《計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)》word版

1、.一、CNC系統(tǒng)的定義與結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)CNC系統(tǒng)）是在硬件數(shù)控的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它用一臺(tái)計(jì)算機(jī)代替先前的數(shù)控裝置所完成的功能。所以，它是一種包含有計(jì)算機(jī)在內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的控制程序執(zhí)行部分或全部數(shù)控功能。依照EIA所屬的數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的定義，CNC是用一個(gè)存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，按照存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的讀寫(xiě)存儲(chǔ)器中的控制程序去執(zhí)行數(shù)控裝置的一部分或全部功能，在計(jì)算機(jī)之外的唯一裝置是接口。目前在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中所用的計(jì)算機(jī)已不再是小型計(jì)算機(jī)，而是微型計(jì)算機(jī)，用微機(jī)控制的系統(tǒng)稱(chēng)為MNC系統(tǒng)，亦統(tǒng)稱(chēng)為CNC系統(tǒng)。由于這二者的控制原理基本相同，因此本章將一并討論這兩種控制系統(tǒng)。由上

2、述定義可知，CNC系統(tǒng)與傳統(tǒng)NC系統(tǒng)的區(qū)別在于：CNC系統(tǒng)附加一個(gè)計(jì)算機(jī)作為控制器的一部分，其組成框圖如圖3-1所示。圖中的計(jì)算機(jī)接收各種輸入信息(如鍵盤(pán)、面板等輸入的指令信息)，執(zhí)行各種控制功能(如插補(bǔ)計(jì)算、運(yùn)行管理等等)。而硬件電路完成其他一些控制操作。圖3-1 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)方框圖圖3-2給出了較詳細(xì)的微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（MNC）方框圖。從圖中可以看出 ，它主要由中央處理單元(CPU)，存儲(chǔ)器、外部設(shè)備以及輸入/輸出接口電路等部分所組成。圖3-2 微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)方框圖圖3-3為某CNC銑床系統(tǒng)中外部設(shè)備通過(guò)其相應(yīng)接口與計(jì)算機(jī)連接的示意圖。圖3-3 某CNC銑床系統(tǒng)中外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)的連接

3、二、CNC系統(tǒng)軟件這里指的是為實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專(zhuān)用軟件，即存放于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的系統(tǒng)程序。它一般由輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序等組成?，F(xiàn)分述如下：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(jìn)行翻譯、整理，按所規(guī)定的格式存放。有些系統(tǒng)還要進(jìn)一步進(jìn)行刀具半徑偏移的計(jì)算，或?yàn)椴逖a(bǔ)運(yùn)算和速度控制等進(jìn)行一些預(yù)處理?？傊?，輸入數(shù)據(jù)處理程序一般包括下述三項(xiàng)內(nèi)容：(1) 輸入。輸入到CNC裝置的有零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。其輸入方式有光電閱讀機(jī)紙帶輸入、鍵盤(pán)輸入、磁盤(pán)輸入、磁帶輸入、開(kāi)關(guān)量輸入和連接上一

4、級(jí)計(jì)算機(jī)的DNC接口輸入。從CNC裝置的工作方式看，分為存儲(chǔ)工作方式輸入和NC工作方式輸入。所謂存儲(chǔ)工作方式，是將加工的零件程序一次且全部輸入到CNC裝置的內(nèi)存中，加工時(shí)再?gòu)拇鎯?chǔ)器逐個(gè)程序段調(diào)出。所謂NC工作方式是指CNC系統(tǒng)邊輸入邊加工，即在前一個(gè)程序段正在加工時(shí)，輸入后一個(gè)程序段內(nèi)容。對(duì)于系統(tǒng)程序，有的固化在PROM中，有的亦是用閱讀機(jī)輸入。無(wú)論是用閱讀機(jī)輸入零件加工程序還是系統(tǒng)程序，均有一個(gè)閱讀機(jī)中斷處理程序及輸入管理程序。前者的作用是將字符從閱讀機(jī)讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)的緩沖器，一次中斷只讀一個(gè)字符，中斷信號(hào)由中導(dǎo)孔產(chǎn)生。輸入管理程序負(fù)責(zé)緩沖器的管理、讀入字符的存放及閱讀機(jī)的啟停(另有硬件啟停開(kāi)

5、關(guān))等。(2) 譯碼。在輸入的零件加工程序中含有零件的輪廓信息(線(xiàn)型、起終點(diǎn)坐標(biāo))、要求的加工速度以及其他的輔助信息(換刀、冷卻液開(kāi)停等)，這些信息在計(jì)算機(jī)作插補(bǔ)運(yùn)算與控制操作之前必須翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語(yǔ)言，譯碼程序就承擔(dān)著此項(xiàng)任務(wù)。在譯碼過(guò)程中，還要完成對(duì)程序段的語(yǔ)法檢查，若發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤便立即報(bào)警。(3) 數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能的處理等。刀具半徑補(bǔ)償是把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)化成刀具中心軌跡。速度計(jì)算是解決該加工數(shù)據(jù)段以什么樣的速度運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。需說(shuō)明的是，最佳切削速度的確定是一個(gè)工藝問(wèn)題，CNC系統(tǒng)僅僅是保證編程速度的可靠實(shí)現(xiàn)。另外，諸如換刀、主軸啟停

6、、冷卻液開(kāi)停等輔助功能也在此程序中處理。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)輸入數(shù)據(jù)處理的程序的實(shí)時(shí)性要求不高。輸入數(shù)據(jù)處理進(jìn)行得充分一些，可減輕加工過(guò)程中實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的插補(bǔ)運(yùn)算及速度控制程序的負(fù)擔(dān)。2、插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制程序插補(bǔ)運(yùn)算程序完成NC系統(tǒng)中插補(bǔ)器的功能，即實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸脈沖分配的功能。脈沖分配包括點(diǎn)位、直線(xiàn)以及曲線(xiàn)三個(gè)方面，由于現(xiàn)代微機(jī)具有完善的指令系統(tǒng)和相應(yīng)的算術(shù)子程序，給插補(bǔ)計(jì)算提供了許多方便?？梢圆捎靡恍└奖愕臄?shù)學(xué)方法提高輪廓控制的精度，而不必顧忌會(huì)增加硬件線(xiàn)路。插補(bǔ)計(jì)算是實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的程序，要盡可能減少該程序中的指令條數(shù)，即縮短進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算的時(shí)間。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間直接決定了插補(bǔ)進(jìn)給的最高速度。在有些系統(tǒng)

7、中還采用粗插補(bǔ)與精插補(bǔ)相結(jié)合的方法，軟件只作粗插補(bǔ)，即每次插補(bǔ)一個(gè)小線(xiàn)段；硬件再將小線(xiàn)段分成單個(gè)脈沖輸出，完成精插補(bǔ)。這樣既可提高進(jìn)給速度，又能使計(jì)算機(jī)空出更多的時(shí)間進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理。插補(bǔ)運(yùn)算的結(jié)果輸出，經(jīng)過(guò)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)，去帶動(dòng)伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，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(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電機(jī)。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)方向的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償，以提高機(jī)床的定位精度。3、速度控制程序編程所給的刀具移動(dòng)速度，是在各坐標(biāo)的合成方向上的速度。速

8、度處理首先要做的工作是根據(jù)合成速度來(lái)計(jì)算各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)方向的分速度。前已述及，速度指令以?xún)煞N方式給出，一種是以每分鐘進(jìn)給量(或代碼)給出；另一種是以主軸每轉(zhuǎn)毫米數(shù)給出。銑床和加工中心以前一種為多數(shù)，而車(chē)床則以后一種為多數(shù)，或者二者都有之。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(bǔ)運(yùn)算的頻率，以保證按預(yù)定速度進(jìn)給。當(dāng)速度明顯突變時(shí)，要進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，避免速度突變?cè)斐伤欧到y(tǒng)的失調(diào)。速度控制可以用兩種方法實(shí)現(xiàn)：一種是用軟件方法，如程序計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)；另一種用定時(shí)計(jì)數(shù)電路由外部時(shí)鐘計(jì)數(shù)運(yùn)用中斷方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，用軟件對(duì)速度控制數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并與硬件

9、的速度積分器相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)高性能的恒定合成速度控制，并大大提高插補(bǔ)進(jìn)給的速度。4、系統(tǒng)管理程序?yàn)閿?shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過(guò)程服務(wù)的各個(gè)程序均由系統(tǒng)管理程序進(jìn)行調(diào)度，因此，它是實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。管理程序還要對(duì)面板命令、時(shí)鐘信號(hào)、故障信號(hào)等引起的中斷進(jìn)行處理。水平較高的管理程序可使多道程序并行工作，如在插補(bǔ)運(yùn)算與速度控制的空閑時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入處理，即調(diào)用各功能子程序，完成下一數(shù)據(jù)段的讀入、譯碼和數(shù)據(jù)處理工作，且保證在本數(shù)據(jù)段加工過(guò)程中將下一數(shù)據(jù)段準(zhǔn)備完畢。一旦本數(shù)據(jù)段加工完畢就立即開(kāi)始下一數(shù)據(jù)段的插補(bǔ)加工。有的管理程序還安排進(jìn)行自動(dòng)編程工作，或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行必要的預(yù)防性診斷。5、診

10、斷程序診斷程序可以在運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指示出故障的類(lèi)型。也可以在運(yùn)行前或發(fā)生故障后，檢查各種部件(接口、開(kāi)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(duì)于不正常的部件給予顯示，便于維修人員能及時(shí)處理。三、計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)與NC系統(tǒng)相比，CNC系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)有：靈活性    這是CNC系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)的NC系統(tǒng)，一旦提供了某些控制功能，就不能被改變，除非改變相應(yīng)的硬件。而對(duì)于CNC系統(tǒng)，只要改變相應(yīng)的控制程序就可以補(bǔ)充和開(kāi)發(fā)新的功能，并不必制造新的硬件。CNC系統(tǒng)能夠隨著工廠(chǎng)的發(fā)展而

11、發(fā)展，也能適應(yīng)將來(lái)改變工藝的要求。在CNC設(shè)備安裝之后，新的技術(shù)還可以補(bǔ)充到系統(tǒng)中去，這就延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用期限。因此，CNC系統(tǒng)具有很大的“柔性”靈活性。 1、 通用性    在 CNC 系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)采用模塊結(jié)構(gòu)，依靠軟件變化來(lái)滿(mǎn)足被控設(shè)備的各種不同要求。采用標(biāo)準(zhǔn)化接口電路，給機(jī)床制造廠(chǎng)和數(shù)控用戶(hù)帶來(lái)了許多方便。于是，用一種 CNC 系統(tǒng)就可能滿(mǎn)足大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床 (包括車(chē)床、銑床、加工中心、鉆鏜床等) 的要求，還能滿(mǎn)足某些別的設(shè)備應(yīng)用。當(dāng)用戶(hù)要求某些特殊功能時(shí)，僅僅是改變某些軟件而已。由于在工廠(chǎng)中使用同一類(lèi)型的控制系統(tǒng)，培訓(xùn)和學(xué)習(xí)也十分方便。 2、 可靠性&#

12、160;   在CNC系統(tǒng)中，加工程序常常是一次送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)，避免了在加工過(guò)程中由于紙帶輸入機(jī)的故障而產(chǎn)生的停機(jī)現(xiàn)象 (普通數(shù)控裝置的故障有一半以上發(fā)生在逐段光電輸入時(shí)) 。同時(shí)，由于許多功能都由軟件實(shí)現(xiàn)，硬件系統(tǒng)所需元器件數(shù)目大為減少，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大大改善，特別是隨著大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的采用，系統(tǒng)可靠性更為提高。據(jù)美國(guó)第13屆 NCS 年會(huì)統(tǒng)計(jì)的世界上數(shù)控系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間是：硬線(xiàn)NC系統(tǒng)為136h ，小型計(jì)算機(jī)CNC系統(tǒng)為984h ，而微處理機(jī) CNC 系統(tǒng)據(jù)日本發(fā)那科公司宣稱(chēng)已達(dá)23000h 。 3、 易于實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜的功能 

13、0;  CNC 系統(tǒng)可以利用計(jì)算機(jī)的高度計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)一些高級(jí)的復(fù)雜的數(shù)控功能。刀具偏移、英公制轉(zhuǎn)換、固定循環(huán)等都能用適當(dāng)?shù)能浖绦蛴枰詫?shí)現(xiàn)；復(fù)雜的插補(bǔ)功能，例如拋物線(xiàn)插補(bǔ)、螺旋線(xiàn)插補(bǔ)等也能用軟件方法來(lái)解決；刀具補(bǔ)償也可在加工過(guò)程中進(jìn)行計(jì)算；大量的輔助功能都可以被編程；子程序概念的引入，大大簡(jiǎn)化了程序編制。 4、 使用維修方便CNC 系統(tǒng)的一個(gè)吸引人的特點(diǎn)是有一套診斷程序，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能顯示出故障信息，使操作和維修人員能了解故障部位，減少了維修的停機(jī)時(shí)間。另外，還可以備有數(shù)控軟件檢查程序，防止輸入非法數(shù)控程序或語(yǔ)句，這將給編程帶來(lái)許多方便。有的CNC系統(tǒng)還有對(duì)話(huà)編程、藍(lán)圖編

14、程，使程序編制簡(jiǎn)便，不需很高水平的專(zhuān)業(yè)編程人員。零件程序編好后，可顯示程序，甚至通過(guò)空運(yùn)行，將刀具軌跡顯示出來(lái)，檢驗(yàn)程序是否正確。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)    一、CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和表面安裝技術(shù)的發(fā)展，CNC系統(tǒng)硬件模塊及安裝方式不斷改進(jìn)。從CNC系統(tǒng)的總體安裝結(jié)構(gòu)看，有整體式結(jié)構(gòu)和分體式結(jié)構(gòu)兩種。所謂整體式結(jié)構(gòu)是把 CRT 和 MDI 面板、操作面板以及功能模塊板組成的電路板等安裝在同一機(jī)箱內(nèi)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝，但有時(shí)可能造成某些信號(hào)連線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)。分體式結(jié)構(gòu)通常把 CRT 和 MDI 面板、操作面板等做成一個(gè)部件，而把功能

15、模塊組成的電路板安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，兩者之間用導(dǎo)線(xiàn)或光纖連接。許多 CNC 機(jī)床把操作面板也單獨(dú)作為一個(gè)部件，這是由于所控制機(jī)床的要求不同，操作面板相應(yīng)地要改變，做成分體式的有利于更換和安裝。 CNC 操作面板在機(jī)床上的安裝形式有吊掛式、床頭式、控制柜式、控制臺(tái)式等多種。 從組成CNC系統(tǒng)的電路板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，有兩種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，即大板式結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)。大板式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，一個(gè)系統(tǒng)一般都有一塊大板，稱(chēng)為主板。主板上裝有主 CPU 和各軸的位置控制電路等。其他相關(guān)的子板 ( 完成一定功能的電路板 ) ，如 ROM 板、零件程序存儲(chǔ)器板和 PLC 板都直接插在主板上面，組成 CNC 系統(tǒng)的核心部分

16、。由此可見(jiàn)，大板式結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可靠性高，價(jià)格低，有很高的性能 / 價(jià)格比，也便于機(jī)床的一體化設(shè)計(jì)。大板結(jié)構(gòu)雖有上述優(yōu)點(diǎn)，但它的硬件功能不易變動(dòng)，不利于組織生產(chǎn)。 另外一種柔性比較高的結(jié)構(gòu)就是總線(xiàn)模塊化的開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是將微處理機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制分別做成插件板 ( 稱(chēng)為硬件模塊 ) ，甚至將微處理機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制組成獨(dú)立微計(jì)算機(jī)級(jí)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。硬軟件模塊形成一個(gè)特定的功能單元，稱(chēng)為功能模塊。功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，成為工廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，彼此可以進(jìn)行信息交換。于是可以積木式組成 CNC 系統(tǒng)，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，有良好的

17、適應(yīng)性和擴(kuò)展性，試制周期短，調(diào)整維護(hù)方便，效率高。 從 CNC 系統(tǒng)使用的微機(jī)及結(jié)構(gòu)來(lái)分， CNC 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)一般分為單微處理機(jī)和多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。初期的 CNC 系統(tǒng)和現(xiàn)有一些經(jīng)濟(jì)型 CNC 系統(tǒng)采用單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)。而多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床高進(jìn)給速度、高加工精度和許多復(fù)雜功能的要求，也適應(yīng)于并入 FMS 和 CIMS 運(yùn)行的需要，從而得到了迅速的發(fā)展，它反映了當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的新水平。 二、單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)在單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)微處理機(jī)，實(shí)行集中控制，并分時(shí)處理數(shù)控的各個(gè)任務(wù)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：（1） CNC裝置內(nèi)僅有一個(gè)微處理機(jī)，由它對(duì)存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、CRT顯示

18、等功能集中控制分時(shí)處理。（2） 微處理機(jī)通過(guò)總線(xiàn)與存儲(chǔ)器、輸入輸出控制等各種接口相連，構(gòu)成CNC裝置。（3） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。（4） 正是由于只有一個(gè)微處理機(jī)集中控制，其功能將受微處理機(jī)字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的限制。（5） 圖3-2給出的是即是單微處理機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。三、多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的CNC是把機(jī)床數(shù)字控制這個(gè)總?cè)蝿?wù)劃分為子任務(wù)(也稱(chēng)為子功能模塊)。在硬件方面，以多個(gè)微處理機(jī)配以相應(yīng)的接口形成多個(gè)子系統(tǒng)，把劃分的子任務(wù)分配給不同的子系統(tǒng)承擔(dān)，由各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作完成數(shù)控。在多微處理機(jī)的結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理機(jī)構(gòu)成的子系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間采用緊耦合，

19、有集中的操作系統(tǒng)，共享資源；或者有兩個(gè)或兩個(gè)以上的微處理機(jī)構(gòu)成的功能模塊，功能模塊之間采用松耦合，有多重操作系統(tǒng)有效地實(shí)現(xiàn)并行處理。應(yīng)注意的是，有的CNC裝置雖然有兩個(gè)以上的微處理機(jī)，但其中只有一個(gè)微處理機(jī)能夠控制系統(tǒng)總線(xiàn)，占有總線(xiàn)資源， 而其他微處理機(jī)成為專(zhuān)用的智能部件，不能控制系統(tǒng)總線(xiàn)，不能訪(fǎng)問(wèn)主存儲(chǔ)器。它們組成主從結(jié)構(gòu)，故應(yīng)歸于單微處理機(jī)的結(jié)構(gòu)中。1、 多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)性能價(jià)格比高。此種結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)微處理機(jī)各完成系統(tǒng)中指定的一部分功能，獨(dú)立執(zhí)行程序。它比單微處理機(jī)結(jié)構(gòu)提高了計(jì)算處理速度，適應(yīng)了多軸控制、高精度、高進(jìn)給速度、高效率的數(shù)控要求。由于系統(tǒng)的資源共享，而單個(gè)微處理機(jī)的價(jià)格又

20、比較便宜，使CNC系統(tǒng)的性能價(jià)格比大為提高。     (2) 采用模塊化結(jié)構(gòu)具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。前已述及，在這種結(jié)構(gòu)中可以將微處理機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制分別做成插件板 ( 即硬件模塊 ) ，其相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，這種模塊化的結(jié)構(gòu)使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，試制周期短，結(jié)構(gòu)緊湊，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。 可靠性高。多微處理機(jī)的CNC裝置由于每個(gè)微處理機(jī)分管各自的任務(wù)，形成若干模塊，即使某個(gè)模塊出了故障，其他模塊仍照常工作，不像單微處理機(jī)那樣，一旦出故障，整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓。由于更換插件模塊較為方便，可使故障對(duì)系統(tǒng)的影響減到最小程度。另外，由于資源共享，省去了一些重復(fù)機(jī)構(gòu)，

21、這不但使造價(jià)降低，也提高了可靠性。 （1）   硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)。 由于一般的硬件都是通用的，容易配置，只要開(kāi)發(fā)新的軟件就可構(gòu)成不同的 CNC 系統(tǒng)，便于組織規(guī)模生產(chǎn)，形成批量，且保證質(zhì)量。 2、 多微處理機(jī)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)在多微處理機(jī)組成的CNC裝置中，可以根據(jù)具體情況合理劃分其功能模塊，一般來(lái)說(shuō)，基本由CNC管理模塊、CNC插補(bǔ)模塊、位置控制模塊、PC模塊、操作和控制數(shù)據(jù)輸入輸出和顯示模塊、存儲(chǔ)器模塊這6種功能模塊組成，若需要擴(kuò)充功能，再增加相應(yīng)的模塊。這些模塊之間互連與通信是在機(jī)柜內(nèi)耦合，典型的有共享總線(xiàn)和共享存儲(chǔ)器兩類(lèi)結(jié)構(gòu)。（1）共享總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。以系統(tǒng)總線(xiàn)為中心的多微處

22、理機(jī)CNC裝置，把組成CNC器件的各種RAM/ROM或I/O從模塊兩大類(lèi)。所有主、從模塊都插在配有總線(xiàn)插座的機(jī)柜內(nèi)，共享嚴(yán)格設(shè)計(jì)定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線(xiàn)。系統(tǒng)總線(xiàn)的作用是把各個(gè)模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種數(shù)據(jù)和控制信息，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的功能。在系統(tǒng)中只有主模塊有權(quán)控制使用系統(tǒng)總線(xiàn)。由于某一時(shí)刻只能由一個(gè)主模塊占有總線(xiàn)，必須要有仲裁電路來(lái)裁決多個(gè)主模塊同時(shí)請(qǐng)求使用系統(tǒng)總線(xiàn)的競(jìng)爭(zhēng)，每個(gè)主模塊按其擔(dān)負(fù)任務(wù)的重要程度已預(yù)先安排好優(yōu)先級(jí)別的順序?？偩€(xiàn)仲裁的目的，也就是在它們爭(zhēng)用總線(xiàn)時(shí)，判別出各模塊優(yōu)先權(quán)的高低。這種結(jié)構(gòu)模塊之間的通信，主要依靠存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。大部分系統(tǒng)采取公共存儲(chǔ)器方

23、式。公共存儲(chǔ)器直接插在系統(tǒng)總線(xiàn)上，有總線(xiàn)使用權(quán)的住模塊都能訪(fǎng)問(wèn)。使用公共存儲(chǔ)器的通信方式雙方都要占用系統(tǒng)總線(xiàn)，可供任意兩個(gè)主模塊交換信息。圖3-4是多微處理機(jī)共享總線(xiàn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中的多微處理機(jī)共享總線(xiàn)時(shí)會(huì)引起“競(jìng)爭(zhēng)”，使信息傳輸率降低，總線(xiàn)一旦出現(xiàn)故障，會(huì)影響全局。但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)配置靈活，無(wú)源總線(xiàn)造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)而常被采用。圖3-4 多微處理器共享總線(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖（2）共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。這種多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)各微處理機(jī)之間的互聯(lián)和通信。由多端口控制邏輯電路來(lái)解決訪(fǎng)問(wèn)沖突。由于同一時(shí)刻只能有一個(gè)微處理機(jī)對(duì)多端口存儲(chǔ)器讀或?qū)?，所以功能?fù)雜而要求微處理機(jī)數(shù)量增多時(shí)，會(huì)因爭(zhēng)用共享而造

24、成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率，因此擴(kuò)展功能很困難。圖3-5是一個(gè)雙端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖，它配有兩套數(shù)據(jù)、地址和控制線(xiàn)，可供兩個(gè)端口訪(fǎng)問(wèn)，訪(fǎng)問(wèn)優(yōu)先權(quán)預(yù)先安排好。兩個(gè)端口同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，由內(nèi)部硬件裁由內(nèi)部硬件裁決其中一個(gè)端口優(yōu)先訪(fǎng)問(wèn)。圖3-6是多微處理機(jī)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖。 圖3-5 雙端口存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖 圖3-6 多微處理機(jī)共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)框圖二、CNC系統(tǒng)的控制軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) CNC系統(tǒng)是一個(gè)專(zhuān)用的實(shí)時(shí)多任務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在它的控制軟件中融合了當(dāng)今計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)中的許多先進(jìn)技術(shù)，其中最突出的是多任務(wù)并行處理和多重實(shí)時(shí)中斷。下面分別加以介紹。1、多任務(wù)并行處理(1) CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性。CNC系統(tǒng)通常作

25、為一個(gè)獨(dú)立的過(guò)程控制單元用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中，因此它的系統(tǒng)軟件必須完成管理和控制兩大任務(wù)。系統(tǒng)的管理部分包括輸入、I/O處理、顯示和診斷。系統(tǒng)的控制部分包括譯碼、刀具補(bǔ)償、速度處理、插補(bǔ)和位置控制。在許多情況下，管理和控制的某些工作必須同時(shí)進(jìn)行。例如，當(dāng)CNC系統(tǒng)工作在加工控制狀態(tài)時(shí)，為了使操作人員能及時(shí)地了解CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)，管理軟件中的顯示模塊必須與控制軟件同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)CNC系統(tǒng)工作在NC加工方式時(shí)，管理軟件中的零件程序輸入模塊必須與控制軟件同時(shí)運(yùn)行。而當(dāng)控制軟件運(yùn)行時(shí)，其本身的一些處理模塊也必須同時(shí)運(yùn)行。例如，為了保證加工過(guò)程的連續(xù)性，即刀具在各程序段之間不停刀，譯碼、刀具補(bǔ)償和速度

26、處理模塊必須與插補(bǔ)模塊同時(shí)運(yùn)行，而插補(bǔ)又必須與位置控制同時(shí)進(jìn)行。下面給出CNC系統(tǒng)的任務(wù)分解圖(圖3-10(a)和任務(wù)并行處理關(guān)系圖(圖3-10(b)。在圖3-10(b)中,雙向箭頭表示兩個(gè)模塊之間有并行處理關(guān)系。 (2) 并行處理的概念。并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)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。并行處理最顯著的優(yōu)點(diǎn)是提高了運(yùn)算速度。拿n位串行運(yùn)算和n位并行運(yùn)算來(lái)比較，在元件處理速度相同的情況下，后者運(yùn)算速度幾乎提高為前者的n倍。這是一種資源重復(fù)的并行處理方法，它是根據(jù)“以數(shù)量取勝”的原則大幅度提高運(yùn)算速度的。但是并行處理還不止于設(shè)備的簡(jiǎn)單重復(fù)，它還有更多的含義。如

27、時(shí)間重疊和資源共享。所謂時(shí)間重疊是根據(jù)流水線(xiàn)處理技術(shù)，使多個(gè)處理過(guò)程在時(shí)間上相互錯(cuò)開(kāi)，輪流使用同一套設(shè)備的幾個(gè)部分。而資源共享則是根據(jù)“分時(shí)共享”的原則，使多個(gè)用戶(hù)按時(shí)間順序使用同一套設(shè)備。目前在CNC系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，已廣泛使用資源重復(fù)的并行處理方法，如采用多CPU的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)來(lái)提高系統(tǒng)的速度。而在CNC系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中則主要采用資源分時(shí)共享和資源重疊的流水線(xiàn)處理技術(shù)。(3) 資源分時(shí)共享。在單CPU的CNC系統(tǒng)中，主要采用CPU分時(shí)共享的原則來(lái)解決多任務(wù)的同時(shí)運(yùn)行。一般來(lái)講，在使用分時(shí)共享并行處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，首先要解決的問(wèn)題是各任務(wù)占用CPU時(shí)間的分配原則，這里面有兩方面的含義：其一

28、是各任務(wù)何時(shí)占用CPU；其二是允許各任務(wù)占用CPU的時(shí)間長(zhǎng)短。在CNC系統(tǒng)中，對(duì)各任務(wù)使用CPU是用循環(huán)輪流和中斷優(yōu)先相結(jié)合的方法來(lái)解決。圖3-10(c)是一個(gè)典型CNC系統(tǒng)各任務(wù)分時(shí)共享CPU的時(shí)間分配圖。系統(tǒng)在完成初始化以后自動(dòng)進(jìn)入時(shí)間分配環(huán)中，在環(huán)中依次輪流處理各任務(wù)。而對(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)，分別放在不同中斷優(yōu)先級(jí)上，環(huán)外的任務(wù)可以隨時(shí)中斷環(huán)內(nèi)各任務(wù)的執(zhí)行。每個(gè)任務(wù)允許占有CPU的時(shí)間受到一定限制，通常是這樣處理的，對(duì)于某些占有CPU時(shí)間比較多的任務(wù)，如插補(bǔ)準(zhǔn)備，可以在其中的某些地方設(shè)置斷點(diǎn)，當(dāng)程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處時(shí)，自動(dòng)讓出CPU，待到下一個(gè)運(yùn)行時(shí)間里自動(dòng)跳到斷點(diǎn)處

29、繼續(xù)執(zhí)行。(4) 資源重疊流水處理。當(dāng)CNC系統(tǒng)處在NC工作方式時(shí)，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程將由零件程序輸入、插補(bǔ)準(zhǔn)備(包括譯碼、刀具補(bǔ)償和速度處理)、插補(bǔ)、位置控制4個(gè)子過(guò)程組成。如果每個(gè)子過(guò)程的處理時(shí)間分別為, ,那么一個(gè)零件程序段的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間將是t=+如果以順序方式處理每個(gè)零件程序段，即第一個(gè)零件程序段處理完以后再處理第二個(gè)程序段，依此類(lèi)推，這種順序處理時(shí)的時(shí)間空間關(guān)系如圖3-11(a)所示。從圖上可以看出，如果等到第一個(gè)程序段處理完之后才開(kāi)始對(duì)第二個(gè)程序段進(jìn)行處理，那么在兩個(gè)程序段的輸出之間將有一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度為t的間隔。同樣在第二個(gè)程序段與第三個(gè)程序段的輸出之間也會(huì)有時(shí)間間隔，依此類(lèi)推。這種時(shí)

30、間間隔反映在電機(jī)上就是電機(jī)的時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)停，反映在刀具上就是刀具的時(shí)走時(shí)停。不管這種時(shí)間間隔多么小，這種時(shí)走時(shí)停在加工工藝上都是不允許的。消除這種間隔的方法是用流水處理技術(shù)。采用流水處理后的時(shí)間空間關(guān)系如圖3-11(b)所示。流水處理的關(guān)鍵是時(shí)間重疊，即在一段時(shí)間間隔內(nèi)不是處理一個(gè)子過(guò)程，而是處理兩個(gè)或更多的子過(guò)程。從圖3-11(b)可以看出，經(jīng)過(guò)流水處理后從時(shí)間開(kāi)始，每個(gè)程序段的輸出之間不再有間隔，從而保證了電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和刀具移動(dòng)的連續(xù)性。從圖3-11（b）中可以看出，流水處理要求沒(méi)一個(gè)處理子程序的運(yùn)算時(shí)間相等。而在CNC系統(tǒng)中每一個(gè)子程序所需的處理時(shí)間都是不相等的，解決的辦法是取最長(zhǎng)的子程序處理時(shí)間

31、為處理時(shí)間間隔。這樣當(dāng)處理時(shí)間較短的子程序時(shí)，處理完成之后就進(jìn)入等待狀態(tài)。(a) 順序處理(b) 流水處理圖3-11 資源重疊流水處理在單CPU的CNC裝置中，流水處理的時(shí)間重疊只有宏觀(guān)的意義，即在一段時(shí)間內(nèi)，CPU處理多個(gè)子程序，但從微觀(guān)上看，各子程序分時(shí)占用CPU時(shí)間。2、實(shí)時(shí)中斷處理CNC系統(tǒng)控制軟件的另一個(gè)重要特征是實(shí)時(shí)中斷處理。CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性決定了系統(tǒng)中斷成為整個(gè)系統(tǒng)必不可少的重要組成部分。CNC系統(tǒng)的中斷管理主要靠硬件完成，而系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)。其中斷類(lèi)型有外部中斷、內(nèi)部定時(shí)中斷、硬件故障中斷以及程序性中斷等。(1) 外部中斷。主要有紙帶光電閱讀機(jī)讀孔

32、中斷、外部監(jiān)控中斷(如緊急停、量?jī)x到位等)和鍵盤(pán)操作面板輸入中斷。前兩種中斷的實(shí)時(shí)性要求很高，通常把這兩種中斷放在較高的優(yōu)先級(jí)上，而鍵盤(pán)和操作面板輸入中斷則放在較低的中斷優(yōu)先級(jí)上。在有些系統(tǒng)中，甚至用查詢(xún)的方式來(lái)處理它。(2) 內(nèi)部定時(shí)中斷。主要有插補(bǔ)周期定時(shí)中斷和位置采樣定時(shí)中斷。在有些系統(tǒng)中，這兩種定時(shí)中斷合二為一。但在處理時(shí)，總是先處理位置控制，然后處理插補(bǔ)運(yùn)算。(3) 硬件故障中斷。它是各種硬件故障檢測(cè)裝置發(fā)出的中斷，如存儲(chǔ)器出錯(cuò)、定時(shí)器出錯(cuò)、插補(bǔ)運(yùn)算超時(shí)等。(4) 程序性中斷。它是程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報(bào)警中斷，如各種溢出、清零等。三、CNC系統(tǒng)的控制軟件及其工作過(guò)程控制軟件是為

33、完成特定CNC(或MNC)系統(tǒng)各項(xiàng)功能所編制的專(zhuān)用軟件，又稱(chēng)為系統(tǒng)軟件(或系統(tǒng)程序)。因?yàn)镃NC(或MNC)系統(tǒng)的功能設(shè)置與控制方案各不相同，各種系統(tǒng)軟件在結(jié)構(gòu)和規(guī)模上差別很大。系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)與各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)及其將來(lái)的擴(kuò)展有最直接的關(guān)系，是整個(gè)CNC(或MNC)系統(tǒng)研制工作中關(guān)鍵性的和工作量最大的部分。前面曾提到，系統(tǒng)軟件一般由輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理(預(yù)計(jì)算)、插補(bǔ)運(yùn)算、速度控制、輸出控制、管理程序及診斷程序等部分構(gòu)成。下面分別加以介紹。1、輸入CNC系統(tǒng)中一般通過(guò)紙帶閱讀機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤(pán)及鍵盤(pán)輸入零件程序，且其輸入大都采用中斷方式。在系統(tǒng)程序中有相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，如紙帶閱讀機(jī)中斷服務(wù)程序及鍵

34、盤(pán)中斷服務(wù)程序等。當(dāng)紙帶閱讀機(jī)讀入一個(gè)字符至接口中時(shí)，就向主機(jī)發(fā)出中斷，由中斷服務(wù)程序?qū)⒃撟址腿雰?nèi)存。同樣，每按一個(gè)鍵則表示向主機(jī)申請(qǐng)一次中斷，調(diào)出一次鍵盤(pán)服務(wù)程序，對(duì)相應(yīng)的鍵盤(pán)命令進(jìn)行處理。從閱讀機(jī)及鍵盤(pán)輸入的零件程序，一般是經(jīng)過(guò)緩沖器以后，才進(jìn)入零件程序存儲(chǔ)器的。零件程序存儲(chǔ)器的規(guī)模由系統(tǒng)設(shè)計(jì)員確定。一般有幾K字節(jié)，可以存放許多零件程序。例如7360系統(tǒng)的零件程序存儲(chǔ)器為5K，可存放20多個(gè)零件程序。鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)將鍵盤(pán)上打入的字符存入MDI緩沖器，按一下鍵就是向主機(jī)申請(qǐng)一次中斷。其框圖如圖3-16所示。 圖3-16 鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序2、譯碼由前面的討論可知，經(jīng)過(guò)輸入系統(tǒng)的工作，已

35、將數(shù)據(jù)段送入零件程序存儲(chǔ)器。下一步就是由譯碼程序?qū)⑤斎氲牧慵绦驍?shù)據(jù)段翻譯成本系統(tǒng)能識(shí)別的語(yǔ)言。一個(gè)數(shù)據(jù)段從輸入到傳送至插補(bǔ)工作寄存器需經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，如圖3-17所示。 圖3-17 一個(gè)數(shù)據(jù)段經(jīng)歷之過(guò)程 從原理和本質(zhì)上說(shuō)，軟件譯碼與硬件譯碼相同。對(duì)于8單位的紙帶程序，一個(gè)字符占8位。在16位字長(zhǎng)的緩沖器中，一個(gè)字可存放兩個(gè)字符。數(shù)據(jù)段長(zhǎng)的則占的字?jǐn)?shù)多。譯碼程序按次序?qū)⒁粋€(gè)個(gè)字符和相應(yīng)的數(shù)字進(jìn)行比較，若相等了，則說(shuō)明已輸入了該字符。它就好像在硬件譯碼線(xiàn)路中，一個(gè)代碼輸入時(shí)只打開(kāi)相應(yīng)的某一個(gè)與門(mén)一樣。所不同的是譯碼程序是串行工作的，即一個(gè)一個(gè)地比較，一直到相等時(shí)為止。而硬件譯碼線(xiàn)路則是并行工作

36、的，因而速度較快。以ISO碼為例，M為，即M為八進(jìn)制的，S為，T為，F(xiàn)為，因此，在判定數(shù)據(jù)段中是否已編入M，S，T或F字時(shí)，就可以將輸入的字符和這些八進(jìn)制數(shù)相比較，若相等了，則說(shuō)明相應(yīng)的字符已輸入，立即設(shè)立相應(yīng)的標(biāo)志。某一個(gè)字符輸入以后的處理過(guò)程包括：(1) 建立格式標(biāo)志。如果是位格式，則每個(gè)字符所占的格式字的位數(shù)不同。(2) 根據(jù)輸入字符的不同，確定相應(yīng)的存放數(shù)值的地址。例如，M碼的值存放在1000H，S碼的值存放在1002H，；有的系統(tǒng)則對(duì)于各專(zhuān)用地址碼(如N，X，Y，G，M，F(xiàn)等)在存放區(qū)域中都有一個(gè)位移量，該區(qū)域的首址加上地址碼所對(duì)應(yīng)的位移量，就可得到該地址碼所存放的區(qū)域。（3）確定調(diào)

37、用“數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序”的次數(shù)。一個(gè)代碼后總有數(shù)字相接，例如M02，S11，X1000000，。M碼的值最多為2位，是碼最多為2位（或3位），X碼的值最多為7位等。各個(gè)系統(tǒng)不盡相同。但對(duì)某一個(gè)具體系統(tǒng)而言，有一個(gè)規(guī)定值。如果某一個(gè)代碼，它的值得最多為2位，那么只需調(diào)用數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序兩次。所謂數(shù)碼轉(zhuǎn)換，即把輸入的字符（如ASCII碼）轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼在內(nèi)存中存放。將不同字符的處理器程序合并起來(lái)需要一張信息表。該表中沒(méi)一個(gè)字符均有相應(yīng)的一欄。欄中內(nèi)容包括地址偏移量、在格式標(biāo)志字中的位數(shù)及調(diào)用數(shù)碼轉(zhuǎn)換程序的次數(shù)。經(jīng)過(guò)一次的算術(shù)和邏輯運(yùn)算即可以完成譯碼工作。在進(jìn)行譯碼的同時(shí)，系統(tǒng)要對(duì)零件程序作語(yǔ)法檢查，如輸入的

38、數(shù)字個(gè)數(shù)是否大于允許值，不允許帶負(fù)號(hào)的地址碼是否帶了負(fù)號(hào)等。譯碼的結(jié)果存放在規(guī)定的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，存放譯碼結(jié)果的地方叫做譯碼結(jié)果存儲(chǔ)器。譯碼結(jié)果存儲(chǔ)器以規(guī)定的次序存放各代碼的值（二進(jìn)制），且包括一個(gè)程序格式標(biāo)志單元，在該格式標(biāo)志單元中某一位為1，即表示指定的代碼（例如F、S、M）已經(jīng)被編入。為了使用方便，有時(shí)對(duì)G碼、M碼的每一個(gè)值或幾個(gè)值單獨(dú)建立標(biāo)志字。例如，對(duì)關(guān)于插補(bǔ)方式的G00，G01，G02，G03建立一個(gè)標(biāo)志字，該標(biāo)志字為0時(shí)代表已編入了G00，為1時(shí)代表婊入了G01。圖3-18 譯碼程序流程圖3、預(yù)計(jì)算為了減輕插補(bǔ)工作的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理能力，常常在插補(bǔ)運(yùn)算前先進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，例如

39、，確定圓弧平面、刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠?jì)算等。當(dāng)采用數(shù)字積分法時(shí)，可預(yù)先進(jìn)行左移規(guī)格化的處理和積分次數(shù)的計(jì)算等，這樣，可把最直接、最方便形式的數(shù)據(jù)提供給插補(bǔ)運(yùn)算。數(shù)據(jù)預(yù)處理即預(yù)計(jì)算，通常包括刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算、象限及進(jìn)給方向判斷、進(jìn)給速度換算和機(jī)床輔助功能判斷等。在第二章中已對(duì)刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算的方法作了介紹。下面僅敘述速度計(jì)算及控制。進(jìn)給速度的控制方法與系統(tǒng)采用的插補(bǔ)算法有關(guān)，也因不同的伺服系統(tǒng)而有所不同。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，常常采用基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)法，其坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度控制是通過(guò)控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，進(jìn)而控制向步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，速度計(jì)算的方法是根據(jù)編程F值來(lái)確定這個(gè)頻率值。通常有程序延

40、時(shí)法和中斷法兩種。(1) 程序延時(shí)法。程序延時(shí)法又稱(chēng)為程序計(jì)時(shí)法。這種方法先根據(jù)系統(tǒng)要求的進(jìn)給頻率，計(jì)算出兩次插補(bǔ)運(yùn)算之間的時(shí)間間隔，用CPU執(zhí)行延時(shí)子程序的方法控制兩次插補(bǔ)之間的時(shí)間。改變延時(shí)子程序的循環(huán)次數(shù)，即可改變進(jìn)給速度。(2) 中斷方法。中斷方法或稱(chēng)為時(shí)鐘中斷法，是指每隔規(guī)定的時(shí)間向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算并發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖。因此，改變中斷請(qǐng)求信號(hào)的頻率，就等于改變了進(jìn)給速度。中斷請(qǐng)求信號(hào)可通過(guò)F指令設(shè)定的脈沖信號(hào)產(chǎn)生，也可通過(guò)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器產(chǎn)生。如采用Z80CTC作定時(shí)器，由程序設(shè)置時(shí)間常數(shù)，每定時(shí)到，就向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)，改變時(shí)間常數(shù)就可以改變

41、中斷請(qǐng)求脈沖信號(hào)的頻率。所以，進(jìn)給速度計(jì)算與控制的關(guān)鍵就是如何給定CTC的時(shí)間常數(shù)。在半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)中，則是采用時(shí)間分割的思想，根據(jù)編程的進(jìn)給速度F值將輪廓曲線(xiàn)分割為采樣周期，即迭代周期的進(jìn)給量輪廓步長(zhǎng)的方法。速度計(jì)算的任務(wù)是：當(dāng)直線(xiàn)插補(bǔ)時(shí)，計(jì)算出各坐標(biāo)軸的采樣周期的步長(zhǎng)；當(dāng)插補(bǔ)圓弧時(shí)，為插補(bǔ)程序計(jì)算好步長(zhǎng)分配系數(shù)(有時(shí)也稱(chēng)之為角步距)。另外，在進(jìn)給速度控制中，一般也都有一個(gè)升速、恒速(勻速)和降速的過(guò)程，以適應(yīng)伺服系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保證工作的穩(wěn)定性。此內(nèi)容將在第五章中詳細(xì)介紹。4、插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算是CNC系統(tǒng)中最重要的計(jì)算工作之一。在傳統(tǒng)的NC裝置中，采用硬件電路(插補(bǔ)器)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種軌跡的插

42、補(bǔ)。為了在軟件系統(tǒng)中計(jì)算所需的插補(bǔ)軌跡，這些數(shù)字電路必須由計(jì)算機(jī)的程序來(lái)模擬。利用軟件來(lái)模擬硬件電路的問(wèn)題在于：三軸或三軸以上聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)具有三個(gè)或三個(gè)以上的硬件電路(如每軸一個(gè)數(shù)字積分器)，計(jì)算機(jī)是用若干條指令來(lái)實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)工作的。但是計(jì)算機(jī)執(zhí)行每條指令都須要花費(fèi)一定的時(shí)間，而當(dāng)前有的小型或微型計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度難以滿(mǎn)足NC機(jī)床對(duì)進(jìn)給速度和分頻率的要求。因此，在實(shí)際的CNC系統(tǒng)中，常常采用粗、精插補(bǔ)相結(jié)合的方法，即把插補(bǔ)功能氛圍軟件插補(bǔ)和硬件插補(bǔ)兩部分，計(jì)算機(jī)控制軟件把刀具軌跡分為若干段，而硬件電路再在段的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的“密化”，使刀具軌跡在允許的誤差之內(nèi)，即軟件實(shí)現(xiàn)初插補(bǔ)，硬件實(shí)現(xiàn)精插補(bǔ)

43、。下面以三坐標(biāo)直線(xiàn)插補(bǔ)為例予以說(shuō)明。5、輸出輸出程序的功能是：(1) 進(jìn)行伺服控制。如上所述。(2) 當(dāng)進(jìn)給脈沖改變方向時(shí)，要進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償處理。若某一軸由正向變成負(fù)向運(yùn)動(dòng)，則在反向前輸出Q個(gè)正向脈沖；反之，若由負(fù)向變成正向運(yùn)動(dòng)，則在反向前輸出Q個(gè)負(fù)向脈沖(Q為反向間隙值，可由程序預(yù)置)。(3) 進(jìn)行絲杠螺距補(bǔ)償。當(dāng)系統(tǒng)具有絕對(duì)零點(diǎn)時(shí)，軟件可顯示刀具在任意位置上的絕對(duì)坐標(biāo)值。若預(yù)先對(duì)機(jī)床各點(diǎn)精度進(jìn)行測(cè)量，作出其誤差曲線(xiàn)，隨后將各點(diǎn)修正量制成表格存入數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中。這樣，數(shù)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中就可對(duì)各點(diǎn)坐標(biāo)位置自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高了機(jī)床的精度。(4) M,S,T等輔助功能的輸出。在某些程序

44、段中須要啟動(dòng)機(jī)床主軸、改變主軸速度、換刀等，因此要輸出M，S，T代碼，這些代碼大多數(shù)是開(kāi)、關(guān)控制，由機(jī)床強(qiáng)電執(zhí)行。但哪些輔助功能是在插補(bǔ)輸出之后才執(zhí)行，哪些輔助功能必須在插補(bǔ)輸出前執(zhí)行，需要在軟件設(shè)計(jì)前預(yù)先確認(rèn)。6、管理與診斷軟件一般CNC(MNC)系統(tǒng)中的管理軟件只涉及兩項(xiàng)，即CPU管理和外部設(shè)備管理。由于數(shù)控機(jī)床的加工是以單個(gè)零件為對(duì)象的，一個(gè)零件程序可以分成若干程序段。每個(gè)程序段的執(zhí)行又分成數(shù)據(jù)分析、運(yùn)算、走刀控制、其他動(dòng)作的控制等步驟。通常情況下，這些加工步驟之間多是順序關(guān)系，因此實(shí)際的過(guò)程就是這些預(yù)定步驟的反復(fù)執(zhí)行。在實(shí)際系統(tǒng)中，通常多是采用一個(gè)主程序?qū)⒄麄€(gè)加工過(guò)程串起來(lái)，主控程序?qū)斎氲臄?shù)據(jù)分析判斷后，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序處理，處理完畢后再返回對(duì)數(shù)據(jù)的分析、判斷、運(yùn)算。在主控程序空閑時(shí)(如延時(shí))，可以安排CPU執(zhí)行預(yù)防性診斷程序，或?qū)ι形磮?zhí)行程序段的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理等。在CNC系統(tǒng)