取決于軟件本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。軟件功能是CNC裝置的功能體現(xiàn)。一些廠商生產(chǎn)的CNC裝置，硬件設(shè)計(jì)好后基本不變，而軟件功能不斷升級(jí)，以滿足制造業(yè)發(fā)展的要求。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),45,1、軟件與硬件實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系 關(guān)系：從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件來完成。從實(shí)現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)的。 特點(diǎn)：硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對(duì)較慢。 2、軟、硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配軟件硬件功能界面劃分 3、功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比,一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)

29、,46,4、數(shù)控系統(tǒng)功能界面的幾種劃分：,一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),47,一、CNC裝置軟件和硬件的功能界面,四種功能界面的劃分，代表了不同時(shí)期的數(shù)控裝置產(chǎn)品。數(shù)控裝置發(fā)展的趨勢(shì)是軟件承擔(dān)的任務(wù)越來越多。這主要是由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理能力不斷增強(qiáng)，使軟件運(yùn)行的速度大大提高的結(jié)果。這種趨勢(shì)并不是一成不變的，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，硬件的成本也在不斷降低，如果硬件的制造可以做到象軟件一樣靈活，能夠根據(jù)特殊需求，專門制做的時(shí)候，硬件所擔(dān)負(fù)的功能還會(huì)逐步增加。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),48,CNC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)的加工信息，變換成

30、各進(jìn)給軸的位移指令、主軸轉(zhuǎn)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，加工出符合要求的零件。,二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),49,CNC裝置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程示意圖,二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),50,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)行工作。,二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),51,一、零件程序的輸入,1、零件程序的輸入 零件程

31、序的輸入對(duì)于早期的數(shù)控裝置是用紙帶閱讀機(jī)鍵盤進(jìn)行?，F(xiàn)代的數(shù)控裝置可通過通信方式或其它輸入裝置實(shí)現(xiàn)。紙帶閱讀機(jī)中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次只讀入一個(gè)字符，而且要經(jīng)過一系列的檢查判別，認(rèn)為合格后才能存入緩沖區(qū)。鍵盤中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次讀入一個(gè)按鍵的信息，即按下一個(gè)鍵就向CPU 申請(qǐng)一次中斷。在鍵盤服務(wù)程序中將鍵盤上打入的字符送入MDI緩沖器，然后再送入零件程序存儲(chǔ)器。(圖4-33） 2、數(shù)據(jù)存放形式 在零件程序存儲(chǔ)器中可以儲(chǔ)存多個(gè)零件程序，零件程序一般是按順序存放的，為了方便零件程序的調(diào)用，,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),52,在零件程序存儲(chǔ)器中還開辟了目錄區(qū)，在目錄區(qū)中按固定格式存放著相應(yīng)零件程序的有關(guān)

32、信息，形成目錄表，目錄表的每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)零件程序。（圖4-34） 儲(chǔ)存的零件程序通常已不用ISO代碼或EIA代碼表示，而是將它轉(zhuǎn)換為某些數(shù)控內(nèi)部代碼。（如表4-2） 例如：程序 N10 G91 G01 X100 Y-50 F150 M03 LF 轉(zhuǎn)換成數(shù)控內(nèi)部碼如表4-3，為該零件程序段存儲(chǔ)器中的信息。 3、零件加工程序的編輯 將零件加工程序輸入后，常常需對(duì)該程序編輯，編輯工作主要有插入、刪除、替換和修改等操作。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),53,二、譯碼(解釋) 將用文本格式（通常用ASCII碼）表達(dá)的零件加工 程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成數(shù)控系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式（本例是指刀補(bǔ)處理程序所要求的

33、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式）。并按系統(tǒng)規(guī)定的格式放在譯碼結(jié)果緩沖器中為后續(xù)程序使用。 譯碼有解釋和編譯兩種方法。解釋方法是將輸入程序整改成某種形式，在執(zhí)行時(shí)由計(jì)算機(jī)順序取出進(jìn)行分析、判斷和處理，即一邊解釋一邊執(zhí)行。編輯方法是將輸入程序作為源程序，對(duì)它進(jìn)行編譯，形成由機(jī)器指令組成的目的程序，然后計(jì)算機(jī)執(zhí)行這個(gè)目的程序。 譯碼工作主要有：代碼識(shí)別和各項(xiàng)功能的譯碼,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),54,1、代碼識(shí)別 在CNC系統(tǒng)中，代碼識(shí)別由軟件完成。譯碼程序從零件緩沖器中逐個(gè)輸入字符代碼，將其與相應(yīng)數(shù)字作比較，若相等就說明輸入了該字符。（圖4-35） 2、各功能碼的譯碼 經(jīng)代碼識(shí)別設(shè)立了各功能代碼的標(biāo)志后，就可

34、以分別對(duì)各功能碼進(jìn)行處理了。 對(duì)于不同的CNC系統(tǒng)來說，編程格式有自己的規(guī)定，所以可以將譯碼結(jié)果緩沖器的設(shè)置與零件程序段格式相對(duì)應(yīng)。（如表4-4） 各個(gè)功能代碼的處理方式是不盡相同的，表4-4，除G代碼和M代碼分組外，其與功能代碼只有一項(xiàng)，其地址在內(nèi)存中是指定的，因此，譯碼程序根據(jù)代碼識(shí)別設(shè)置的各功能碼的標(biāo)志，確定其存放其相應(yīng)數(shù)碼的地址，以便送入數(shù)據(jù)。 （圖4-36）,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),55,刀補(bǔ)處理的主要工作： 根據(jù)G90/G91計(jì)算零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值。 根據(jù)R和G41/42，計(jì)算本段刀具 中心軌跡的終點(diǎn)（Pe/Pe）坐標(biāo)值。 根據(jù)本段與前段連接關(guān)系，進(jìn)行段間連接處理。,2.

35、刀補(bǔ)處理(計(jì)算刀具中心軌跡),二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,Pe（200，300）,X,R,P0（72，48）,Pe”,Pe,G41,G42,Y,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),56,3、速度預(yù)處理 主要功能是根據(jù)加工程序給定的進(jìn)給速度，計(jì)算在每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成移動(dòng)量，供插補(bǔ)程序使用。,二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),57,速度處理程序主要完成以下幾步計(jì)算： 計(jì)算本段總位移量： 直線：合成位移量L； 園?。嚎偨俏灰屏俊?計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量： L= F*t/60 （m） 式中：F-進(jìn)給速度值（mm/min）；t-數(shù)控系統(tǒng)的插 補(bǔ)周期（ms）,二、 CN

36、C裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),58,4、插補(bǔ)計(jì)算 主要功能： 根據(jù)操作面板上“進(jìn)給修調(diào)”開關(guān)的設(shè)定值，計(jì)算本次插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量： L1=L*修調(diào)值 將L1按插補(bǔ)的線形（直線，園弧等）和本插補(bǔ)點(diǎn)所在的位置分解到各個(gè)進(jìn)給軸，作為各軸的位置控制指令（X1、Y1）。 經(jīng)插補(bǔ)計(jì)算后的數(shù)據(jù)存放在運(yùn)行緩沖區(qū)中，以供位置控制程序 之用。本程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期t定時(shí)運(yùn)行。,二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),59,5、 位置控制處理,二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),60,位置控制完成以下幾步計(jì)算： 計(jì)算新的位置指令坐標(biāo)值：

37、 X1新= X1舊+X1；Y1新= Y1舊 +Y1； 計(jì)算新的位置實(shí)際坐標(biāo)值： X2新= X2舊+X2；Y2新= Y2舊 +Y2 計(jì)算跟隨誤差(指令位置值 實(shí)際位置值)： X3= X1新- X2新； Y3= Y1新- Y2新； 計(jì)算速度指令值： VX=f（X3）； VY=f（Y3）,二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),61,f( )是位置環(huán)的調(diào)節(jié)控制算法，具體的算法視具體系統(tǒng)而定。這一步在有些系統(tǒng)中是采用硬件來實(shí)現(xiàn)的。VX、VY送給伺服驅(qū)動(dòng)單元，控制電機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CNC裝置的軌跡控制,二、 CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),62,CNC系統(tǒng)是典型

38、的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。CNC裝置的系統(tǒng)軟件則可看成是一個(gè)專用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它的控制軟件也采用了計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中的許多先進(jìn)技術(shù)。其中多任務(wù)并行處理和多重實(shí)時(shí)中斷兩項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用是CNC裝置軟件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。因此，分析和了解這些要求是至關(guān)重要的，因?yàn)樗仁窍到y(tǒng)設(shè)計(jì)和將來軟件測(cè)試的重要依據(jù)，也是確定系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)的過程。,三、 CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),63,. 多任務(wù)性與并行處理技術(shù),CNC的功能可定義為CNC的任務(wù)： 顯示、譯碼、刀補(bǔ)、速度處理、插補(bǔ)處理、位置控制、等 CNC系統(tǒng)的任務(wù)要求并行處理： 為了保證控制的連續(xù)性和各任務(wù)執(zhí)行的時(shí)序配合要求，CNC系統(tǒng)的任務(wù)必須采用

39、并行處理，如：插補(bǔ)的同時(shí)在屏幕上顯示坐標(biāo)位置，為了保證加工過程的連續(xù)性，即刀具在各程序段不停刀、譯碼、刀具補(bǔ)償和速度控制模塊必須與插補(bǔ)模塊同時(shí)進(jìn)行，而插補(bǔ)又必須與位置控制同時(shí)進(jìn)行，而不能逐一處理。,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),64,數(shù)控裝置的任務(wù),數(shù)控裝置的多任務(wù)性,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),65,任務(wù)的并行處理關(guān)系,輸入,顯示,診斷,I/O,控制,譯碼,刀補(bǔ),速度處理,插補(bǔ),位置 控制,雙 箭 頭表示兩個(gè)模塊之間有并行處理關(guān)系,任務(wù)的并行處理關(guān)系,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),66,并行處理定義： 系統(tǒng)在同一時(shí)間間隔或同一時(shí)刻內(nèi)完成兩個(gè)或兩個(gè)以上任務(wù)處理的

40、方法。 采用并行處理技術(shù)的目的： 合理使用和調(diào)配CNC系統(tǒng)的資源 提高CNC系統(tǒng)的處理速度。 并行處理的實(shí)現(xiàn)方式： 資源分時(shí)共享 資源重復(fù)和時(shí)間重疊處理 這些實(shí)現(xiàn)方式與CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),67,（1）、資源分時(shí)共享（對(duì)單一資源的系統(tǒng)） 在單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)中，可采用“資源分時(shí)共享”并行處理技術(shù)。 資源分時(shí)共享在規(guī)定的時(shí)間長度（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CPU的時(shí)間，即使多個(gè)用戶按時(shí)間順序使用同一套設(shè)備，使它們分時(shí)共享系統(tǒng)的資源。 “資源分時(shí)共享”的技術(shù)關(guān)鍵： 其一：各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)分配問題。（各任

41、務(wù)何時(shí)占用CPU) 其二：各任務(wù)占用CPU的時(shí)間長度，即時(shí)間片的分配問題。 在CNC裝置中，各任務(wù)占用CPU是用循環(huán)輪流和中段優(yōu)先相結(jié)合的方法來解決。,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),68,位置控制,插補(bǔ)運(yùn)算,背景程序,4ms,8ms,16ms,中斷級(jí)別高,中斷級(jí)別低,CNC裝置各任務(wù)分時(shí)共享（CPU）時(shí)間分布圖,系統(tǒng)在完成初始化以后自動(dòng)進(jìn)入時(shí)間分配中，在環(huán)中依次輪流處理各任務(wù)。對(duì)于系統(tǒng)中一些實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的任務(wù)則按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，分別放在不同優(yōu)先級(jí)上作環(huán)外任務(wù)，環(huán)外任務(wù)可以隨時(shí)中斷環(huán)內(nèi)各任務(wù)的執(zhí)行。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),69,各任務(wù)占用CPU 時(shí)間示意圖,. C

42、NC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),70,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CPU； 在一個(gè)時(shí)間片（如8ms或16ms）內(nèi)，CPU并行地執(zhí)行了兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)。 因此，資源分時(shí)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(gè)任務(wù)還是逐一執(zhí)行的。,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),71,（2）、資源重復(fù)和時(shí)間重疊,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),時(shí)間重疊是根據(jù)流水處理技術(shù)，使多個(gè)處理過程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流使用同一設(shè)備的幾個(gè)部分。資源重復(fù)是通過增加資源（如多CPU）提高運(yùn)算速度。 CNC裝置的硬件設(shè)計(jì)普遍采用資源重復(fù)的并

43、行處理方法。而CNC裝置的軟件設(shè)計(jì)則常采用資源分時(shí)共享和資源重疊的流水線處理技術(shù)。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),72,流水處理技術(shù)的涵義,流水處理技術(shù)是利用重復(fù)的資源（CPU），將一個(gè)大的任務(wù)分成若干個(gè)子任務(wù)(任務(wù)的分法與資源重復(fù)的多少有關(guān))，這些小任務(wù)是彼此關(guān)系的，然后按一定的順序安排每個(gè)資源執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，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。,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),73,流水處理技術(shù)示意圖,時(shí)間,t+t,空間,1,2,3,1,2,3,輸出,CPU1,CPU2,CPU3,流水處理,三、CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),流水處理的關(guān)鍵是時(shí)間重疊，在

44、一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)不是處理一個(gè)子程序，而是處理兩個(gè)或更多的子程序,t,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),74,流水處理的特征,在任何時(shí)刻（流水處理除開始和結(jié)束外）均有兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)在同時(shí)執(zhí)行。 流水處理的關(guān)鍵是時(shí)間重疊。,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),75,實(shí)時(shí)性定義: 任務(wù)的執(zhí)行有嚴(yán)格時(shí)間要求（任務(wù)必須規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成或響應(yīng)），否則將導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤或系統(tǒng)故障的特性。 實(shí)時(shí)中斷類型：外部中斷、內(nèi)部定時(shí)中斷、硬件故障中斷、程序性中斷 實(shí)時(shí)性任務(wù)分類: 強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù) 實(shí)時(shí)突發(fā)性任務(wù)；實(shí)時(shí)周期性任務(wù) 弱實(shí)時(shí)性任務(wù),2、實(shí)時(shí)中斷處理,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),76,強(qiáng)實(shí)

45、時(shí)性任務(wù),實(shí)時(shí)突發(fā)性任務(wù)： 任務(wù)的發(fā)生具有隨機(jī)性和突發(fā)性，是一種異步中斷事件。主要包括故障中斷(急停，機(jī)械限位、硬件故障等)、機(jī)床PLC中斷、硬件（按鍵）操作中斷等。 實(shí)時(shí)周期性任務(wù)： 任務(wù)是精確地按一定時(shí)間間隔發(fā)生的。主要包括插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制等任務(wù)。為保證加工精度和加工過程的連續(xù)性，這類任務(wù)處理的實(shí)時(shí)性是關(guān)鍵。在任務(wù)的執(zhí)行過程中，除系統(tǒng)故障外，不允許被其它任何任務(wù)中斷。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),77,弱實(shí)時(shí)性任務(wù),這類任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較弱，只需要保證在某一段時(shí)間內(nèi)得以運(yùn)行即可。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，它們或被安排在背景程序中，或根據(jù)重要性將其設(shè)置成不同的優(yōu)先級(jí)（級(jí)別較低），再由系統(tǒng)調(diào)度程序

46、對(duì)它們進(jìn)行合理的調(diào)度。 這類任務(wù)主要包括：CRT顯示、零件程序的編輯、加工狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示、加工軌跡的靜態(tài)模擬仿真及動(dòng)態(tài)顯示等。,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),78,搶占式優(yōu)先調(diào)度機(jī)制,多任務(wù)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度方法：循環(huán)調(diào)度法 ；優(yōu)先調(diào)度法 搶占方式： 在CPU正在執(zhí)行某任務(wù)時(shí)，若另一優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)請(qǐng)求執(zhí)行，CPU將立即終止正在執(zhí)行的任務(wù)，轉(zhuǎn)而響應(yīng)優(yōu)先級(jí)高任務(wù)的請(qǐng)求 優(yōu)先調(diào)度： 在CPU空閑時(shí)，當(dāng)同時(shí)有多個(gè)任務(wù)請(qǐng)求執(zhí)行時(shí)，優(yōu)先級(jí)高 的任務(wù)將優(yōu)先得到滿足。,. CNC裝置的軟件系統(tǒng)特點(diǎn),上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),79,四、CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,結(jié)構(gòu)模式：指系統(tǒng)軟件

47、的組織管理方式，即系統(tǒng)任務(wù)的劃分方式、任務(wù)調(diào)度機(jī)制、任務(wù)間的信息交換機(jī)制以及系統(tǒng)集成方法等。 結(jié)構(gòu)模式的功能：組織和協(xié)調(diào)各個(gè)任務(wù)的執(zhí)行，使之滿足一定的時(shí)序配合要求和邏輯關(guān)系，以滿足CNC系統(tǒng)的各種控制要求。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),80,. 前后臺(tái)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(tái)程序: 主要完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、故障診斷等實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的任務(wù)，它是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序。 后臺(tái)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(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)處理、速度預(yù)處理)等弱實(shí)時(shí)性的任務(wù)，它是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行的程序，其在運(yùn)行過程中，不斷地定時(shí)被前臺(tái)中斷程序所

48、打斷，前后臺(tái)相互配合來完成零件的加工任務(wù)。該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的CNC系統(tǒng)大都采用這種結(jié)構(gòu)。,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),81,前后臺(tái)程序運(yùn)行關(guān)系圖,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),82,.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(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，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)度管理，其管理的功能主要通過各級(jí)中斷服務(wù)程序之間的相互通信來解決。整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷管理系統(tǒng)。,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),8

49、3,中斷型軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,1,n,2,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),84,中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn),任務(wù)調(diào)度機(jī)制：搶占式優(yōu)先調(diào)度。 信息交換：緩沖區(qū)。 實(shí)時(shí)性好。由于中斷級(jí)別較多（最多可達(dá)8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。 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。 8090年代初的CNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),85,. 基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式,實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time Operating System RTOS）是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，它除了具有通用操作系統(tǒng)的功能

50、外，還具有任務(wù)管理、多種實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度機(jī)制（如優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度等）、任務(wù)間的通信機(jī)制（如郵箱、消息隊(duì)列、信號(hào)燈等）等功能。由此可知，CNC系統(tǒng)軟件完全可以在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),86,基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),87,基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn),（1）弱化功能模塊間的耦合關(guān)系 在本模式中，設(shè)計(jì)者只須考慮模塊自身功能的實(shí)現(xiàn)，然后按規(guī)則掛到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上，而模塊間的調(diào)用關(guān)系、信息交換方式等功能都由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。從而弱化了模塊間的耦合關(guān)系。,. CNC

51、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),88,（2）系統(tǒng)的開放性和可維護(hù)性好,從本質(zhì)上講，前述結(jié)構(gòu)模式采用的是單一流程加中斷控制的機(jī)制，一旦開發(fā)完畢，系統(tǒng)將使得完全封閉（對(duì)系統(tǒng)的開發(fā)者也是如此），若想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)充和修改將是困難的。 在本模式中，系統(tǒng)功能的擴(kuò)充或修改，只須將編寫好的任務(wù)模塊（模塊程序加上任務(wù)控制塊（TCB），掛到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上（按要求進(jìn)行編譯）即可。因而，采用該模式開發(fā)的CNC系統(tǒng)具有良好的開放性和可維護(hù)性。,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),89,（3）減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量,在CNC系統(tǒng)軟件開發(fā)中，系統(tǒng)內(nèi)核（任務(wù)管理、調(diào)度、通信機(jī)制）的設(shè)計(jì)

52、開發(fā)的往往是很復(fù)雜的，而且工作量也相當(dāng)大。當(dāng)以現(xiàn)有的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為內(nèi)核時(shí)，即可大大減少系統(tǒng)的開發(fā)工作量和開發(fā)周期。,. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),90,第四節(jié) STD80數(shù)控系統(tǒng)的硬件,STD80系統(tǒng)是通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，既可以組成開環(huán)的也可以組成閉環(huán)的數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STD總線結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)的硬件以Z80A CPU為核心，采用高集成度的存儲(chǔ)器，控制程序固化在ROM中，在實(shí)際加工過程中，最高切削速度和最高進(jìn)給速度均由用戶根據(jù)機(jī)床性能和加工需要自行設(shè)定。系統(tǒng)選用CMOS RAM作為“零件加工程序存儲(chǔ)器”、有刀具長度、刀具半徑補(bǔ)償和位置偏移等多種補(bǔ)償功能，系統(tǒng)可以設(shè)置

53、若干參數(shù)。 一、CPU板 CPU模板由Z80A CPU 微處理器、32KB字節(jié)存儲(chǔ)器（控制程序占24KB 加工程序占8KB）定時(shí)計(jì)數(shù)器CTC(具有定時(shí)計(jì)數(shù)功能外還具有中斷功能）、并行和串行接口（主要完成CPU和外部間的數(shù)據(jù)傳送、交換和處理以及8位并行輸入和輸出）,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),91,第四節(jié) STD數(shù)控系統(tǒng)的硬件,二、64KB帶備用電池存儲(chǔ)器板 該板是STD總線64KB字節(jié)的RAM/ROM板，板上有8個(gè)用于擴(kuò)展存儲(chǔ)器的芯片插座，每個(gè)插座可插8KB的存儲(chǔ)器芯片，當(dāng)選擇COMS的HM6264-LP芯片時(shí)，具有斷電后保護(hù)隨機(jī)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的功能。當(dāng)斷電時(shí)鋰電池E向低功耗的6264芯片提供維持電壓。,上午4時(shí)43分,現(xiàn)代數(shù)控技術(shù),92,第四節(jié) STD數(shù)控系統(tǒng)的硬件,三、步進(jìn)電機(jī)接口板 該接口板為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源提供可變的脈沖振蕩源，六相或五相脈沖分配器和正負(fù)相控制功能。8253的0通道用作進(jìn)給振蕩器，改變0通道的計(jì)數(shù)值，就可以改變輸出方波脈沖頻