第3章數(shù)控加工的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

1、第章數(shù)控加工的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第章數(shù)控加工的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)3.1 概述概述3.2 CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)3.3 CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)3.6 CNC系統(tǒng)的軌跡控制原理系統(tǒng)的軌跡控制原理3.1 概述概述數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（NC）: 是早期的控制系統(tǒng)，將輸入、是早期的控制系統(tǒng)，將輸入、運(yùn)算、插補(bǔ)和控制功能均采用數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)的，運(yùn)算、插補(bǔ)和控制功能均采用數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)的，通常稱為硬件數(shù)控系統(tǒng)通常稱為硬件數(shù)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）: 主要由硬件和軟件主要由硬件和軟件兩部分組成。通過系統(tǒng)軟件和硬件之間的配合，合兩部分組成。通過系統(tǒng)軟件和硬件之間的配合，

2、合理的組織、管理數(shù)據(jù)信息的輸入、處理、運(yùn)算和輸理的組織、管理數(shù)據(jù)信息的輸入、處理、運(yùn)算和輸出，控制執(zhí)行單元，使機(jī)床按照給定的要求對工件出，控制執(zhí)行單元，使機(jī)床按照給定的要求對工件進(jìn)行加工。進(jìn)行加工。23.1.1 CNC3.1.1 CNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成數(shù)控系統(tǒng)（數(shù)控系統(tǒng)（CNCCNC系統(tǒng)）系統(tǒng)）由數(shù)控程序、由數(shù)控程序、I/OI/O設(shè)備、數(shù)控裝置（設(shè)備、數(shù)控裝置（CNCCNC裝裝置）、可編程控制器（置）、可編程控制器（PLCPLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)給伺服系統(tǒng)共）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)給伺服系統(tǒng)共同組成的一個(gè)完整的系統(tǒng)，其核心是數(shù)控裝置。同組成的一個(gè)完整的系統(tǒng)，其核心是數(shù)控裝置。外部設(shè)備外部設(shè)備

3、 機(jī)床控制部分機(jī)床控制部分3.1.2 3.1.2 CNCCNC裝置的主要功能有裝置的主要功能有7 7、輔助功能、輔助功能 8 8、刀具管理功能、刀具管理功能 9 9、補(bǔ)償功能、補(bǔ)償功能 1010、人機(jī)對話功能、人機(jī)對話功能 1111、自診斷功能、自診斷功能 1212、通信功能、通信功能 1 1、控制功能、控制功能 2 2、準(zhǔn)備功能、準(zhǔn)備功能 3 3、固定循環(huán)功能、固定循環(huán)功能 4 4、插補(bǔ)功能、插補(bǔ)功能 5 5、進(jìn)給功能、進(jìn)給功能 6 6、主軸功能、主軸功能 1 1、控制功能、控制功能CNCCNC能能控制控制和能和能聯(lián)動(dòng)控制聯(lián)動(dòng)控制的進(jìn)給軸數(shù)。的進(jìn)給軸數(shù)。 CNCCNC的進(jìn)給軸分類：的進(jìn)給軸分

4、類：移動(dòng)軸移動(dòng)軸（X X、Y Y、Z Z）和和回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)軸（A A、B B、C C）；）；附加軸附加軸（U U、V V、W W）。）。聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)越多，聯(lián)動(dòng)控制軸數(shù)越多，CNCCNC系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困系統(tǒng)就越復(fù)雜，編程也越困難。難。2 2、準(zhǔn)備功能（、準(zhǔn)備功能（G G功能）功能）指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。如，指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能。如，G90,G00,G02,G90,G00,G02,3 3、固定循環(huán)功能、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。絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功

5、能。4 4、插補(bǔ)功能、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( (平面或空間平面或空間) )加工軌跡運(yùn)加工軌跡運(yùn)算的功能。算的功能。插補(bǔ)軟件每次插補(bǔ)一個(gè)小線段的數(shù)據(jù)稱為粗插補(bǔ)，插補(bǔ)軟件每次插補(bǔ)一個(gè)小線段的數(shù)據(jù)稱為粗插補(bǔ)，伺服系統(tǒng)根據(jù)粗插補(bǔ)的結(jié)果將小線段分成單個(gè)脈沖的輸出稱伺服系統(tǒng)根據(jù)粗插補(bǔ)的結(jié)果將小線段分成單個(gè)脈沖的輸出稱為精插補(bǔ)為精插補(bǔ)5 5、輔助功能（、輔助功能（M M功能）功能）用于指令機(jī)床輔助操作的功能。用于指令機(jī)床輔助操作的功能。6 6、進(jìn)給功能：進(jìn)給速度的控制功能。、進(jìn)給功能：進(jìn)給速度的控制功能。進(jìn)給速度：控制刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為進(jìn)給速度：控

6、制刀具相對工件的運(yùn)動(dòng)速度，單位為mm/min;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，單位為位為mm/r;mm/r;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。進(jìn)給速度。7 7、主軸功能：對主軸的控制功能。、主軸功能：對主軸的控制功能。主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速主軸轉(zhuǎn)速的控制功能；主軸轉(zhuǎn)速的控制功能；G97 S8000G97 S8000。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刀具切削點(diǎn)的切削速度為恒速的控制功能；控制功能；G96 S800G96 S800。主軸定向控制主

7、軸定向控制主軸周向定位于特定位置控制的主軸周向定位于特定位置控制的功能。功能。C 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。主軸修調(diào)率主軸修調(diào)率人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速人工實(shí)時(shí)修調(diào)預(yù)先設(shè)定的主軸轉(zhuǎn)速。8 8、刀具管理功能：實(shí)現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管、刀具管理功能：實(shí)現(xiàn)對刀具幾何尺寸和壽命的管理功能。理功能。刀具幾何尺寸（半徑和長度）刀具幾何尺寸（半徑和長度），供刀具補(bǔ)償功能使，供刀具補(bǔ)償功能使用；用；刀具壽命刀具壽命：時(shí)間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r(shí)，：時(shí)間壽命，當(dāng)?shù)毒邏勖狡跁r(shí)，CNCCNC系統(tǒng)系統(tǒng)將提示用戶更換刀具；將提示用戶更換刀具；刀具號(hào)（刀具號(hào)（T T）

8、管理功能）管理功能：用于標(biāo)識(shí)刀庫中的刀具和自用于標(biāo)識(shí)刀庫中的刀具和自動(dòng)選擇加工刀具。動(dòng)選擇加工刀具。9 9、補(bǔ)償功能、補(bǔ)償功能刀具半徑和長度補(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。序控制刀具中心軌跡的功能。傳動(dòng)鏈誤差：傳動(dòng)鏈誤差：包括螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償包括螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙誤差補(bǔ)償功能。功能。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、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，采用空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AIAI、專家系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行建模，利

9、用模型實(shí)施在線、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。補(bǔ)償。1010、人機(jī)對話功能、人機(jī)對話功能在在CNCCNC裝置中這類功能有：裝置中這類功能有：菜單結(jié)構(gòu)操作界面；菜單結(jié)構(gòu)操作界面；零件加工程序的編輯環(huán)境；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。修改畫面等。1111、自診斷功能：、自診斷功能：CNCCNC自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位自動(dòng)實(shí)現(xiàn)故障預(yù)報(bào)和故障定位的功能。的功能。開機(jī)自診斷；開機(jī)自診斷；在線自診斷；在線自診斷；離線自診斷；離線自診斷；遠(yuǎn)程通訊診斷。遠(yuǎn)程通訊診斷。為了防止故障的發(fā)生或在發(fā)生故障

10、后可迅速查明故為了防止故障的發(fā)生或在發(fā)生故障后可迅速查明故障的類型和部位以減少停機(jī)時(shí)間障的類型和部位以減少停機(jī)時(shí)間 。1212、通訊功能：、通訊功能：NCNC與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換的功能RS232CRS232C接口，可傳送零件加工程序；接口，可傳送零件加工程序；DNCDNC接口，可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)控；接口，可實(shí)現(xiàn)直接數(shù)控；MAP(MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議制造自動(dòng)化協(xié)議) )模塊；模塊；網(wǎng)卡：適應(yīng)網(wǎng)卡：適應(yīng)FMSFMS、CIMSCIMS、IMSIMS等制造系統(tǒng)集成的要求。等制造系統(tǒng)集成的要求。3.2 CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)裝置的硬件結(jié)構(gòu) CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)的分類裝置的硬件

11、結(jié)構(gòu)的分類按微處理器的個(gè)數(shù)分為：按微處理器的個(gè)數(shù)分為：單微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)和和多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu)3.2.1單微處理器結(jié)構(gòu)的單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置裝置 在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)微處理器，在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)微處理器，對存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、對存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、CRT顯示等顯示等功能進(jìn)行集中控制和分時(shí)處理。功能進(jìn)行集中控制和分時(shí)處理。 單微處理器結(jié)構(gòu)的單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置組成裝置組成 早期的早期的CNC系統(tǒng)和現(xiàn)在一些經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)和現(xiàn)在一些經(jīng)濟(jì)型CNC系統(tǒng)都系統(tǒng)都采用單微處理器結(jié)構(gòu)。采用單微處理器結(jié)構(gòu)。單微處理器結(jié)構(gòu)的單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝

12、置組成框圖裝置組成框圖3.2.2多微處理器結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置裝置 多微處理器結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上微裝置中有兩個(gè)或兩個(gè)以上微處理器，它多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)微處理器分管各自處理器，它多采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)微處理器分管各自的任務(wù)，形成特定的功能單元，即功能模塊。的任務(wù)，形成特定的功能單元，即功能模塊。多微處理器多微處理器CNC裝置一般有下面幾種功能模塊組成裝置一般有下面幾種功能模塊組成。CNC管理模塊管理模塊位置控制模塊位置控制模塊CNC插補(bǔ)模塊插補(bǔ)模塊存儲(chǔ)器模塊存儲(chǔ)器模塊操作面板監(jiān)控和顯示模塊操作面板監(jiān)控和顯示模塊PLC模塊模塊如果如果CNC裝置需要擴(kuò)

13、展功能，還可以增加相應(yīng)的模塊。裝置需要擴(kuò)展功能，還可以增加相應(yīng)的模塊。 多微處理器結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置典型結(jié)構(gòu)裝置典型結(jié)構(gòu) 共享總線結(jié)構(gòu)共享總線結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAMDRAM模塊模塊FROM/SRAM FROM/SRAM 模塊模塊系統(tǒng)系統(tǒng)ROMROM主軸控主軸控制模塊制模塊軸控軸控制模塊制模塊PMCPMC控制控制模塊模塊系統(tǒng)主系統(tǒng)主CPUCPU顯示控顯示控制模塊制模塊軸控制模塊軸控制模塊1 1 系統(tǒng)主系統(tǒng)主CPUCPU（安裝在系統(tǒng)主板上）（安裝在系統(tǒng)主板上） 為為3232位位/64/64位微處理器，新系統(tǒng)為奔騰位微處理器，新系統(tǒng)為奔騰CPUCPU。 2 2 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)

14、存儲(chǔ)器DRAMDRAM模塊模塊 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用來裝載系統(tǒng)文件和用戶文件。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用來裝載系統(tǒng)文件和用戶文件。 3 FROM/SRAM3 FROM/SRAM模塊模塊 閃存閃存FROMFROM用來存儲(chǔ)系統(tǒng)文件和用戶文件（系統(tǒng)梯形圖和宏用來存儲(chǔ)系統(tǒng)文件和用戶文件（系統(tǒng)梯形圖和宏控制程序）。靜態(tài)存儲(chǔ)器控制程序）。靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAMSRAM用來存儲(chǔ)用戶文件。用來存儲(chǔ)用戶文件。 4 4 系統(tǒng)系統(tǒng)ROM ROM 用來裝載系統(tǒng)引導(dǎo)文件。用來裝載系統(tǒng)引導(dǎo)文件。 5 PMC5 PMC控制模塊控制模塊 6 6 顯示控制模塊顯示控制模塊 實(shí)現(xiàn)顯示裝置的視頻信號(hào)和文字信息顯示控制。實(shí)現(xiàn)顯示裝置的視頻信號(hào)和文字信息顯示控

15、制。 7 7 主軸控制模塊主軸控制模塊 實(shí)現(xiàn)模擬量主軸和串行數(shù)字主軸控制。實(shí)現(xiàn)模擬量主軸和串行數(shù)字主軸控制。 8 8 軸、軸、3/43/4軸控制模塊軸控制模塊 只有一個(gè)微處理器，采用集中只有一個(gè)微處理器，采用集中控制，分時(shí)處理各項(xiàng)任務(wù)；控制，分時(shí)處理各項(xiàng)任務(wù)；結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)；結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)；處理器通過總線與各個(gè)控制單處理器通過總線與各個(gè)控制單元相連，完成信息交換；元相連，完成信息交換；由于只用一個(gè)微處理器來集中由于只用一個(gè)微處理器來集中控制，其功能受到微處理器字控制，其功能受到微處理器字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址功能和運(yùn)長、數(shù)據(jù)寬度、尋址功能和運(yùn)算速度等因素限制；由于插補(bǔ)算速度等因素限制；由于

16、插補(bǔ)等功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，因此數(shù)等功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，因此數(shù)控功能的實(shí)現(xiàn)與處理速度成為控功能的實(shí)現(xiàn)與處理速度成為一對矛盾。一對矛盾。采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有比較好采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有比較好的擴(kuò)展性；的擴(kuò)展性；運(yùn)算速度快，性能價(jià)格比高；運(yùn)算速度快，性能價(jià)格比高；提供多種可供選擇的功能，配提供多種可供選擇的功能，配置多種控制軟件，以適應(yīng)多種置多種控制軟件，以適應(yīng)多種機(jī)床的控制；機(jī)床的控制；具有很強(qiáng)的通信能力，以便進(jìn)具有很強(qiáng)的通信能力，以便進(jìn)入入FMS、CIMS。特點(diǎn)比較：特點(diǎn)比較：單微處理器結(jié)構(gòu)的單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置裝置多微處理器結(jié)構(gòu)的多微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置裝置3.3 CNC系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的

17、軟件結(jié)構(gòu) 合理確定合理確定CNCCNC裝置軟件硬件的功能分擔(dān)就是所裝置軟件硬件的功能分擔(dān)就是所謂的軟件和硬件的功能界面劃分的概念。謂的軟件和硬件的功能界面劃分的概念。 在信息處理方面，軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)在信息處理方面，軟件與硬件在邏輯上是等價(jià)的，即硬件能完成的功能從理論上講也可以用的，即硬件能完成的功能從理論上講也可以用軟件來完成。軟件來完成。 硬件和軟件在實(shí)現(xiàn)各種功能時(shí)的特點(diǎn)硬件和軟件在實(shí)現(xiàn)各種功能時(shí)的特點(diǎn): : 硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控硬件處理速度快，但靈活性差，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制的功能困難。制的功能困難。 軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度軟件設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理速度

18、相對較慢。相對較慢。 功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比功能界面劃分的準(zhǔn)則：系統(tǒng)的性能價(jià)格比3.3.1 CNC裝置軟件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)裝置軟件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 特點(diǎn)： 1 1、多任務(wù)并行處理；、多任務(wù)并行處理； 2 2、多重實(shí)時(shí)中斷。、多重實(shí)時(shí)中斷。1、多任務(wù)并行處理、多任務(wù)并行處理（1）CNC裝置的多任務(wù)性裝置的多任務(wù)性輸入輸入顯示顯示控制控制診斷診斷I/O插補(bǔ)插補(bǔ)位控位控 譯譯 碼碼 刀刀 補(bǔ)補(bǔ)速度處理速度處理任務(wù)的并行處理關(guān)系任務(wù)的并行處理關(guān)系 并行處理并行處理 并行處理并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間間隔內(nèi)完

19、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。成兩種或兩種以上性質(zhì)相同或不相同的工作。 優(yōu)點(diǎn)：是提高了運(yùn)行速度。優(yōu)點(diǎn)：是提高了運(yùn)行速度。 并行處理的方法并行處理的方法：資源重復(fù)、資源共享和時(shí)間重疊。：資源重復(fù)、資源共享和時(shí)間重疊。 資源共享資源共享：根據(jù)根據(jù)“分時(shí)共享分時(shí)共享”的原則，使多個(gè)用戶按時(shí)的原則，使多個(gè)用戶按時(shí)間順序使用同一套設(shè)備。間順序使用同一套設(shè)備。 時(shí)間重疊時(shí)間重疊：根據(jù)流水線處理技術(shù)，使多個(gè)處理過程在根據(jù)流水線處理技術(shù)，使多個(gè)處理過程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流使用同一套設(shè)備的幾個(gè)部分。時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流使用同一套設(shè)備的幾個(gè)部分。2. 實(shí)時(shí)中斷處理

20、實(shí)時(shí)中斷處理 實(shí)時(shí)性使任務(wù)的執(zhí)行有嚴(yán)格的時(shí)間要求，即任務(wù)必須在規(guī)實(shí)時(shí)性使任務(wù)的執(zhí)行有嚴(yán)格的時(shí)間要求，即任務(wù)必須在規(guī)定時(shí)間完成，否則導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤或系統(tǒng)故障。所謂中定時(shí)間完成，否則導(dǎo)致執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤或系統(tǒng)故障。所謂中斷是計(jì)算機(jī)響應(yīng)外部事件的一種處理技術(shù)，特點(diǎn)是能按任斷是計(jì)算機(jī)響應(yīng)外部事件的一種處理技術(shù)，特點(diǎn)是能按任務(wù)的重要程度和輕重緩急進(jìn)行響應(yīng)務(wù)的重要程度和輕重緩急進(jìn)行響應(yīng)（1）CNC系統(tǒng)的中斷類型系統(tǒng)的中斷類型 1）外部中斷：紙帶光電閱讀機(jī)中斷，外部監(jiān)控中斷和鍵）外部中斷：紙帶光電閱讀機(jī)中斷，外部監(jiān)控中斷和鍵盤操作面板輸入中斷。盤操作面板輸入中斷。 2）內(nèi)部定時(shí)中斷：插補(bǔ)周期定時(shí)中斷和位置采樣

21、定時(shí)中）內(nèi)部定時(shí)中斷：插補(bǔ)周期定時(shí)中斷和位置采樣定時(shí)中斷。斷。 3）硬件故障中斷）硬件故障中斷:種硬件故障檢測裝置發(fā)出的中斷。種硬件故障檢測裝置發(fā)出的中斷。 4）程序性中斷）程序性中斷:程序中出現(xiàn)的異常情況的報(bào)警中斷。程序中出現(xiàn)的異常情況的報(bào)警中斷。 4.3 CNCCNC系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的軟件分類：分類：前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)前后臺(tái)型結(jié)構(gòu) 前臺(tái)程序前臺(tái)程序: :主要完成主要完成插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制位置控制、故障診故障診斷斷等等實(shí)時(shí)性很強(qiáng)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。的任務(wù)，它是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序。 后臺(tái)程序后臺(tái)程序( (背景程序背景程序):):完成完成顯示、程序編輯管理、顯示、程序編

22、輯管理、系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸入/ /輸出、插補(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)處理、速輸出、插補(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)處理、速度預(yù)處理度預(yù)處理) )等等弱實(shí)時(shí)性弱實(shí)時(shí)性的任務(wù)，它是一個(gè)循環(huán)運(yùn)行的的任務(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)中斷程序所打斷，前后臺(tái)相互配合來完成零件的加工任務(wù)。所打斷，前后臺(tái)相互配合來完成零件的加工任務(wù)。CNC裝置兩種典型的軟件結(jié)構(gòu)裝置兩種典型的軟件結(jié)構(gòu) 中斷型軟件結(jié)構(gòu)中斷型軟件結(jié)構(gòu) 中斷型軟件結(jié)構(gòu)沒有前后臺(tái)之分，其特點(diǎn)是除了初中斷型軟件結(jié)構(gòu)沒有前后臺(tái)之分，其特點(diǎn)是除了初始化程序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各種任務(wù)模塊分別安排始化程

23、序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各種任務(wù)模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，整個(gè)軟件就是一個(gè)大的在不同級別的中斷服務(wù)程序中，整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷系統(tǒng)。其管理的功能主要通過各級中斷服務(wù)程序之中斷系統(tǒng)。其管理的功能主要通過各級中斷服務(wù)程序之間的相互通信來解決。間的相互通信來解決。 例如例如FANUC-7M系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件就采用了這種結(jié)系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件就采用了這種結(jié)構(gòu)，除了初始化程序，功能子程序分為構(gòu)，除了初始化程序，功能子程序分為8級中斷服務(wù)程級中斷服務(wù)程序。序。二十世紀(jì)二十世紀(jì)80809090年代初的年代初的CNCCNC系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)大多采用這種結(jié)構(gòu)。初始化初始化中斷管理系統(tǒng)（軟件中斷管理

24、系統(tǒng)（軟件+ +硬件）硬件）0 0級級中中斷斷服服務(wù)務(wù)程程序序1 1級級中中斷斷服服務(wù)務(wù)程程序序2 2級級中中斷斷服服務(wù)務(wù)程程序序n級級中中斷斷服服務(wù)務(wù)程程序序除了初始化程序之除了初始化程序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各個(gè)任務(wù)模塊分的各個(gè)任務(wù)模塊分別安排在不同級別別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷組成）對各級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。管理。2 2、中斷型結(jié)構(gòu)模式、中斷型結(jié)構(gòu)模式 FANUC 7M FANUC 7M 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)7級中斷級別最高，級中斷級別最高，0

25、級中斷級別最低。級中斷級別最低。表中，控制被按排在級別最高，因?yàn)榈毒哌\(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)性要求最表中，控制被按排在級別最高，因?yàn)榈毒哌\(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)性要求最高，高，CRT最低。最低。插補(bǔ)原理 1. 插補(bǔ)的定義插補(bǔ)的定義 根據(jù)給定軌跡方程（直線、圓弧或高次函數(shù)）和已知點(diǎn)坐標(biāo)（起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓心坐標(biāo)）計(jì)算刀具的一系列加工點(diǎn)的坐標(biāo)的過程。A(10,5)OXYOA(Xe,Ye)M(Xi,Yi)XY“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”插補(bǔ)是整個(gè)CNC系統(tǒng)控制軟件的核心 插補(bǔ)對數(shù)控機(jī)床必須是實(shí)時(shí)的插補(bǔ)運(yùn)算速度直接影響到系統(tǒng)的控制速度插補(bǔ)計(jì)算精度又影響到整個(gè)CNC系統(tǒng)的精度 硬件插補(bǔ)、軟件插補(bǔ)、軟硬件插補(bǔ)硬件插補(bǔ)、軟件插補(bǔ)、軟硬件插補(bǔ)脈

26、沖增量插補(bǔ)法脈沖增量插補(bǔ)法 數(shù)字增量插補(bǔ)數(shù)字增量插補(bǔ)法法逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法 數(shù)字積分法數(shù)字積分法 時(shí)間分割法時(shí)間分割法擴(kuò)展擴(kuò)展DDA法法插補(bǔ)原理1. 1. 逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法 l 基本原理：被控對象按給定軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，每走一步（一個(gè)脈沖當(dāng)量）都要與規(guī)定的軌跡比較，根據(jù)比較的結(jié)果（偏差）決定下一步運(yùn)動(dòng)方向（朝逼近給定軌跡方向）。l 特點(diǎn)：運(yùn)算直觀，插補(bǔ)誤差最大值 ，輸出脈沖均勻 XYO 脈沖增量插補(bǔ)脈沖增量插補(bǔ) 進(jìn)給方向判別進(jìn)給方向判別當(dāng)F0，則沿+X方向進(jìn)給一步當(dāng)F0F0時(shí)；當(dāng)M在OA下方，即F0eiieFX YX Y0eiieYYXXieieFX YX Y0ieieYYXX當(dāng)當(dāng)Fi 0 新

27、新加工點(diǎn)坐標(biāo)為加工點(diǎn)坐標(biāo)為: Xi+1= Xi +1, Yi+1=Yi 新新偏差為偏差為: Fi+1=XeYi-(Xi +1) Yi = Fi-Ye當(dāng)當(dāng)Fi0 新新加工點(diǎn)坐標(biāo)為加工點(diǎn)坐標(biāo)為: Xi+1= Xi, Yi+1=Yi+1 新偏差為新偏差為: Fi+1=Xe (Yi+1) - Xi Ye Fi+Xe終點(diǎn)判別方法：終點(diǎn)判別方法：u 設(shè)置減法計(jì)數(shù)器設(shè)置減法計(jì)數(shù)器(XeX ，Ye Y; 或或Xe+ Ye ; u max(Xe, Ye) )，進(jìn)給一步減，進(jìn)給一步減1，直至減到，直至減到0為止為止偏差判別函數(shù)的遞推形式偏差判別函數(shù)的遞推形式 設(shè)當(dāng)前切削點(diǎn)設(shè)當(dāng)前切削點(diǎn)M(Xi,Yi)的偏差為的偏差

28、為 F=Fi,i=XeYi-XiYe 插補(bǔ)結(jié)束插補(bǔ)結(jié)束插補(bǔ)開始插補(bǔ)開始偏差判別偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算偏差計(jì)算終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別YN插補(bǔ)步驟插補(bǔ)步驟 設(shè)欲加工第一象限直線設(shè)欲加工第一象限直線OEOE，起點(diǎn)在原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)，起點(diǎn)在原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)XeXe=5=5，YeYe=4=4，試寫出插補(bǔ)計(jì)算過程并繪制插補(bǔ)軌跡。，試寫出插補(bǔ)計(jì)算過程并繪制插補(bǔ)軌跡。例題例題插補(bǔ)計(jì)算過程插補(bǔ)計(jì)算過程 插補(bǔ)軌跡插補(bǔ)軌跡 四個(gè)象限直四個(gè)象限直線插補(bǔ)計(jì)算線插補(bǔ)計(jì)算對于第一象限直線對于第一象限直線OA，終點(diǎn)坐標(biāo)，終點(diǎn)坐標(biāo)Xe=6 ,Ye=4，插補(bǔ)從直線起點(diǎn)，插補(bǔ)從直線起點(diǎn)O開始，開始，故故F0=0 。終點(diǎn)判別是判斷進(jìn)給總步數(shù)。終點(diǎn)判別是判斷進(jìn)給總步數(shù)N=6+4=10，將其存入終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器，將其存入終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器中，每進(jìn)給一步減中，每進(jìn)給一步減1，若，若N=0，則停止，則停止插補(bǔ)。插補(bǔ)。 步數(shù)步數(shù)判別判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算偏差計(jì)算終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別0 0 F F0 0=0=0=10=101 1F=0F=0+X+XF F1 1=F=F0 0-Y-Ye e=0-4=-4=0-4=-4=10-1=9=10-1=92 2F0F0F0+X+XF F3 3=F=F2 2-Y-Ye e=2-4=-2=2-4=-2=8-1=7=8-1=74 4F0F0F0+X+XF F5 5=F=F4 4-