第二章計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)

1、 第二章 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述n一、一、CNC數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床nCNC是數(shù)控機(jī)床的核心。是數(shù)控機(jī)床的核心。 n 數(shù)控裝置的主要是讀入數(shù)控加工程序，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)控裝置的主要是讀入數(shù)控加工程序，將其轉(zhuǎn)換成控制機(jī)床運(yùn)動和輔助功能要求的格式，分別送給進(jìn)給控制機(jī)床運(yùn)動和輔助功能要求的格式，分別送給進(jìn)給電機(jī)控制單元、主軸電機(jī)控制單元和電機(jī)控制單元、主軸電機(jī)控制單元和PLC，具有內(nèi)置，具有內(nèi)置PLC功能的數(shù)控裝置本身具有邏輯量解算功能，直接功能的數(shù)控裝置本身具有邏輯量解算功能，直接將解算結(jié)果送給機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)。具有閉環(huán)控制功將解算結(jié)果送給機(jī)床強(qiáng)電控制系統(tǒng)。具有閉環(huán)控制功能的數(shù)控系統(tǒng)還會讀

2、入機(jī)床位置檢測裝置發(fā)出的實(shí)際能的數(shù)控系統(tǒng)還會讀入機(jī)床位置檢測裝置發(fā)出的實(shí)際位置信號，與指令位置比較后，用其差值控制機(jī)床的位置信號，與指令位置比較后，用其差值控制機(jī)床的移動，可以獲得較高的位置控制精度。移動，可以獲得較高的位置控制精度。CNC數(shù)控機(jī)床的組成框圖可編程控制器主軸驅(qū)動裝置進(jìn)給驅(qū)動裝置機(jī)床加工程序輸入/輸出設(shè)備CNC裝置nCNC數(shù)控機(jī)床由以下幾部分組成：加工程序、數(shù)控機(jī)床由以下幾部分組成：加工程序、輸入輸入/輸出設(shè)備、輸出設(shè)備、CNC裝置、可編程控制器（裝置、可編程控制器（PLC）、）、主軸驅(qū)動裝置、進(jìn)給驅(qū)動裝置和機(jī)床。主軸驅(qū)動裝置、進(jìn)給驅(qū)動裝置和機(jī)床。 機(jī)床I/O電路和裝置測量裝置主

3、軸驅(qū)動裝置進(jìn)給驅(qū)動裝置主軸伺服單元進(jìn)給伺服單元計(jì)算機(jī)數(shù) 控裝 置操作面板PLC計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)控控系系統(tǒng)統(tǒng)機(jī)機(jī) 床床輔助控制機(jī)構(gòu)進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)主運(yùn)動機(jī)構(gòu)鍵盤輸入輸出設(shè)備二、二、CNC的組成的組成n從自動控制的角度來看，從自動控制的角度來看，CNCCNC系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、系統(tǒng)是一種位置（軌跡）、速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行速度（還包括電流）控制系統(tǒng)，其本質(zhì)上是以多執(zhí)行部件部件( (各運(yùn)動軸各運(yùn)動軸) )的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)的位移量、速度為控制對象并使其協(xié)調(diào)運(yùn)動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的調(diào)運(yùn)動的自動控制系統(tǒng)，是一種配有專用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)

4、算機(jī)控制系統(tǒng)。n從外部特征來看，從外部特征來看，CNCCNC系統(tǒng)是由系統(tǒng)是由硬件（通用硬件和專用硬件（通用硬件和專用硬件）和軟件（專用）硬件）和軟件（專用）兩大部分組成的。兩大部分組成的。它們二者是它們二者是相互支持，不可分割的。相互支持，不可分割的。CNC的工作是在硬件的支持的工作是在硬件的支持下，由軟件來實(shí)現(xiàn)部分或大部分?jǐn)?shù)控功能。下，由軟件來實(shí)現(xiàn)部分或大部分?jǐn)?shù)控功能。n硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。 CNC系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺硬硬件件操作系統(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

5、量機(jī)測量機(jī) .CNCCNC裝置的組成裝置的組成CNC系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺硬硬件件操作系統(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 測量機(jī)測量機(jī) .CNC系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺硬硬件件操作系統(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 測量機(jī)測量機(jī) .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(jī)機(jī) 床床 機(jī)器人機(jī)器人 測量機(jī)

6、測量機(jī) .n 該平臺有以下兩方面的含義：該平臺有以下兩方面的含義：q提供提供CNCCNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；系統(tǒng)基本配置的必備功能；q在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能在平臺上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和開發(fā)。設(shè)計(jì)和開發(fā)。CNCCNC裝置的組成裝置的組成n1CNC裝置的一般硬件結(jié)構(gòu)裝置的一般硬件結(jié)構(gòu)n 硬件由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三硬件由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成。它是部分組成。它是CNC系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖的硬件系統(tǒng)組成框圖CPUROMRAMIN接口接口OUT接口接口閱讀機(jī)閱讀機(jī)接口接口MDI/CRT接口接口位置位置控

7、制控制其它其它接口接口總線總線CNC的硬件系統(tǒng)組成框圖的硬件系統(tǒng)組成框圖n2CNC裝置軟件的功能性結(jié)構(gòu)裝置軟件的功能性結(jié)構(gòu)n 從本質(zhì)特征來看，從本質(zhì)特征來看，CNC系統(tǒng)軟件是具有實(shí)系統(tǒng)軟件是具有實(shí)時性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征時性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng)，從功能特征來看，該操作系統(tǒng)由來看，該操作系統(tǒng)由CNC管理軟件和管理軟件和CNC控制控制軟件兩部分組成。它是軟件兩部分組成。它是CNC系統(tǒng)活的靈魂。系統(tǒng)活的靈魂。n3CNC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nCNC裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理裝置的系統(tǒng)軟件在系統(tǒng)硬件的支持下，合理地組織、管理整個系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，

8、實(shí)現(xiàn)各種數(shù)地組織、管理整個系統(tǒng)的各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)控功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作者要求，有條不紊控功能，使數(shù)控機(jī)床按照操作者要求，有條不紊地進(jìn)行加工。地進(jìn)行加工。 nCNC系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了系統(tǒng)的硬件和軟件構(gòu)成了CNC系統(tǒng)的系統(tǒng)平系統(tǒng)的系統(tǒng)平臺臺 。該平臺提供。該平臺提供CNC系統(tǒng)基本配置的必備功能；系統(tǒng)基本配置的必備功能；在該平臺上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能控制和在該平臺上可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行功能控制和開發(fā)開發(fā) 。操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)管理軟件管理軟件控制軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機(jī)交互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

9、的軟件系統(tǒng)組成框圖的軟件系統(tǒng)組成框圖CNC裝置的工作原理裝置的工作原理n首先要將被加工零件圖的幾何信息和工藝信息首先要將被加工零件圖的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對運(yùn)動軌跡，用數(shù)字化，即將刀具與工件的相對運(yùn)動軌跡，用代碼按規(guī)定的規(guī)則和格式編成加工程序，數(shù)控代碼按規(guī)定的規(guī)則和格式編成加工程序，數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處系統(tǒng)則按照程序的要求，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動作相互協(xié)調(diào)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的及輔助動作相互協(xié)調(diào)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動，自動完成零件的加工。相對運(yùn)動，自動完成

10、零件的加工。n1.1.逼近處理逼近處理n2.2.插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算n3.3.指令輸出指令輸出三、三、CNC的工作過程的工作過程n工作過程工作過程就是指在硬件的支持下，軟件完成控制功能的過就是指在硬件的支持下，軟件完成控制功能的過程。程。n包括：包括：n1加工程序的輸入加工程序的輸入n2譯碼譯碼n3刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償 n4對進(jìn)給速度進(jìn)行處理對進(jìn)給速度進(jìn)行處理 n5插補(bǔ)插補(bǔ) CNC單元 n6位置處理位置處理 n7/處理處理 n8顯示顯示 n9診斷診斷四、四、CNC的功能的功能nCNC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。n基本功能基本功能數(shù)控系統(tǒng)基

11、本配置的功能，即必備功能；n選擇功能選擇功能用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能。1對軸數(shù)的控制功能n控制功能控制功能n CNC能控制和能聯(lián)動控制的進(jìn)給軸數(shù)。 nCNC的進(jìn)給軸分類：的進(jìn)給軸分類：n 移動軸（X、Y、Z）和回轉(zhuǎn)軸（A、B、C）；n 基本軸和附加軸（U、V、W）。n聯(lián)動控制軸數(shù)越多，CNC系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。2點(diǎn)位運(yùn)動與移動功能(G功能 ) 準(zhǔn)備功能（準(zhǔn)備功能（G G功能）功能） 指令機(jī)床動作方式的功能。如：基本移動、程序暫停、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定、刀具補(bǔ)償、基準(zhǔn)點(diǎn)返回和固定循環(huán)等。3插補(bǔ)功能n插補(bǔ)功能插補(bǔ)功能n插補(bǔ)功能插補(bǔ)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零件輪廓(平面或空間)加工軌跡運(yùn)算的功能

12、。n精插補(bǔ)和粗插補(bǔ)；硬件插補(bǔ)和軟件插補(bǔ)4固定循環(huán)加工功能n固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能n固定循環(huán)功能固定循環(huán)功能是數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能。5進(jìn)給功能 (F功能 )n進(jìn)給功能進(jìn)給功能n進(jìn)給速度的控制功能。q進(jìn)給速度進(jìn)給速度 控制刀具相對工件的運(yùn)動速度，單位為mm/min。q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 mm/r。q快速進(jìn)給速度快速進(jìn)給速度 一般為進(jìn)給速度的最高速度，它通過參數(shù)設(shè)定，用G00指令執(zhí)行快速。 q進(jìn)給倍率（進(jìn)給修調(diào)率）進(jìn)給倍率（進(jìn)給修調(diào)率）人工實(shí)時修調(diào)預(yù)先給定的進(jìn)給速度。6主軸的轉(zhuǎn)速功能n主軸功能（主軸功

13、能（S)S)n 數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能數(shù)控系統(tǒng)的主軸的控制功能。q主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(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/minr/min。q恒線速度控制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。刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能。q主軸定向控制主軸定向控制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。qC C軸控制軸控制主軸周向任意位置控制的功能。主軸周向任意位置控制的功能。q主軸修調(diào)率主軸修調(diào)率人工實(shí)時修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速。人工實(shí)時修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速。7刀具功能及工作臺分度功能n刀具管理功能刀具管理功能n實(shí)現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理

14、功能。實(shí)現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。q刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補(bǔ)償功刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補(bǔ)償功能使用；能使用；q刀具壽命是指時間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r，刀具壽命是指時間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r，CNCCNC系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；qCNCCNC系統(tǒng)都具有刀具號（系統(tǒng)都具有刀具號（T T）管理功能，用于標(biāo)）管理功能，用于標(biāo)識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。識刀庫中的刀具和自動選擇加工刀具。8輔助功能(M功能 )n輔助功能（輔助功能（M M功能）功能）n 用于指令機(jī)床輔助操作的功能。n如：主軸起停、主軸轉(zhuǎn)向、切削液的開關(guān)或刀庫的起停等。9補(bǔ)償功能

15、n補(bǔ)償功能補(bǔ)償功能q刀具半徑和長度補(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。q傳動鏈誤差：傳動鏈誤差：包括螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償功能。q非線性誤差補(bǔ)償功能：非線性誤差補(bǔ)償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及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。10字符和圖形顯示功能n人機(jī)對話功能人機(jī)對話功能n在CNC裝置中這類功能有：q菜單結(jié)構(gòu)操作界面；q零件加工程序的編輯環(huán)境；q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。11自診斷功能n自診斷功能自診斷功能nCNC自動實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障

16、定位的功能。q開機(jī)自診斷；q在線自診斷；q離線自診斷；q遠(yuǎn)程通訊診斷。12輸入、輸出和通信功能n通訊功能通訊功能n CNC與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能。nRS232C接口，可傳送零件加工程序，qDNC接口，可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)控，qMAP(制造自動化協(xié)議)模塊，q網(wǎng)卡：適應(yīng)FMS、CIMS、IMS等制造系統(tǒng)集成的要求。13程序編制功能n手工編程手工編程n背景（后臺）編程背景（后臺）編程 n自動編程自動編程n利用利用CAM系統(tǒng)，可以在線完成和修改系統(tǒng)，可以在線完成和修改零件的三維模型圖設(shè)計(jì)，并可以通過零件的三維模型圖設(shè)計(jì)，并可以通過網(wǎng)絡(luò)直接傳給機(jī)床進(jìn)行加工。網(wǎng)絡(luò)直接傳給機(jī)床進(jìn)行加工。外部設(shè)備功能外部設(shè)

17、備功能n鍵盤n紙帶閱讀機(jī)n外部存儲設(shè)備n紙帶穿孔機(jī)n操作面板n顯示器機(jī)床控制部分功能機(jī)床控制部分功能n位置控制n速度控制n機(jī)床狀態(tài)控制五、五、CNC的特點(diǎn)的特點(diǎn)n1具有比NC更高的柔性n2具有良好的通用性 n3數(shù)控功能不斷增強(qiáng)和擴(kuò)展 n4可靠性越來越高 n5方便了系統(tǒng)的維修和使用 n6易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 第二節(jié)第二節(jié) CNC的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)n一、一、CNC的硬件結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)nCNCCNC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(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)、設(shè)備支持層、設(shè)備層三部分組成。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。計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 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

18、機(jī)控制運(yùn)動控制PMC其他I/O其他設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示設(shè)備輸入/出設(shè)備機(jī) 床機(jī)器人測量機(jī) .CNC的硬件結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu)nCNC裝置從它的硬件組成結(jié)構(gòu)來看，若按其中含有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，可分為單機(jī)系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)：的多少來分，可分為單機(jī)系統(tǒng)和多機(jī)系統(tǒng)：n1.單機(jī)系統(tǒng)單機(jī)系統(tǒng)n 整個整個CNC裝置只有一個裝置只有一個CPU，它集中控制和管理，它集中控制和管理整個系統(tǒng)資源，通過分時處理的方式來實(shí)現(xiàn)各種整個系統(tǒng)資源，通過分時處理的方式來實(shí)現(xiàn)各種NC功功能。其優(yōu)點(diǎn)在于投資小，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。但系能。其優(yōu)點(diǎn)在于投資小，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。但系統(tǒng)功能受到統(tǒng)功能受到CP

19、U字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的限制?，F(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)已被多機(jī)系統(tǒng)的主從度等因素的限制?，F(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)已被多機(jī)系統(tǒng)的主從結(jié)構(gòu)所取代。結(jié)構(gòu)所取代。 n2.多機(jī)系統(tǒng)多機(jī)系統(tǒng) n CNC裝置中有兩個或兩個以上的裝置中有兩個或兩個以上的CPU，即系統(tǒng)中，即系統(tǒng)中的某些功能模塊自身也帶有的某些功能模塊自身也帶有CPU，根據(jù)部件間的相互，根據(jù)部件間的相互關(guān)系又可將其分為：主從結(jié)構(gòu)關(guān)系又可將其分為：主從結(jié)構(gòu) 、多主結(jié)構(gòu)、多主結(jié)構(gòu) 、分布式結(jié)、分布式結(jié)構(gòu)構(gòu) 。單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊的功能n模塊化設(shè)計(jì)方法：將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干具有獨(dú)立功模塊化設(shè)計(jì)方

20、法：將控制系統(tǒng)按功能劃分成若干具有獨(dú)立功能的單元模塊能的單元模塊,并配上相應(yīng)的驅(qū)動軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時按功能的并配上相應(yīng)的驅(qū)動軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時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，即要求選擇不同的功能模塊，并將其插入控制單元母板上，即可組成一個完整的控制系統(tǒng)的方法。其中單元母板一般為總可組成一個完整的控制系統(tǒng)的方法。其中單元母板一般為總線結(jié)構(gòu)的無源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號通路圖線結(jié)構(gòu)的無源母板，它提供模塊間互聯(lián)的信號通路圖2-4。n實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件是總線系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的條件是總線(BUS)標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化。 n1、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(

21、母板母板) n2、顯示模塊、顯示模塊(顯示卡顯示卡)n3、 輸入輸入/輸出模塊輸出模塊(多功能卡多功能卡) n4、電子盤、電子盤(存儲模塊存儲模塊) n5、設(shè)備輔助控制接口模塊、設(shè)備輔助控制接口模塊 n6、位置控制模塊、位置控制模塊n7、功能接口模塊、功能接口模塊 圖圖2-4 單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊單機(jī)或主從結(jié)構(gòu)模塊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)主板計(jì)算機(jī)主板 計(jì)算機(jī)主板是計(jì)算機(jī)主板是CNC裝置的核心。它的主要作用：對輸入到裝置的核心。它的主要作用：對輸入到CNC裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息(零件加工程序，各種零件加工程序，各種I/O信息信息等等)

22、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，向各進(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，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。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。 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線(母板母板) 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)線組成，：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)或信息交換的通道：分?jǐn)?shù)據(jù)總它是計(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：分?jǐn)?shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。線、地址總線、控制總線。2、顯示模塊、顯示模塊(顯示卡顯示卡) 顯示卡的主要作用：接收來自顯示卡的主要作用：接收來自CPU的控制命令和顯

23、示用的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)過的數(shù)據(jù)，經(jīng)過CRT的掃描信號調(diào)制后產(chǎn)生的掃描信號調(diào)制后產(chǎn)生CRT顯示器所需要顯示器所需要的視頻信號，在的視頻信號，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。它是人機(jī)交流的上產(chǎn)生所需要的畫面。它是人機(jī)交流的重要媒介重要媒介 。3、 輸入輸入/輸出模塊輸出模塊(多功能卡多功能卡) 它是它是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。裝置中的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備。4、電子盤、電子盤(存儲模塊存儲模塊) 電子盤是電子

24、盤是CNC裝置特有的存儲模塊。計(jì)算機(jī)的存儲器件裝置特有的存儲模塊。計(jì)算機(jī)的存儲器件有三類：有三類：磁存儲器件，如：軟磁存儲器件，如：軟/硬磁盤；硬磁盤；光存儲器件，如：光存儲器件，如：光盤；光盤；半導(dǎo)體存儲器件，如半導(dǎo)體存儲器件，如 RAM、ROM、FLASH等。等。在在CNC裝置中，常采用電子存儲器件作為外存儲器裝置中，常采用電子存儲器件作為外存儲器 。 5、設(shè)備輔助控制接口模塊、設(shè)備輔助控制接口模塊 設(shè)備輔助控制接口模塊是設(shè)備輔助控制接口模塊是CNC裝置實(shí)現(xiàn)順序裝置實(shí)現(xiàn)順序控制的模塊。它的作用是接收來自操作面板、機(jī)床控制的模塊。它的作用是接收來自操作面板、機(jī)床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、

25、強(qiáng)電柜里的繼電上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫控制的有關(guān)信號，經(jīng)處理后器以及主軸控制、刀庫控制的有關(guān)信號，經(jīng)處理后輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行。輸出去控制相應(yīng)器件的運(yùn)行。 設(shè)備輔助控制接口必須完成兩個任務(wù)：設(shè)備輔助控制接口必須完成兩個任務(wù)： 即電平的轉(zhuǎn)換和功率放大、電氣隔離。即電平的轉(zhuǎn)換和功率放大、電氣隔離。 設(shè)備輔助控制接口的實(shí)現(xiàn)方式：設(shè)備輔助控制接口的實(shí)現(xiàn)方式： 簡單簡單I/O接口板；接口板； PLC控制?？刂?。(分內(nèi)裝型分內(nèi)裝型PLC和獨(dú)立型和獨(dú)立型PLC )圖圖2-5 簡單簡單I/O接口板接口板圖2-6 PLC控制圖 6、位置控制模塊、位置控制模塊 位置控制

26、模塊是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)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，現(xiàn)軌跡控制時，CNC裝置與伺服驅(qū)動系統(tǒng)連接的接口模塊。裝置與伺服驅(qū)動系統(tǒng)連接的接口模塊。 常用的位置控制模塊有：開環(huán)位置控制模塊、閉環(huán)（含半常用的位置控制模塊有：開環(huán)位置控制模塊、閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊。閉環(huán)）位置控制模塊。 7、功能接口模塊、功能接口模塊 該模塊是實(shí)現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板，所有增加該模塊是實(shí)現(xiàn)用戶特定功能要求的接口板，所有增加的功能，必須在的功能，必須在CNC裝置中增加相應(yīng)的接口板才能實(shí)現(xiàn)。裝置中增加相應(yīng)的接口板才能實(shí)現(xiàn)。圖圖2-7 開環(huán)位置控制模塊開環(huán)位置控制模塊圖圖

27、2-8 閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊閉環(huán)（含半閉環(huán)）位置控制模塊1.單微處理器的單微處理器的CNCn單微處理器的單微處理器的CNC是指系統(tǒng)只有一個微處理器是指系統(tǒng)只有一個微處理器作為核心，這個作為核心，這個CPU通過總線連接存儲器和各通過總線連接存儲器和各種接口，采用集中控制、分時處理的方法來完種接口，采用集中控制、分時處理的方法來完成諸如輸入成諸如輸入/輸出、插補(bǔ)計(jì)算、伺服控制等各種輸出、插補(bǔ)計(jì)算、伺服控制等各種任務(wù)。這種系統(tǒng)硬件和軟件結(jié)構(gòu)都比較簡單。任務(wù)。這種系統(tǒng)硬件和軟件結(jié)構(gòu)都比較簡單。n單微處理器單微處理器CNC的結(jié)構(gòu)是以微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)是以微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，微處理

28、器和三總線結(jié)構(gòu)、基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，微處理器和三總線結(jié)構(gòu)、I/O接口、存儲器、串行接口和各種顯示器接接口、存儲器、串行接口和各種顯示器接口等；另外還包括了機(jī)床的控制部分?？诘龋涣硗膺€包括了機(jī)床的控制部分。CPU外部存儲設(shè)備接口RS-232接口人機(jī)交互接口選件接口ROMRAMPLC接口位控單元位控單元位控單元位控單元速度控制單元D/A轉(zhuǎn)換電路M、S、T微機(jī)系統(tǒng)機(jī)床的控制部分 X軸 Y軸 Z軸 主軸總線典型的單微處理器典型的單微處理器裝置結(jié)構(gòu)框圖裝置結(jié)構(gòu)框圖單微處理器單微處理器CNC特點(diǎn)特點(diǎn)n CNC裝置內(nèi)只有一個微處理器，對存儲、裝置內(nèi)只有一個微處理器，對存儲、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入插補(bǔ)運(yùn)算、輸入/輸出控制

29、、輸出控制、CRT顯示等功能顯示等功能實(shí)現(xiàn)集中控制分時處理。實(shí)現(xiàn)集中控制分時處理。n 微處理器通過總線與存儲器、輸入微處理器通過總線與存儲器、輸入/輸出輸出控制等接口電路相連，構(gòu)成控制等接口電路相連，構(gòu)成CNC裝置。裝置。n 結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。2.多微處理器的CNCn 多微處理器多微處理器CNC的的特點(diǎn)特點(diǎn) 能實(shí)現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理能實(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)功能。速度快，可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的系統(tǒng)功能。 容錯能力強(qiáng)，在某模塊出了故障后，容錯能力強(qiáng)，在某模塊出了故障后， 通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作。通過系統(tǒng)重組仍可斷繼續(xù)工作。 多微處理器

30、的多微處理器的CNC主要功能模塊主要功能模塊n CNC管理模塊 ；n CNC插補(bǔ)模塊 ；n 位置控制模塊 ；n PLC模塊 ；n 人機(jī)接口模塊 ；n 存儲器模塊 。 多微處理器的CNC結(jié)構(gòu) n共享總線結(jié)構(gòu)共享總線結(jié)構(gòu)n在共享總線結(jié)構(gòu)中，將各功能模塊插在配有總線插座在共享總線結(jié)構(gòu)中，將各功能模塊插在配有總線插座的機(jī)框內(nèi)，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起，的機(jī)框內(nèi)，由系統(tǒng)總線把各個模塊有效地連接在一起，按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的按照要求交換各種控制指令和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種預(yù)定的功能。功能。n共享存儲器結(jié)構(gòu)共享存儲器結(jié)構(gòu)n在這種多微處理器結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲器來實(shí)現(xiàn)各在這種多微處

31、理器結(jié)構(gòu)，采用多端口存儲器來實(shí)現(xiàn)各微處理器之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)微處理器之間的互連和通信，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。由專門的多端口控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當(dāng)微處理器數(shù)量控制邏輯電路解決訪問的沖突問題。當(dāng)微處理器數(shù)量增多時，往往會由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，增多時，往往會由于爭用共享而造成信息傳輸?shù)淖枞?，降低系統(tǒng)效率。降低系統(tǒng)效率。共享總線結(jié)構(gòu)框圖CNC管理模塊（CPU）主存儲器模 塊操作面板顯示模塊CNC插補(bǔ)模塊（CPU）PLC功能模塊（CPU）位置控制模塊（CPU）主軸控制模塊總線共享總線結(jié)

32、構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)組配靈活、共享總線結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)組配靈活、成本相對較低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。成本相對較低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。 共享存儲器結(jié)構(gòu)框圖插補(bǔ)（CPU2）來自機(jī)床的控 制 信 號輸?shù)綑C(jī)床的控 制 信 號軸控制（CPU3）I/OCPU1CRT（CPU4）共 享存儲器3.CNC的接口的接口n紙帶的光電閱讀機(jī)接口n輸入/輸出（I/O）接口n進(jìn)行必要的信號隔離n進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大n數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換n通信接口n軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系軟件與硬件在實(shí)現(xiàn)各種功能的特點(diǎn)和關(guān)系n關(guān)系：從理論上講，硬件能完成的功能也可以用軟件關(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)

33、現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上來完成。從實(shí)現(xiàn)功能的角度看，軟件與硬件在邏輯上是等價的。是等價的。n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。能困難。n軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對較慢。軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度相對較慢。n軟件、硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配就是軟件、硬件實(shí)現(xiàn)功能的分配就是軟件硬件功軟件硬件功能界面劃分。能界面劃分。n功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價格比功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價格比二、二、CNC的軟件結(jié)構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu)輸 入預(yù)處理位置檢測插補(bǔ)運(yùn)算位置控制速度控制伺服電機(jī)程序硬件硬件硬件硬件硬件軟件

34、軟件軟件軟件 軟件和硬件的功能界面幾種劃分軟件和硬件的功能界面幾種劃分 1CNC的軟、硬件界面的軟、硬件界面2CNC的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)n CNC裝置的多任務(wù)并行處理裝置的多任務(wù)并行處理 CNC的任務(wù)并行處理示意圖的任務(wù)并行處理示意圖n資源分時共享（對單一資源的系統(tǒng)）資源分時共享（對單一資源的系統(tǒng)）n并發(fā)處理和流水處理（對多資源的系統(tǒng)并發(fā)處理和流水處理（對多資源的系統(tǒng) )譯 碼刀具補(bǔ)償速度處理位置控制插 補(bǔ)輸入顯示控制I/O診斷優(yōu)先級順序顯示其它譯碼I/ O刀補(bǔ)位置控制插補(bǔ)運(yùn)算背景程序背 景 程序 初始化1 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 41 2 3 4t1 t2

35、t3 t4 t5 t6 t7 t8 時間 t1 t2 t3 t4 t5 t6 時間 a）順序處理 b）并行處理空 間N3 N2 N1空間N2 N1輸出輸出 分時共享多任務(wù)處理方案分時共享多任務(wù)處理方案 時間重疊流水處理示意圖時間重疊流水處理示意圖 0ms 4ms 8ms 12ms 16ms位置控制 插補(bǔ)運(yùn)算 背景程序 各任務(wù)占用各任務(wù)占用CPU時間示意圖時間示意圖(2)實(shí)時性和優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制實(shí)時性和優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制n實(shí)時性任務(wù)實(shí)時性任務(wù):實(shí)時性是指任務(wù)的執(zhí)行有嚴(yán)格時間要求（任務(wù)實(shí)時性是指任務(wù)的執(zhí)行有嚴(yán)格時間要求（任務(wù)必須規(guī)定時間內(nèi)完成或響應(yīng)），否則將導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果錯誤或必須規(guī)定時間內(nèi)完成或響應(yīng)

36、），否則將導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果錯誤或系統(tǒng)故障的特性。系統(tǒng)故障的特性。n 實(shí)時性任務(wù)分類實(shí)時性任務(wù)分類: 強(qiáng)實(shí)時性任務(wù)（實(shí)時突發(fā)性任務(wù)；實(shí)時周強(qiáng)實(shí)時性任務(wù)（實(shí)時突發(fā)性任務(wù)；實(shí)時周期性任務(wù)）和弱實(shí)時性任務(wù)。期性任務(wù)）和弱實(shí)時性任務(wù)。n優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制 n 搶占式優(yōu)先調(diào)度機(jī)制是指在搶占式優(yōu)先調(diào)度機(jī)制是指在CPU正在執(zhí)行某任務(wù)時，正在執(zhí)行某任務(wù)時，若另一優(yōu)先級更高的任務(wù)請求執(zhí)行，若另一優(yōu)先級更高的任務(wù)請求執(zhí)行，CPU將立即終止正在將立即終止正在執(zhí)行的任務(wù)轉(zhuǎn)而響應(yīng)優(yōu)先級高任務(wù)的請求。優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)執(zhí)行的任務(wù)轉(zhuǎn)而響應(yīng)優(yōu)先級高任務(wù)的請求。優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制是由硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)的，硬件主要提供支持中斷

37、功能制是由硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)的，硬件主要提供支持中斷功能的芯片和電路。軟件主要完成對硬件芯片的初始化、任務(wù)優(yōu)的芯片和電路。軟件主要完成對硬件芯片的初始化、任務(wù)優(yōu)先級定義方式、任務(wù)切換處理（斷點(diǎn)的保護(hù)于恢復(fù)、中斷向先級定義方式、任務(wù)切換處理（斷點(diǎn)的保護(hù)于恢復(fù)、中斷向量的保存與恢復(fù)等）等。量的保存與恢復(fù)等）等。 3.CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式n所謂結(jié)構(gòu)模式是指系統(tǒng)軟件的組織管理所謂結(jié)構(gòu)模式是指系統(tǒng)軟件的組織管理方式，即系統(tǒng)任務(wù)的劃分方式、任務(wù)調(diào)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)模式要解決的問題統(tǒng)集成方

38、法等。結(jié)構(gòu)模式要解決的問題是如何組織和協(xié)調(diào)各個任務(wù)的執(zhí)行，使是如何組織和協(xié)調(diào)各個任務(wù)的執(zhí)行，使之滿足一定的時序配合要求和邏輯關(guān)系，之滿足一定的時序配合要求和邏輯關(guān)系，以滿足以滿足CNC系統(tǒng)的各種控制要求。系統(tǒng)的各種控制要求。 前后臺型軟件結(jié)構(gòu)前后臺型軟件結(jié)構(gòu) 這種模式將這種模式將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩部分：系統(tǒng)軟件劃分成兩部分： 前臺程序和后臺程序。前臺程序和后臺程序。前臺程序前臺程序主要完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、故障診斷等實(shí)時性主要完成插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、故障診斷等實(shí)時性很強(qiáng)的任務(wù)，它是一個實(shí)時中斷服務(wù)程序。很強(qiáng)的任務(wù)，它是一個實(shí)時中斷服務(wù)程序。后臺程序后臺程序(也稱背景程序也稱背景程序)則完

39、成顯示、零件加工程序的編輯則完成顯示、零件加工程序的編輯管理、系統(tǒng)的輸入管理、系統(tǒng)的輸入/輸出、插補(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)處理、輸出、插補(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)處理、速度預(yù)處理速度預(yù)處理)等弱實(shí)時性的任務(wù)，它是一個循環(huán)運(yùn)行的程等弱實(shí)時性的任務(wù)，它是一個循環(huán)運(yùn)行的程序，其在運(yùn)行過程中，不斷地定時被前臺中斷程序所打斷，序，其在運(yùn)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(wù)。前后臺相互配合來完成零件的加工任務(wù)。 前后臺型軟件結(jié)構(gòu)前后臺型軟件結(jié)構(gòu)前臺程序故障處理位置控制插補(bǔ)運(yùn)算后臺程序譯 碼刀補(bǔ)處理速度預(yù)處理輸入/輸出顯示中斷執(zhí)行循環(huán)執(zhí)行前后臺程序運(yùn)行關(guān)系圖前后臺型結(jié)構(gòu)模式的特

40、點(diǎn)前后臺型結(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)度優(yōu)先搶占調(diào)度和循環(huán)調(diào)度。前臺。前臺程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內(nèi)程序的調(diào)度是優(yōu)先搶占式的；前臺和后臺程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。信息交換信息交換: :緩沖區(qū)緩沖區(qū)。前臺和后臺程序之間以及內(nèi)部。前臺和后臺程序之間以及內(nèi)部各子任務(wù)之間的。各子任務(wù)之間的。實(shí)時性差實(shí)時性差。在前臺和后臺程序內(nèi)無優(yōu)先級等級、。在前臺和后臺程序內(nèi)無優(yōu)先級等級、 也無搶占機(jī)制。也無搶占機(jī)制。 該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早該結(jié)構(gòu)僅適用于控制功能較簡單的系統(tǒng)。早期的期的CNCCNC系統(tǒng)大都采用這

41、種結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)大都采用這種結(jié)構(gòu)。中斷型軟件結(jié)構(gòu)中斷型軟件結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)是將除了初始化程序之外，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(wù)模塊分別安排整個系統(tǒng)軟件的各個任務(wù)模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，然后由在不同級別的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。各級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。 中斷型軟件結(jié)構(gòu)中斷型軟件結(jié)構(gòu)初始化中斷管理系統(tǒng)（硬件 + 軟件）0級中斷服務(wù)程序 1 級中斷服務(wù)程序 2 級中斷服務(wù)程序級中斷服務(wù)程序中斷型軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖n中斷型中斷型結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)任務(wù)調(diào)度機(jī)制：

42、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：信息交換：緩沖區(qū)緩沖區(qū)。實(shí)時性好實(shí)時性好。由于中斷級別較多（最多可達(dá)。由于中斷級別較多（最多可達(dá)8 8級），強(qiáng)實(shí)時性任務(wù)可安排在優(yōu)先級較高的級），強(qiáng)實(shí)時性任務(wù)可安排在優(yōu)先級較高的中斷服務(wù)程序中。中斷服務(wù)程序中。模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對系模塊間的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不利于對系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充統(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)。 這部分的中斷服務(wù)程序也全部由主這部分的中斷服務(wù)程序也全部由主CPU完成。對于從完成。對于從CPU引起的中斷，主引起的中斷，主CPU只要負(fù)責(zé)必要的參數(shù)及狀態(tài)值傳送給從只要負(fù)責(zé)必要的參數(shù)

43、及狀態(tài)值傳送給從CPU即可返回，從即可返回，從CPU根據(jù)主根據(jù)主CPU的簡單的狀態(tài)、參數(shù)，結(jié)的簡單的狀態(tài)、參數(shù)，結(jié)合從合從CPU系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立完成任務(wù)。這樣大大加快了系統(tǒng)自身數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立完成任務(wù)。這樣大大加快了CNC的總體運(yùn)行速度。的總體運(yùn)行速度。 n從硬件的角度說，對于多從硬件的角度說，對于多CPU系統(tǒng)，后臺程序、中斷型系統(tǒng)，后臺程序、中斷型中的主程序一般由主中的主程序一般由主CPU完成；前臺程序、中斷型中的完成；前臺程序、中斷型中的中斷信號就直接由硬件向中斷信號就直接由硬件向CPU 申請中斷。申請中斷。基于實(shí)時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式基于實(shí)時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式nPTOS是操作系統(tǒng)的一個重要

44、分支，它除了具是操作系統(tǒng)的一個重要分支，它除了具有通用操作系統(tǒng)的功能外，還具有任務(wù)管理、有通用操作系統(tǒng)的功能外，還具有任務(wù)管理、多種實(shí)時任務(wù)調(diào)度機(jī)制、任務(wù)間的通信機(jī)制等多種實(shí)時任務(wù)調(diào)度機(jī)制、任務(wù)間的通信機(jī)制等功能。功能。n基于實(shí)時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn)：基于實(shí)時操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn)： n弱化功能模塊間的耦合關(guān)系弱化功能模塊間的耦合關(guān)系 n系統(tǒng)的開放性和可維護(hù)性好系統(tǒng)的開放性和可維護(hù)性好 n減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量 n基于實(shí)時操作系統(tǒng)開發(fā)基于實(shí)時操作系統(tǒng)開發(fā)CNC系統(tǒng)的方法系統(tǒng)的方法 加工程序譯 碼譯碼緩沖區(qū)刀補(bǔ)處理刀補(bǔ)緩沖區(qū)速度預(yù)處理插補(bǔ)緩沖區(qū)插補(bǔ)處理運(yùn)行緩沖區(qū)伺服驅(qū)動位

45、控處理位置反饋PLC控制第三節(jié)第三節(jié) CNC的信息處理過程的信息處理過程 CNC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n輸入、譯碼、預(yù)計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算、輸出、管理與診斷輸入、譯碼、預(yù)計(jì)算、插補(bǔ)計(jì)算、輸出、管理與診斷 n1.輸入過程輸入過程 零件程序的輸入過程流程圖零件程序的輸入過程流程圖n輸入設(shè)備：閱讀機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤、鍵盤輸入設(shè)備：閱讀機(jī)、磁帶機(jī)、磁盤、鍵盤 n輸入方式：中斷，有相應(yīng)的中斷服務(wù)程序輸入方式：中斷，有相應(yīng)的中斷服務(wù)程序 n功能：奇偶校驗(yàn)、操作數(shù)是否超限、字地址順序、功能：奇偶校驗(yàn)、操作數(shù)是否超限、字地址順序、 字地址格字地址格式、信息完整性、輸入設(shè)備控制、將零式、信息完整性

46、、輸入設(shè)備控制、將零 件程序存入零件程序件程序存入零件程序存儲器存儲器送出譯碼外存或通信接口零件程序緩沖區(qū)MDI鍵盤MDI緩沖區(qū)零件程序存儲區(qū)一、輸入一、輸入二、存儲二、存儲 目錄區(qū) 零件程序區(qū)程序號零件程序1程序首址程序終址程序號零件程序2程序首址程序終址空白目錄區(qū)零件程序1零件程序2零件程序3零件程序I零件程序n空白程序區(qū)零件程序存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖零件程序存儲器的結(jié)構(gòu)示意圖三、譯碼三、譯碼n定義：定義：將輸入的零件程序數(shù)將輸入的零件程序數(shù)據(jù)翻譯成數(shù)控系統(tǒng)所能識別據(jù)翻譯成數(shù)控系統(tǒng)所能識別 的語言，有硬件譯碼（并行，的語言，有硬件譯碼（并行，快）和軟件譯碼（串行、快）和軟件譯碼（串行、 相對慢

47、一些）。相對慢一些）。n 功能功能:是把程序段中的各數(shù)是把程序段中的各數(shù)據(jù)根據(jù)前后文字地址送據(jù)根據(jù)前后文字地址送 到到相應(yīng)的緩沖寄存器中。相應(yīng)的緩沖寄存器中。n每個字符譯碼過程：每個字符譯碼過程： n建立格式標(biāo)志建立格式標(biāo)志 n確定存放地址確定存放地址n 確定調(diào)用確定調(diào)用 “數(shù)碼轉(zhuǎn)換次數(shù)數(shù)碼轉(zhuǎn)換次數(shù)” n1.代碼的識別代碼的識別n2.功能碼譯碼功能碼譯碼開始讀取緩沖器中的字符處理數(shù)字代碼處理N代碼處理G代碼處理X代碼處理Y代碼10H?=10H?=11H?=12H?=13H?無法識別、錯誤處理結(jié)束YNNNNYNYYY軟件識別代碼的流程圖軟件識別代碼的流程圖四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理四、譯碼后的數(shù)據(jù)處理

48、( (預(yù)計(jì)算）預(yù)計(jì)算）n減輕插補(bǔ)程序的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)實(shí)時性。n包括：包括： 刀具長度補(bǔ)償計(jì)算、刀具半徑補(bǔ)償計(jì)刀具長度補(bǔ)償計(jì)算、刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算、象限、進(jìn)給算、象限、進(jìn)給 方向判斷、進(jìn)給速度換算、方向判斷、進(jìn)給速度換算、機(jī)床輔助功能判斷等。機(jī)床輔助功能判斷等。 n1刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償n定義：將編程時工件輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具定義：將編程時工件輪廓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡數(shù)據(jù)。中心軌跡數(shù)據(jù)。n種類：長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償。種類：長度補(bǔ)償和半徑補(bǔ)償。2速度處理n（1）進(jìn)給速度計(jì)算）進(jìn)給速度計(jì)算n開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng):n速度通過控制向步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)。n速度計(jì)算的方法是根據(jù)程編的F值來確定該頻率值。n半閉

49、環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):n采用數(shù)據(jù)采樣方法進(jìn)行插補(bǔ)加工n速度計(jì)算是根據(jù)程編的F值，將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長。（2）進(jìn)給速度控制）進(jìn)給速度控制VSVS常用的常用的控制控制方法方法：計(jì)時法計(jì)時法 用于脈沖增量插補(bǔ)。時鐘中斷法時鐘中斷法 用軟件控制每個時鐘周期內(nèi)的插補(bǔ)次數(shù)，達(dá)到速度控制的目的。積分法積分法 LV五插補(bǔ)五插補(bǔ)n根據(jù)速度倍率值計(jì)算本次插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量；n計(jì)算新的坐標(biāo)位置；n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。n插補(bǔ)程序的實(shí)時性 。n1計(jì)算新的指令坐標(biāo)位置n X2新 = X2舊 + x2n Y2新 = Y2舊 + y2n2計(jì)算實(shí)際坐標(biāo)位置n

50、X1新 = X1舊 + x1n Y1新 = Y1舊 + y1n3計(jì)算位置控制輸出值n x3 = X2新 - X1新 n y3 = Y2新 Y1新n位置控制是強(qiáng)實(shí)時性任務(wù)，所有計(jì)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(bǔ)周期，也可以是插補(bǔ)周期的整數(shù)分之一。六、 位置控制位置控制計(jì)算位置控制計(jì)算V VS SV VS S+-插補(bǔ)輸出插補(bǔ)輸出X X2 2Y Y2 2指令位置指令位置X X2 2新新Y Y2 2新新位控輸出位控輸出X X3 3Y Y3 3實(shí)際位置實(shí)際位置X X1 1新新Y Y1 1新新反饋位置增量反饋位置增量X X1 1、Y Y1 1X X2 2舊舊Y Y2 2舊舊X

51、X1 1舊舊Y Y1 1舊舊+ 第四節(jié)第四節(jié) PLC與數(shù)控機(jī)床的輔助功能與數(shù)控機(jī)床的輔助功能n一、一、PLC 的基本組成和工作原理的基本組成和工作原理 微處理器微處理器(CPU)、存儲器、用戶輸人輸出部分、存儲器、用戶輸人輸出部分、輸入輸出擴(kuò)展接口、外圍設(shè)備以及電源等。對于內(nèi)輸入輸出擴(kuò)展接口、外圍設(shè)備以及電源等。對于內(nèi)裝型裝型PLC，CPU、存儲器、外圍設(shè)備、電源等部分一、存儲器、外圍設(shè)備、電源等部分一般與般與CNC裝置共用。裝置共用。接收現(xiàn)場信號輸入部件外設(shè)接口擴(kuò)展接口輸出部件電源運(yùn)算器控制器微處理器RAM用戶程序EPROM系統(tǒng)程序盒式磁帶機(jī)驅(qū)動受控元件I/O擴(kuò)展單元存儲器打印機(jī)EPROM寫

52、入器PLC或上位計(jì)算機(jī)編程器通用型PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖n(1)CPU(1)CPU與通用微機(jī)與通用微機(jī)CPUCPU一樣，它是一樣，它是PLCPLC的核心。的核心。n(2)PLC(2)PLC有系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器，前者用作存儲監(jiān)有系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器，前者用作存儲監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等。后者控程序、模塊化應(yīng)用子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等。后者用作存放用戶程序。用作存放用戶程序。 n(3)(3)用戶輸入輸出部分包括輸入輸出接口，輸入用戶輸入輸出部分包括輸入輸出接口，輸入輸出控制電路及隔離電路等，用作輸出控制電路及隔離電路等，用作PLCPLC與外部輸入輸與外部輸入輸出設(shè)備進(jìn)行連接。出

53、設(shè)備進(jìn)行連接。n(4)(4)當(dāng)主機(jī)默認(rèn)的當(dāng)主機(jī)默認(rèn)的I IO O點(diǎn)數(shù)不夠時，可選配點(diǎn)數(shù)不夠時，可選配I IO O擴(kuò)展模擴(kuò)展模塊，但不能單獨(dú)使用。塊，但不能單獨(dú)使用。n(5)(5)外圍設(shè)備根據(jù)外圍設(shè)備根據(jù)PLCPLC的型號與廠家的不同，可配置編的型號與廠家的不同，可配置編程設(shè)備、程序?qū)懭肫鳌⒂脩舫绦蚩ā⒋艓C(jī)、打印機(jī)、程設(shè)備、程序?qū)懭肫鳌⒂脩舫绦蚩?、磁帶機(jī)、打印機(jī)、A AD D、D DA A、高速計(jì)數(shù)器、高速計(jì)數(shù)器、RS232RS232485485通信接口、光通信接口、光纖通信接口等。纖通信接口等。輸 入 端 器 件輸 入 映 象元 件 映 象 寄 存輸 出 鎖 存輸 入 端 器 件輸 入輸 出

54、輸入采樣階段輸出刷新階段程序執(zhí)行階段 PLC的基本控制原理PLC的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序，每一時鐘周期執(zhí)行一條的基本工作方式是順序執(zhí)行用戶程序，每一時鐘周期執(zhí)行一條指令。對用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時掃描兩種，掃描過指令。對用戶程序的執(zhí)行一般有循環(huán)掃描和定時掃描兩種，掃描過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。PLC 程序執(zhí)行過程圖 PLC的基本控制原理的基本控制原理n(1)輸入采樣階段。輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段以掃描方式順在輸入采樣階段以掃描方式順序讀人所有輸入端子的狀態(tài)，存人輸人寄存器

55、，接著序讀人所有輸入端子的狀態(tài)，存人輸人寄存器，接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。 n(2)程序執(zhí)行階段。程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段中順序?qū)γ織l在程序執(zhí)行階段中順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描。先從輸人寄存器讀人所有輸入端子的指令進(jìn)行掃描。先從輸人寄存器讀人所有輸入端子的狀態(tài)。若程序中規(guī)定要讀人某輸出狀態(tài)，則也在此時狀態(tài)。若程序中規(guī)定要讀人某輸出狀態(tài)，則也在此時讀入。然后進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最后將結(jié)果送人輸出寄存讀入。然后進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最后將結(jié)果送人輸出寄存器。器。n(3)輸出刷新階段。所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出寄存輸出刷新階段。所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出寄存器中所有的輸出狀態(tài)送到輸出電路，成為

56、器中所有的輸出狀態(tài)送到輸出電路，成為PLC的實(shí)際的實(shí)際輸出。輸出。nPLC執(zhí)行完上述的三個階段稱為一個掃描周期。執(zhí)行完上述的三個階段稱為一個掃描周期。掃掃描描過過程程2PLC的特點(diǎn)：(1)PLC是一種專用于工業(yè)順序控制的微機(jī)系統(tǒng)。是一種專用于工業(yè)順序控制的微機(jī)系統(tǒng)。(2)PLC是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的，所是專為在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用而設(shè)計(jì)的，所以具有很強(qiáng)的抗干擾能力。以具有很強(qiáng)的抗干擾能力。(3)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，很容易裝入機(jī)床內(nèi)部或電氣箱內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)動作復(fù)雜的控制邏輯和數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一內(nèi)，便于實(shí)現(xiàn)動作復(fù)雜的控制邏輯和數(shù)控機(jī)床的機(jī)電一體化

57、。體化。(4)采用梯形圖編程方式。采用梯形圖編程方式。(5)PLC可與編程器、個人計(jì)算機(jī)等連接，可以很方便可與編程器、個人計(jì)算機(jī)等連接，可以很方便地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。地實(shí)現(xiàn)程序的顯示、編輯、診斷、存儲和傳送等操作。 2PLC的特點(diǎn)：n 可靠性高 n 編程簡單，使用方便 n 靈活性好 n 直接驅(qū)動負(fù)載能力強(qiáng) n 便于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 n 網(wǎng)絡(luò)通信 3數(shù)控機(jī)床用PLCn 數(shù)控機(jī)床PLC的控制對象CNC系統(tǒng)數(shù) 控 裝 置可編程控制器操作面板主軸控制輔助動作換刀動作冷卻排屑.數(shù)控裝置、可編程控制器、機(jī)床之間的關(guān)系圖數(shù)控裝置、可編程控制器、機(jī)床之間的關(guān)系圖CNC、PLC、機(jī)床之

58、間的信號處理過程、機(jī)床之間的信號處理過程n CNC裝置機(jī)床：CNC裝置CNC裝置的RAM PLC的RAM中。PLC 軟件對其RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的RAM中，對內(nèi)裝型PLC，PLC將已處理好的數(shù)據(jù)通過CNC的輸出接口送至機(jī)床；對獨(dú)立型PLC，其RAM中已處理好的數(shù)據(jù)通過PLC的輸出接口送至機(jī)床。機(jī)床CNC裝置 對于內(nèi)裝型對于內(nèi)裝型PLC，信號傳送處理如下：，信號傳送處理如下：從機(jī)床輸入開關(guān)量數(shù)據(jù)從機(jī)床輸入開關(guān)量數(shù)據(jù)CNC裝置的裝置的RAM PLC的的RAM。PLC的軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。的軟件進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。處理后的數(shù)據(jù)仍在處理后的數(shù)據(jù)仍在PLC的的RAM中，

59、同時傳送到中，同時傳送到CNC裝置的裝置的RAM中。中。 CNC裝置軟件讀取裝置軟件讀取RAM中數(shù)據(jù)。中數(shù)據(jù)。 對于獨(dú)立型對于獨(dú)立型PLC，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過，輸入的第一步，數(shù)據(jù)通過PLC的輸入接口的輸入接口送到送到PLC的的RAM中，然后進(jìn)行上述的第中，然后進(jìn)行上述的第2步，以下均相同。步，以下均相同。PLC 、CNC 、機(jī)床間的信息交換、機(jī)床間的信息交換n PLC CNC的信號的信號：主要有機(jī)床各坐標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)信號，M、S、T功能的應(yīng)答信號等。n PLC 機(jī)床的信號機(jī)床的信號：主要是控制機(jī)床執(zhí)行件的執(zhí)行信號，如電磁鐵、接觸器、繼電器的動作信號以及確保機(jī)床各運(yùn)動部件狀態(tài)的信號及故障指示。n

60、機(jī)床機(jī)床 PLC的信息的信息：主要有機(jī)床操作面板上各開關(guān)、按鈕等信息，其中包括機(jī)床的起動、停止，機(jī)械變速選擇，主軸正/反轉(zhuǎn)、停止，冷卻液的開/關(guān)，各坐標(biāo)的點(diǎn)動和刀架、夾盤的松/夾等信號，以及上述各部件的限位開關(guān)等保護(hù)裝置、主軸伺服保護(hù)監(jiān)視信號和伺服系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備等信號。 數(shù)控機(jī)床PLC的形式n 按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類：內(nèi)裝型內(nèi)裝型（Built-in TypeBuilt-in Type）PLCPLC（或稱集成式、內(nèi)含（或稱集成式、內(nèi)含式）。它是為數(shù)控設(shè)備順序控制而設(shè)計(jì)制造的專用式）。它是為數(shù)控設(shè)備順序控制而設(shè)計(jì)制造的專用PLCPLC。獨(dú)立型獨(dú)立型（Stand-alone TypeStand-