數(shù)控系統(tǒng)(一)

1、第第2 2章章 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：1.CNC1.CNC的組成的組成、工作過程、工作過程、功能與特點功能與特點2.CNC2.CNC的硬件結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)3.CNC3.CNC系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu)4.CNC4.CNC系統(tǒng)系統(tǒng)的插補原理的插補原理2.12.1 數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各部分功能數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各部分功能2.1.1 2.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 數(shù)控系統(tǒng)的工作過程數(shù)控系統(tǒng)的工作過程： 數(shù)控機床加工零件，首先必須將被加工零件的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)按規(guī)定的代碼和程序格式編寫加工程序，然后將所編寫程序指令輸入到機床的數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控系統(tǒng)再將程序（代碼）

2、進行譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補運算，向機床各個坐標(biāo)的伺服機構(gòu)和輔助控制裝置發(fā)出信息和指令，驅(qū)動機床各運動部件，控制所需要的輔助運動，最后加工出合格零件。這些信息和指令包括：各坐標(biāo)軸的進給速度、進給方向和進給位移量、各狀態(tài)的控制信號。 數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（FANUC-6MB）CNCCNC系統(tǒng)的組成及特點系統(tǒng)的組成及特點CNC是在NC的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其部分或全部控制功能通過軟件來實現(xiàn)。只要更改控制程序，無需更改硬件電路，就可改變控制功能。因此，CNC系統(tǒng)在通用性、靈活性、使用范圍等諸方面具有更大的優(yōu)越性。CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成CNC數(shù)控系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制系統(tǒng)、可編程邏輯控

3、制器(PLC)、主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置等組成，習(xí)慣上稱為CNC系統(tǒng)。 CNC系統(tǒng)由硬件和軟件組成，軟件在硬件的支持下運行，離開軟件硬件便無法工作，二者缺一不可。 CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（1 1）CNCCNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)由計算機基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成。計計 算算 機機 基基 本本 系系 統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)備備層層設(shè)設(shè)備備支支持持層層接 口人機控制運動控制PMC其他I/O其他設(shè)備計算機系統(tǒng)顯示設(shè)備輸入/出設(shè)備機 床機器人測量機 .CNC系統(tǒng)硬件的層次結(jié)構(gòu)CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（2） CNC系統(tǒng)軟件的功能結(jié)構(gòu)CNC系統(tǒng)軟件是具有實時性和多任務(wù)性的

4、專用操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。操作系統(tǒng)管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機交互交互位置控制輸入輸出管理插補運算故障診斷處理速度處理機床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補償.3-2 CNC 軟件系統(tǒng)功能框圖CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成（3 3）CNCCNC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CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整個系統(tǒng)的各項工作，實現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機床按照操作者的要求，有條不紊地進行加工。 CNC系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺，如圖所示。CNCCNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的

5、組成CNC系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺硬件硬件操作系統(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 機機 床床 機器人機器人 測量機測量機 .CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理 CNC系統(tǒng)在其硬件環(huán)境支持下，按照系統(tǒng)監(jiān)控軟件的控制邏輯，對輸入、譯碼、刀具補償、速度規(guī)劃、插補、位置控制、IO口處理、顯示和診斷等方面進行控制。（1）輸入數(shù)據(jù)處理程序 輸入數(shù)據(jù)處理程序接收輸入的零件加工程序，將其用標(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行編譯、整理，按所規(guī)定的格式存放。有些系統(tǒng)還要進一步進行刀具半徑偏移的計算，或為插補運算和速度控制等進行一些預(yù)處理。CN

6、CCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理輸入數(shù)據(jù)處理程序一般包括下面三項內(nèi)容： 輸入 譯碼 數(shù)據(jù)處理CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理（2）插補運算及位置控制程序 插補運算程序完成CNC系統(tǒng)中插補器的功能，即實現(xiàn)坐標(biāo)軸脈沖分配的功能。 脈沖分配包括點位、直線以及曲線三個方面。 插補運算的結(jié)果輸出，經(jīng)過位置控制部分(這部分工作既可由軟件完成，也可由硬件完成)控制伺服系統(tǒng)運動，控制刀具按預(yù)定的軌跡加工。位置控制的主要任務(wù)是在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進給電動機。CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理（3）速度控制程序 編程所給的刀具移動速度是在各

7、坐標(biāo)的合成方向上的速度。速度處理首先要做的工作是根據(jù)合成速度來計算各運動坐標(biāo)方向的分速度。速度控制程序的目的就是控制脈沖分配的速度，即根據(jù)給定的速度代碼(或其他相應(yīng)的速度指令)，控制插補運算的頻率，以保證按預(yù)定速度進給。 速度控制可以用兩種方法實現(xiàn)：一種是用軟件方法，如程序計數(shù)法實現(xiàn)；另一種用定時計數(shù)電路由外部時鐘計數(shù)，運用中斷方法來實現(xiàn)。CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理（4）系統(tǒng)管理程序 為數(shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過程服務(wù)的各個程序均由系統(tǒng)管理程序進行調(diào)度，因此，它是實現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。水平較高的管理程序可

8、使多道程序并行工作。有的管理程序還安排進行自動編程工作，或?qū)ο到y(tǒng)進行必要的預(yù)防性診斷。CNCCNC系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的工作原理（5）診斷程序 診斷程序可以在運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指示出故障的類型。也可以在運行前或發(fā)生故障后，檢查各種部件(接口、開關(guān)、伺服系統(tǒng))的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。還可以在維修中查找有關(guān)部件的工作狀態(tài)，判別其是否正常，對于不正常的部件給予顯示，便于維修人員能及時處琿。CNCCNC系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點（1）具有靈活性和通用性CNC系統(tǒng)的功能大多由軟件實現(xiàn)，且軟硬件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)功能的修改、擴充變得較為靈活。CNC系統(tǒng)其基本配置部分是通用的，不同的數(shù)

9、控機床僅配置相應(yīng)的特定的功能模塊，以實現(xiàn)特定的控制功能。（2）數(shù)控功能豐富插補功能：插補功能：二次曲線、樣條、空間曲面插補補償功能：補償功能：運動精度補償、隨機誤差補償、非線性誤 差補償?shù)热藱C對話功能：人機對話功能：加工的動、靜態(tài)跟蹤顯示，高級人機對話窗口編程功能：編程功能：G代碼、籃圖編程、部分自動編程功能。（3）可靠性高CNC系統(tǒng)采用集成度高的電子元件、芯片是可靠性的保證。許多功能由軟件實現(xiàn)，使硬件的數(shù)量減少。豐富的故障診斷及保護功能(大多由軟件實現(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)時間降低。（4）使用維護方便操作使用方便：操作使用方便：用戶只需根據(jù)菜單的提示，便可進行正確

10、操作。編程方便：編程方便：具有多種編程的功能、程序自動校驗和模擬仿真功能。維護維修方便：維護維修方便：部分日常維護工作自動進行(潤滑，關(guān)鍵部件的定期檢查等)，數(shù)控機床的自診斷功能，可迅速實現(xiàn)故障準(zhǔn)確定位。 （5）易于實現(xiàn)機電一體化 數(shù)控系統(tǒng)控制柜的體積小(采用計算機，硬件數(shù)量減少；電子元件的集成度越來越高，硬件的不斷減小)，使其與機床在物理上結(jié)合在一起成為可能，減少占地面積，方便操作。1 基本功能（數(shù)控系統(tǒng)都應(yīng)具備） 控制功能，準(zhǔn)備功能，插補功能，進給功能，主軸功能， 輔助功能，刀具管理功能，顯示功能2 擴展功能 補償功能，自診斷功能、固定循環(huán)功能，通信功能，人機對話編程功能，圖形顯示功能等

11、數(shù)控系統(tǒng)的功能 硬件 軟件 幾種典型的軟硬件界面的劃分程序輸入數(shù)據(jù)處理插補位控速控伺服電機測量計算機數(shù)控系統(tǒng)由硬件和軟件組成，數(shù)控系統(tǒng)軟件和硬件的功能界面： 哪些功能由軟件來實現(xiàn)，哪些功能由硬件來實現(xiàn)，或怎樣確定軟件和硬件在數(shù)控系統(tǒng)中所承擔(dān)的任務(wù)。 四種功能界面的劃分，代表了不同時期的數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是軟件承擔(dān)的任務(wù)越來越多。這主要是由于計算機的運算處理能力不斷增強，使軟件運行的速度大大提高的結(jié)果。這種趨勢并不是一成不變的，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，專門制做的時候，硬件所擔(dān)負的功能還會逐步增加。 2. 2

12、 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1、單處理器結(jié)構(gòu) 單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單，價格低，在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在單微處理器結(jié)構(gòu)中，整個系統(tǒng)由一個微處理器來完成數(shù)據(jù)存儲和處理、插補運算、輸入輸出控制、顯示等功能,并對其進行控制和處理。采用集中控制、分時處理的控制方式。單個微處理器通過總線與存儲器、輸入輸出接口及其它接口相連，構(gòu)成整個CNC系統(tǒng)。某些CNC系統(tǒng)雖然有兩個以上的微處理器，但其中只有一個微處理器能夠控制系統(tǒng)總線，占用總線資源，而其他微處理器只作為專用控制部件，不能控制系統(tǒng)總線，不能訪問主存儲器，它們組成主從結(jié)構(gòu)，故也歸于單微處理器結(jié)構(gòu)中。2. 2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件數(shù)控系

13、統(tǒng)的硬件CPUEPROMRAMIN接口接口OUT接口接口紙帶紙帶閱讀機閱讀機MDI/CRT接口接口位置位置控制控制其它其它接口接口總總線線1、單微處理機數(shù)控系統(tǒng) 用80C31單片機組成的簡易數(shù)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)圖CPU紙帶機接口RS232接口CRT/MDI接口手搖輪接口ROM接口RAM接口PLC接口位控單元位控單元位控單元主軸單元D/AD/AD/AD/A速度單元速度單元速度單元速度單元MMMMMST功能單微處理機數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 單處理器計算機數(shù)字控制單處理器計算機數(shù)字控制 微處理器 微處理器CPU是CNC系統(tǒng)的核心，主要由運算器和控制器兩部分組成。 運算器含算術(shù)邏輯運算、寄存器和堆棧等部件，對數(shù)

14、據(jù)進行算術(shù)和邏輯運算。 控制器從存儲器中依次取出組成程序的指令，經(jīng)過譯碼，向CNC系統(tǒng)各部分按順序發(fā)出執(zhí)行操作的控制信號，使指令得以執(zhí)行。同時接收執(zhí)行部件發(fā)回來的反饋信息，控制器根據(jù)程序中的指令信息及這些反饋信息，決定下一步命令操作。單處理器計算機數(shù)字控制單處理器計算機數(shù)字控制 總線 總線是由賦予一定信號意義的物理導(dǎo)線構(gòu)成，按信號的物理意義，可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線三組。數(shù)據(jù)總線為各部件之間傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)總線的位數(shù)和傳送的數(shù)據(jù)寬度相等，采用雙方向線。地址總線傳送的是地址信號，與數(shù)據(jù)總線結(jié)合使用，以確定數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來源地或目的地，采用單方向線?？刂瓶偩€傳輸?shù)氖枪芾砜偩€的某些控制

15、信號，如數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫控制、中斷復(fù)位及各種確認信號，采用單方向線。單處理器計算機數(shù)字控制單處理器計算機數(shù)字控制存儲器 存儲器用于存放數(shù)據(jù)、參數(shù)和程序等。系統(tǒng)控制程序存放在可擦寫只讀存儲器(EPROM)中，即使系統(tǒng)斷電控制程序也不會丟失。程序只能被CPU讀出，不能隨機寫入，必要時可用紫外線擦除EPROM，再重寫監(jiān)控程序。常用的EPROM有2732、2764、27128、27256、27512、27010等。 運算的中間結(jié)果存放在隨機存儲器(RAM)中，常用的RAM有6264、62256等。存放在RAM中的數(shù)據(jù)能隨機地進行讀寫，但如不采取適當(dāng)?shù)拇胧?，斷電后存放信息會丟失。單處理器計算機數(shù)字控制單處

16、理器計算機數(shù)字控制 IO(輸入輸出)接口 CNC系統(tǒng)和機床之間的信號一般不直接連接，而通過輸入(Input)和輸出(Output)接口(IO)電路連接。接口電路的主要任務(wù)如下： 1）進行必要的電氣隔離，防止干擾信號引起誤動作。 2）進行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。 單處理器計算機數(shù)字控制單處理器計算機數(shù)字控制 MDICRT接口 MDI手動數(shù)據(jù)輸入是通過數(shù)控面板上的鍵盤操作。當(dāng)掃描到有鍵按下時，將數(shù)據(jù)送入移位寄存器，經(jīng)數(shù)據(jù)處理判別該鍵的屬性及其有效，并進行相關(guān)的監(jiān)控處理。 CRT(陰極射線管)接口在CNC軟件控制下，在單色或彩色CRT(或LCD)上實現(xiàn)字符和圖形顯示，對數(shù)控代碼程序、參數(shù)、各種補償數(shù)據(jù)、

17、坐標(biāo)位置、故障信息、人機對話編程菜單、零件圖形和動態(tài)刀具軌跡等進行實時顯示。 單處理器計算機數(shù)字控制單處理器計算機數(shù)字控制位置控制模塊 速度控制、位置反饋等單元組成位置環(huán)控制模塊。機床數(shù)控系統(tǒng)對位置環(huán)的控制要求是無超調(diào)、無滯后、特性硬、抗干擾能力強；對速度環(huán)的要求是大慣性、大調(diào)速比(一般大于1：2000)、特性硬。下圖是位置環(huán)與速度環(huán)示意圖。 單處理器計算機數(shù)字控制單處理器計算機數(shù)字控制 可編程控制器 可編程控制器(Programmable Logic Controller)簡稱PLC，替代傳統(tǒng)機床強電繼電器邏輯控制，利用邏輯運算實現(xiàn)各種開關(guān)量的控制。 CNC系統(tǒng)和PLC的數(shù)據(jù)交換和處理過程如

18、下：1）CNC系統(tǒng)將要PLC處理的數(shù)據(jù)寫到DPRAM中；2）PLC從DPRAM中讀取數(shù)據(jù)，并進行相關(guān)邏輯檢測、邏輯 運算和處理；3）一方面PLC用處理的結(jié)果通過輸出接口控制機床電氣，另一方面將處理的狀態(tài)通過DPRAM反饋給CNC系統(tǒng)；4）CNC系統(tǒng)根據(jù)反饋結(jié)果，進行相關(guān)處理和顯示。單處理器計算機數(shù)字控制單處理器計算機數(shù)字控制 通信接口 當(dāng)CNC系統(tǒng)用作設(shè)備層和工作層控制器組成分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC或柔性制造系統(tǒng)FMS時，還要與上級計算機或直接數(shù)字控制器DNC進行數(shù)字通信。 2、多微處理器結(jié)構(gòu) 多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足現(xiàn)代數(shù)控機床高速度、高精度、多功能的要求。在多微處理器結(jié)構(gòu)中有兩個或兩個以上微

19、處理器。多微處理器CNC系統(tǒng)采用模塊化技術(shù)，由多個功能模塊組成。有管理模塊、插補模塊、位置控制模塊、存儲器模塊、操作面板管理和顯示模塊以及PLC模塊等。多微處理器CNC系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可分為共享存儲器結(jié)構(gòu)和共享總線結(jié)構(gòu) （1）多微處理器CNC系統(tǒng)的基本功能模塊 多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)，一般由六種功能模塊組成，通過增加相應(yīng)的功能模塊，可實現(xiàn)一些特殊功能。CNC管理模塊 該模塊組織和管理整個CNC系統(tǒng)各功能協(xié)調(diào)工作。CNC插補模塊該模塊 根據(jù)前面的編譯指令和數(shù)據(jù)進行插補計算，按規(guī)定的插補類型通過插補計算為各個坐標(biāo)提供位置給定值。 位置控制模塊 插補后的坐標(biāo)作為位置控制模塊的給定值，而實際位置通過相

20、應(yīng)的傳感器反饋給該模塊，經(jīng)過一定的控制算法，實現(xiàn)無超調(diào)、無滯后、高性能的位置閉環(huán)。PLC模塊 零件程序中的開關(guān)功能和由機床來的信號在這個模塊中作邏輯處理，實現(xiàn)各功能和操作方式之間的連鎖，機床電氣設(shè)備的啟停、刀具交換、轉(zhuǎn)臺分度、工件數(shù)量和運轉(zhuǎn)時間的計數(shù)等。 操作面板監(jiān)控和顯示模塊 零件程序、參數(shù)、各種操作命令和數(shù)據(jù)的輸入(如軟盤、硬盤、鍵盤、各種開關(guān)量和模擬量的輸入、上級計算機輸入等)、輸出(如通過軟盤、硬盤、各種開關(guān)量和模擬量的輸出、打印機)、顯示(如通過LED、CRT、LCD等)所需要的各種接口電路。 存儲器模塊該模塊 指程序和數(shù)據(jù)的主存儲器，或功能模塊間數(shù)據(jù)傳送用的共享存儲器。(2)多微處

21、理器CNC系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu) 多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)多為模塊化結(jié)構(gòu)，通常采用共享總線和共享存儲器兩種典型結(jié)構(gòu)實現(xiàn)模塊間的互聯(lián)與通信。 共享總線結(jié)構(gòu) 以系統(tǒng)總線為中心的多微處理器CNC系統(tǒng)，把組成CNC系統(tǒng)的各個功能部件劃分為帶有CPU或DMA器件的主模塊和不帶CPU或DMA器件的從模塊(如各種RAM、ROM模塊、IO模塊)兩大類。系統(tǒng)總線的作用是把各個模塊有效地連接在一起，按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議交換各種數(shù)據(jù)和控制信息，構(gòu)成完整的系統(tǒng)，實現(xiàn)各種預(yù)定的功能。共享總線結(jié)構(gòu)的特點：1、在系統(tǒng)中只有主模塊有權(quán)控制和使用系統(tǒng)總線。2、同一時刻只能由一個主模塊占有總線，通過仲裁電路裁決各主模塊同時請求系統(tǒng)總線的競爭，

22、按負擔(dān)任務(wù)的重要程度預(yù)先安排好各主模塊的優(yōu)先級別或高低順序。3、這種結(jié)構(gòu)模塊之間的通信主要依靠存儲器來實現(xiàn)，大部分系統(tǒng)采用公共存儲器方式。 多微處理器結(jié)構(gòu)的計算機多微處理器結(jié)構(gòu)的計算機數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng) 共享存總線結(jié)構(gòu)CNC硬件結(jié)構(gòu) FANUC BUS操作面板圖形顯示模塊(CPU)通訊模塊(CPU)自動編程模塊(CPU)主存儲器模塊插補模塊(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)動單元主軸單元FANUC 15系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)共享存儲器結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)特征：結(jié)構(gòu)特征： 面向共公存儲器來設(shè)計的，即采用多端口來實現(xiàn)各主模塊之間的互連和通訊， 采用多端

23、口控制邏輯來解決多個模塊同時訪問多端口存儲器沖突的矛盾。由于多端口存儲器設(shè)計較復(fù)雜，而且對兩個以上的主模塊，會因爭用存儲器可能造成存儲器傳輸信息的阻塞，所以這種結(jié)構(gòu)一般采用雙端口存儲器（雙端口RAM）。 共享存儲器結(jié)構(gòu)CNC硬件結(jié)構(gòu) 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2.3 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng)和開放式數(shù)控系統(tǒng) 基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)各功能模塊間的通訊是按照SERCOS（Serial Communication System）協(xié)議進行的。圖4-7表示了SERCOS協(xié)議通訊的原理。由一個控制器和若干個伺服驅(qū)動器構(gòu)成通訊回路。通訊以循環(huán)方式進行，每個循環(huán)的時間可設(shè)定為62s、125s、250s或其整

24、數(shù)倍。循環(huán)時間的長短以保證控制器和伺服驅(qū)動器間的同步通訊為前提。圖中的Master表示運動控制器，Slave i表示連接在控制環(huán)路中的第i個伺服驅(qū)動器，MST表示同步信息，ATi表示第i個伺服驅(qū)動器發(fā)送的數(shù)據(jù)，MDT為控制器發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)。開放式結(jié)構(gòu)開放式結(jié)構(gòu) 具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能、具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能、且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進行互操作的系統(tǒng)。且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進行互操作的系統(tǒng)。 系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化(Standardization)與多樣化與多樣化( Diversification)和互換性和互換性(In

25、terchangeability)的特征的特征 允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實現(xiàn)系允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)“積木式積木式”的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的；透明的； 數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)管 理控 制輸入I/O處理顯示診斷通訊速度處理刀具補償譯碼插補位置控制2.3 2.3 數(shù)控系統(tǒng)的軟件數(shù)控系統(tǒng)的軟件2.3.1 數(shù)控系統(tǒng)的軟件的基本任務(wù)CNC的功能輸入輸入、譯碼、譯碼刀具刀具補償、進給補償、進給速度處理速度處理插插補、補、位置控制位置控制I/OI/O接口接口顯示顯示、診斷、診斷1. 輸入 將編寫好的數(shù)控加工程序輸入給CNC系統(tǒng)。方式有：紙

26、帶閱讀機輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入、通訊接口輸入及連接上一級計算機的DNC(Direct Numerical Control)接口輸入。 CNC系統(tǒng)在輸入過程中還要完成校驗和代碼轉(zhuǎn)換等工作，輸入的全部信息都放到CNC系統(tǒng)的內(nèi)部存儲器中。 CNC軟件的基本任務(wù) 譯碼處理是以一個程序段為單位對零件數(shù)控加工程序進行處理，把輸入的零件加工程序翻譯成數(shù)控系把輸入的零件加工程序翻譯成數(shù)控系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)格式。在譯碼過程中，首先對程序段的語法進行檢查，若發(fā)現(xiàn)錯誤，立即報警。若沒有錯誤，則把程序段中的零件輪廓信息（如起點、終點、直線程序段中的零件輪廓信息（如起點、終點、直線或圓弧等）、加工速度信息

27、（或圓弧等）、加工速度信息（F F代碼）和其它輔助信息代碼）和其它輔助信息（M M、S S、T T代碼等）代碼等）按照一定的語法規(guī)則解釋成微處理器能夠識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存單元，準(zhǔn)備為后續(xù)程序使用。 譯碼后的數(shù)據(jù)有兩種存放格式。 1 不按字符格式的存放方法 2 保留字符格式的存放方法2. 2. 譯碼高4位 低4位 說 明 1 3 G 03 2 3 M 03 100 X值 50 Y值 0 Z值 0 I值 50 J值 0 K值 100 F值 不按字符格式的譯碼數(shù)據(jù)存放格式M03 G03 X100. Y50. I0 J50. F100.； 刀具長度補償和半徑補償 刀具半徑

28、補償是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化成刀具中心軌跡，編程員只需按零件輪廓軌跡編程，減輕了工作量。刀具半徑補償處理程序主要進行以下幾項工作： 1 計算本段零件輪廓的終點坐標(biāo)值； 2 根據(jù)刀具的半徑值和刀具補償方向，計算出本段刀具中心軌跡的終點位置； 3 根據(jù)本段和下一段的轉(zhuǎn)接關(guān)系進行段間處理。3. 3. 數(shù)據(jù)預(yù)處理合成速度、坐標(biāo)方向的分速度 速度預(yù)處理程序主要完成以下幾步計算： 1計算本程序段總位移量 2計算每個插補周期內(nèi)的合成進給量 L=Ft/60（m） 式中，F(xiàn) 進給速度值（mm/min）； t 數(shù)控系統(tǒng)的插補周期（ms）。4. 4. 插補和位置控制插補和位置控制 插補的任務(wù)是通過插補計算程序在已知有限

29、信息的基礎(chǔ)上進行“數(shù)據(jù)點的密化”工作，即在起點和終點之間插入一些中間點。 1 根據(jù)速度倍率值計算本次插補周期的實際合成位移量； 2 計算新的坐標(biāo)位置； 3 將合成位移分解到各個坐標(biāo)方向，得到各個坐標(biāo)軸的位置控制指令。 插補程序要實時性 插補 圖 位置控制原理 位置控制是在伺服系統(tǒng)的每個采樣周期內(nèi)，將精插補計算出的理論位置與實際反饋位置信息進行比較，其差值作為伺服調(diào)節(jié)的輸入，經(jīng)伺服驅(qū)動器控制伺服電機。在位置控制中通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標(biāo)的螺距誤差補償和反向間隙補償，以提高機床的定位精度。位置控制是強實時性任務(wù)強實時性任務(wù)，所有計算必須在位置控制周期（伺服周期）內(nèi)完成。伺服周期可以等

30、于插補周期，也可以是插補周期的整數(shù)分之一。 指令位置 +插補輸出 +x2，y2- -位控輸出x3，y3 + X2新，Y2新實 際 位 置 增量x1，y1 實際位置X1新，Y1新 X2舊，Y2舊 X1舊，Y1舊 + + -位置控制1 計算新的指令坐標(biāo)位置 X2新 = X2舊 + x2 Y2新 = Y2舊 + y22 計算實際坐標(biāo)位置 X1新 = X1舊 + x1 Y1新 = Y1舊 + y13 計算位置控制輸出值 x3 = X2新 - X1新 y3 = Y2新 Y1新 位置控制是強實時性任務(wù)，所有計算必須在位置控制周期（伺服周期）內(nèi)完成。伺服周期可以等于插補周期，也可以是插補周期的整數(shù)分之一。 CNC系統(tǒng)是一個獨立的控制單元，在數(shù)控加工中，CNC系統(tǒng)要完成管理和控制兩大任務(wù)。管理軟件要完成的任務(wù)包括輸入輸出處理、顯示、通信、和診斷等?？刂栖浖瓿傻娜蝿?wù)包括譯碼、刀具補償、速度控制、插補和位置控制、輔助功能控制等。 這些任務(wù)中有些可以順序執(zhí)行，有些必須同時執(zhí)行，如： （1） 顯示和控制任務(wù)必須同時執(zhí)行，以便操作人員及時了解機床運行狀態(tài)； （2） 在加工過程中，為使加工過程連續(xù)，譯碼、刀補