-計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置

1、-計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置第1頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日第五章 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置1計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置硬件2計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置軟件3開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)4并聯(lián)機(jī)床的數(shù)控技術(shù) 第2頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日5.1 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置硬件一. 數(shù)控系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床電器邏輯控制裝置等組成。輸入輸出裝置數(shù)控裝置伺服系統(tǒng)機(jī)床本體機(jī)床電器邏輯控制裝置第3頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日各部分的功能：1）輸入/輸出裝置: 一方面將加工程序、機(jī)床參數(shù)等信息的輸入；另一方面將輸入內(nèi)容及數(shù)控系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行

2、輸出，供操作人員觀察。2) 數(shù)控裝置：正確識(shí)別和解釋加工程序，進(jìn)行各種零件輪廓幾何信息和命令邏輯信息的處理，并將處理結(jié)果分發(fā)給相應(yīng)的單元。3)伺服系統(tǒng): 包括進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置。進(jìn)給軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要由位置控制單元、速度控制單元、電動(dòng)機(jī)和測(cè)量反饋單元等部分組成，它按照數(shù)控裝置發(fā)出的位置控制命令和速度控制命令，正確驅(qū)動(dòng)機(jī)床或刀具進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要由速度控制單元、電動(dòng)機(jī)和測(cè)量反饋單元等部分組成，它主要為機(jī)床提供切削動(dòng)力。第4頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日4)機(jī)床電器邏輯控制裝置:接受數(shù)控裝置發(fā)出的開(kāi)關(guān)命令，主要完成機(jī)床主軸啟停、方向控

3、制、選速功能、換刀功能、工件裝卡功能、冷卻、潤(rùn)滑、液壓、氣動(dòng)系統(tǒng)功能及其它機(jī)床輔助功能。其形式是繼電器控制線路或PLC形式。 機(jī)床本體主軸單元: 接受CNC的指令,控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速及旋向速度單元: 接收CNC 的指令,控制各伺服軸的動(dòng)作第5頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日二.CNC裝置的硬件CNC裝置的硬件具有一般計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，另外一方面還有數(shù)控機(jī)床所特有功能的功能模塊與接口單元。第6頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日三、 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)分類（一）單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)1、單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC裝置在單微處理器結(jié)構(gòu)的CNC

4、裝置中，只有一個(gè)中央處理器（CPU），所有的系統(tǒng)管理功能和數(shù)控功能都由一個(gè)處理器來(lái)完成。單微處理器CNC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下： （1）CNC裝置內(nèi)只有一個(gè)微處理器，對(duì)各種功能實(shí)現(xiàn)集中控制分時(shí)處理。（2）微處理器通過(guò)總線與存儲(chǔ)器、輸入輸出控制等接口電路相連，構(gòu)成CNC裝置。 （3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易。第7頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日2、多微處理器結(jié)構(gòu)含有兩個(gè)及兩個(gè)以上的CPU組成的CNC，它們分別實(shí)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)控功能，并通過(guò)某種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。其特點(diǎn)是分散控制，并行處理。根據(jù)微處理器之間的關(guān)系又分成：分布式結(jié)構(gòu)、主從結(jié)構(gòu)和總線式結(jié)構(gòu)第8頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，

5、17點(diǎn)12分，星期日（1）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，模塊間通過(guò)外部的通信鏈路連接在一起，且采用通訊方式交換信息。（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)。其它是處于以從屬地位的，故稱之為主從結(jié)構(gòu)（3）總線式結(jié)構(gòu)：一條主總線上有兩個(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)，同時(shí)可以自由獨(dú)立地使用各自的資源。通過(guò)仲裁器來(lái)解決總線爭(zhēng)用問(wèn)題，通過(guò)公共存儲(chǔ)器進(jìn)行交信息。第9頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月2

6、0日，17點(diǎn)12分，星期日（二）按照電路板結(jié)構(gòu)分： 1）大板結(jié)構(gòu)： 主電路板是大板，其他電路板是小印刷電路板，它們插在電路板的插槽內(nèi)一塊構(gòu)成CNC裝置， FANUC等 2）模塊化結(jié)構(gòu)：控制單元母版框架，各功能模塊，軟件硬件的設(shè)計(jì)成模塊化 特點(diǎn)：各功能塊功能獨(dú)立，便于開(kāi)發(fā)同一功能的系列產(chǎn)品，維修維護(hù)方便 第10頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日第11頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日（三）專用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和通用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)專用型結(jié)構(gòu)CNC裝置的硬件由各制造廠專門設(shè)計(jì)和制造，布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，專用性強(qiáng)。但硬件之間彼此不能交換和替代，沒(méi)有通用性。FANU

7、C數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)、美國(guó)AB系統(tǒng)等都屬于專用型。 通用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)以工業(yè)PC機(jī)作為CNC裝置的支撐平臺(tái)，再由各數(shù)控機(jī)床制造廠根據(jù)數(shù)控的需要，插入自己的控制卡和數(shù)控軟件構(gòu)成個(gè)性化數(shù)控系統(tǒng)。第12頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日四、接口電路 （一）開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口數(shù)控機(jī)床開(kāi)關(guān)量包括開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉、指示燈的亮滅、繼電器/接觸器的吸合與釋放、電動(dòng)機(jī)的啟停、閥門的開(kāi)閉以及脈沖、計(jì)數(shù)、定時(shí)信號(hào)等。這些信號(hào)都可轉(zhuǎn)換成邏輯高電平或低電平的形式。第13頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日（二）模擬量輸入輸出接口數(shù)控機(jī)床的被測(cè)量往往是連續(xù)變化的模擬量，另

8、外執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如電動(dòng)機(jī)）需要模擬量來(lái)控制。被測(cè)模擬量經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后，（三）通信和網(wǎng)絡(luò)接口第14頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日五、PLC(Programmable Logic Controller) 模塊1、PLC模塊的作用：接收來(lái)自操作面板、機(jī)床上的各行程開(kāi)關(guān)、傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫(kù)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。第15頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日第16頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日機(jī)床用的PLC一般分為兩類：內(nèi)裝型（Built-in Type）PLC（或集成式、內(nèi)含

9、式）。獨(dú)立型（Stand-alone Type）PLC（或通用型）2、分類；內(nèi)裝式：指內(nèi)含在裝置內(nèi)，從屬于裝置，并與裝置集于一體，內(nèi)裝式既可以單獨(dú)使用一個(gè)，也可與共同一個(gè)。例如系統(tǒng)獨(dú)立式：通用完全獨(dú)立于裝置，具備完備的軟件和硬件，能夠獨(dú)立完成系統(tǒng)所要求的控制任務(wù)。例如：第17頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日5.2 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置軟件一、計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置軟件分析（一）內(nèi)部信息流轉(zhuǎn)換過(guò)程CNC裝置系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)：將由零件加工程序表達(dá)的加工信息，變換成各進(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。數(shù)控加工程序輸入譯

10、碼插補(bǔ)計(jì)算速度處理診斷刀補(bǔ)計(jì)算位置控制伺服系統(tǒng)合格零件滾珠絲杠工作臺(tái)或刀具第18頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日1、輸入：數(shù)控加工程序、系統(tǒng)控制參數(shù)和各種補(bǔ)償數(shù)據(jù)等。2、譯碼把零件程序段的各種工件輪廓信息、加工速度F和其它輔助信息（M、S、T）按一定規(guī)律翻譯成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并按系統(tǒng)規(guī)定的格式放在譯碼結(jié)果緩沖器中。在譯碼過(guò)程中，還要完成對(duì)程序段的語(yǔ)法檢查。譯碼有兩種方法：（）解釋；（）編譯在CNC控制軟件中多數(shù)采用解釋方法。譯碼工作主要有：代碼識(shí)別和各項(xiàng)功能的譯碼。 第19頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日3.診斷在譯碼過(guò)程中，需要

11、進(jìn)行數(shù)控加工程序的診斷，也就是利用控制軟件檢查加工程序的正確性，把凡是不符合數(shù)控機(jī)床編程手冊(cè)規(guī)定的加工程序找出來(lái)，通過(guò)顯示器提示機(jī)床操作人員進(jìn)行修改。診斷內(nèi)容主要包括數(shù)控加工程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤。語(yǔ)法錯(cuò)誤主要是指某個(gè)功能代碼的錯(cuò)誤。邏輯錯(cuò)誤主要指一個(gè)數(shù)控機(jī)床加工程序段或整個(gè)加工程序內(nèi)各個(gè)功能代碼之間互相排斥、互相矛盾的錯(cuò)誤。第20頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日4.刀補(bǔ)計(jì)算刀具補(bǔ)償包括刀具半徑補(bǔ)償和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。刀具半徑補(bǔ)償，對(duì)于銑床而言，數(shù)控裝置的控制對(duì)象是刀具的中心軸線的軌跡，而工件輪廓是刀具邊緣切削形成的?？梢?jiàn)，刀具半徑補(bǔ)償就是將刀具邊緣軌跡偏移到刀具中心。

12、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償，對(duì)于銑床而言，是以主軸軸端中心點(diǎn)作為起刀點(diǎn)，以刀具離開(kāi)軸端伸出的長(zhǎng)度作為補(bǔ)償值（偏置量）。第21頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 速度處理 數(shù)控加工程序中給定的進(jìn)給速度F代碼是指零件切削方向的合成線速度。速度處理實(shí)際上是根據(jù)零件的幾何輪廓信息將合成進(jìn)給速度分解成各個(gè)坐標(biāo)軸的分速度，然后通過(guò)各個(gè)軸的伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的分速度控制，那么數(shù)控機(jī)床最終就得到所要求的線速度。第22頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日6.插補(bǔ)計(jì)算所謂插補(bǔ)就是根據(jù)數(shù)控加工程序給定的零件輪廓尺寸，結(jié)合精度和工藝方面的要求，在已知的這些特征點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)的過(guò)程。

13、換句話說(shuō)，就是在零件輪廓起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的曲線上進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化過(guò)程”。7.位置控制 位置控制的主要任務(wù)就是根據(jù)插補(bǔ)結(jié)果所求得命令位置值，然后與實(shí)際反饋位置相比較，利用其誤差值去控制伺服電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或刀具朝著減小誤差的方向運(yùn)動(dòng)。第23頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日（二）CNC裝置的軟件任務(wù)分析CNC系統(tǒng)的控制軟件具有多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性兩大特點(diǎn)。CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性表現(xiàn)在它必須完成管理和控制兩大任務(wù)。各種任務(wù)之間是并行處理的關(guān)系。第24頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日并行處理是指計(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

14、不相同的工作。運(yùn)用并行處理技術(shù)可以提高運(yùn)算速度。CNC裝置的硬件設(shè)計(jì)普遍采用設(shè)備重復(fù)的并行處理技術(shù)，例如采用多處理器的數(shù)控裝置。CNC裝置的軟件設(shè)計(jì)常采用資源分時(shí)并行處理技術(shù)和多重中斷的并行處理技術(shù)。 第25頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日二. CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)類型前后臺(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: 主要完成位置控制、插補(bǔ)運(yùn)算、開(kāi)關(guān)量控制、面板掃描和故障診斷等實(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

15、一個(gè)循環(huán)運(yùn)行的程序，其在運(yùn)行過(guò)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(lái)完成零件的加工任務(wù)。第26頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日第27頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日2.多重中斷型結(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。整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷管理系統(tǒng)。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

16、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)。第28頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日第29頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日3.功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)多微處理器數(shù)控裝置一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)微處理器分擔(dān)各自的任務(wù)，形成特定的功能模塊，相應(yīng)的軟件也模塊化，形成功能模塊型軟件結(jié)構(gòu)，固化在對(duì)應(yīng)的硬件功能模塊中。數(shù)控單元主要由三大模塊組成：人機(jī)通信模塊、數(shù)控通信模塊和可編程控制器模塊。第30頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 三 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置典型軟件模塊插補(bǔ)計(jì)算（

17、一）插補(bǔ)概述 在零件的加工程序中，一般僅提供描述該線形所必須的相關(guān)參數(shù)，如對(duì)直線，僅提供其起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)；對(duì)于圓弧，僅提供起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)、圓心相對(duì)于起點(diǎn)的位置或圓弧半徑以及順圓弧或逆圓弧，因此為了實(shí)現(xiàn)軌跡控制就必須在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)時(shí)地計(jì)算出滿足線形和進(jìn)給要求的若干中間點(diǎn)的位置，即進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算。第31頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 插補(bǔ)的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，在輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間計(jì)算出若干中間點(diǎn)的坐標(biāo)值。每個(gè)中間點(diǎn)計(jì)算所需時(shí)間直接影響控制精度，而插補(bǔ)中間點(diǎn)的計(jì)算精度又影響到整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的精度，所以插補(bǔ)算法至關(guān)重要，插補(bǔ)軟件是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心，數(shù)控的其他任務(wù)是圍

18、繞著它進(jìn)行的。第32頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日（二）插補(bǔ)分類 插補(bǔ)算法有很多，現(xiàn)在主要采用數(shù)字脈沖增量法、數(shù)據(jù)采樣法等。 數(shù)字脈沖增量插補(bǔ)，就是根據(jù)一定算法通過(guò)向各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸分配脈沖，控制機(jī)床坐標(biāo)軸作相互協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)，從而加工出一定的形狀輪廓。這類算法輸出是脈沖形式，并且每次僅產(chǎn)生一個(gè)單位的行程增量。數(shù)字脈沖增量插補(bǔ)又包括逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。數(shù)據(jù)采樣法，是使用一系列首尾相連的微小直線段來(lái)逼近給定的曲線輪廓。由于這些線段是按加工時(shí)間來(lái)進(jìn)行分割的，也稱為時(shí)間分割法。第33頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 （三）插補(bǔ)算法1. 脈沖增量插補(bǔ) 脈

19、沖增量插補(bǔ)也稱為行程增量插補(bǔ)，每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)單位的行程增量(一個(gè)脈沖當(dāng)量)，以一個(gè)個(gè)脈沖的方式輸出給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 其基本思想是用折線來(lái)逼近曲線(包括直線)。第34頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 脈沖增量插補(bǔ)的特點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn)方法較簡(jiǎn)單，通常僅用加法和移位運(yùn)算方法就可完成插補(bǔ)，容易用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可用軟件來(lái)完成。但這種方法進(jìn)給速度低，主要用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)。第35頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 脈沖增量插補(bǔ)算法常用的是逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。 逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法的控制原理是：CNC系統(tǒng)在控制進(jìn)給過(guò)程中，逐點(diǎn)地計(jì)算和比較進(jìn)給

20、運(yùn)動(dòng)軌跡與給定軌跡的偏差，并根據(jù)偏差，控制進(jìn)給軸向給定輪廓靠近，縮小偏差，使加工輪廓逼近給定輪廓。第36頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 逐點(diǎn)比較法的精度 逐點(diǎn)比較法以折線來(lái)逼近直線或園弧曲線，它與給定的直線或園弧之間的最大誤差不超過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量，只要脈沖當(dāng)量取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求。第37頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 （1）直線插補(bǔ) 假設(shè)加工如圖所示的第一象限的直線OE，已知直線OE的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為E（Xe，Ye）。 圖 第一象限直線插補(bǔ)第38頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第39頁(yè)，共93

21、頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第40頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第41頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第42頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 N=Xe+Ye第43頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第44頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第一象限直線插補(bǔ)流程圖第45頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 綜上所述，逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)過(guò)程中，每走一步要進(jìn)行四個(gè)步驟：第一步：比較判別，確定F0還是 F0；第二步： 進(jìn)給，當(dāng)F

22、0時(shí)向+X方向進(jìn)給一步； 當(dāng)F0時(shí)向+Y方向進(jìn)給一步；第三步：計(jì)算，計(jì)算新的F、N 值； 第四步：終點(diǎn)判斷，判斷N是否為0，當(dāng)N=0時(shí)，則結(jié)束插補(bǔ)。 第46頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 其它象限的直線插補(bǔ) 其它象限的直線插補(bǔ)與第一象限的直線插補(bǔ)方法相似，只是進(jìn)給方向由象限判別標(biāo)志(終點(diǎn)坐標(biāo)正、負(fù)號(hào))控制。 四個(gè)象限的步進(jìn)方向與插補(bǔ)流程圖分別見(jiàn)下圖所示。第47頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 四象限步進(jìn)方向 第48頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 四象限直線插補(bǔ)流程圖 第49頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，1

23、7點(diǎn)12分，星期日例題：加工直線位于平面直角坐標(biāo)系第一象限起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)終點(diǎn)坐標(biāo)為E(5，4)，插補(bǔ) =1，試用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法對(duì)直線講行直插補(bǔ)運(yùn)算，并畫(huà)出插補(bǔ)軌跡圖。第50頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日第51頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 作業(yè)：加工直線位于平面直角坐標(biāo)系第二象限起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)終點(diǎn)坐標(biāo)為E(-3，7)，插補(bǔ) =1，試用逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法對(duì)直線講行直插補(bǔ)運(yùn)算，并畫(huà)出插補(bǔ)軌跡圖。第52頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 圓弧插補(bǔ)設(shè)要加工圖示第一象限逆時(shí)針走向的園弧，圓心坐標(biāo)為坐標(biāo)原點(diǎn)，起

24、點(diǎn)為 A(Xo，Yo)，終點(diǎn)為 E(Xe,Ye)。 第一象限逆園弧插補(bǔ)第53頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日第54頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第55頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第56頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第一象限逆園弧插補(bǔ)流程第57頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 實(shí)際上由于園弧所在象限不同，逆順不同，插補(bǔ)計(jì)算公式和動(dòng)點(diǎn)進(jìn)給方向也均不相同，因此，園弧插補(bǔ)有八種情況，如圖所示為園弧插補(bǔ)四個(gè)象限的動(dòng)點(diǎn)走向。 園弧插補(bǔ)四個(gè)象限的動(dòng)點(diǎn)走向第58頁(yè)，共

25、93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日例題：試推導(dǎo)第象限逆圓弧逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)公式，并用其插補(bǔ)一段第象限逆圓?。浩瘘c(diǎn)A(-1,5)，終點(diǎn)B(-5,1)，畫(huà)出插補(bǔ)后的實(shí)際軌跡圖。(插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程以節(jié)拍表的形式給出)第59頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日序號(hào)1、判別2、進(jìn)給3、運(yùn)算4、比較E=81F=0YF=9X=1，Y=4E=72F0XF=6X=2，Y=4E=63F0XF=1X=3，Y=4E=54F0XF=6X=4，Y=4E=45F0YF=1X=4，Y=3E=36F0XF=8X=5，Y=3E=27F0YF=3X=5，Y=2E=18F0YF=0X=5，Y=1E=

26、0第60頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日第61頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 數(shù)字積分法數(shù)字積分插補(bǔ)法的最大優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算速度快、脈沖分配均勻、容易實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的插補(bǔ)和二次曲線，甚至高次曲線的插補(bǔ)，但計(jì)算比較復(fù)雜。隨著數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)功能的發(fā)展強(qiáng)大，采用軟件插補(bǔ)所需時(shí)間越來(lái)越短，近年來(lái)才得到較多的應(yīng)用。 第62頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 如右圖第63頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 第64頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 數(shù)字積分器（DDA）直線插補(bǔ) 設(shè)加工直線

27、OE，如圖所示，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為E(Xe,Ye)，假定進(jìn)給速度V是均勻的，則有：式中K為比例常數(shù)。直線OE的DDA插補(bǔ)第65頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 動(dòng)點(diǎn)從原點(diǎn)走向終點(diǎn)E的過(guò)程，可以看作是各坐標(biāo)軸線每經(jīng)過(guò)一個(gè)單位時(shí)間間隔t(t=1)就分別以增量kXe 、kYe同時(shí)累加的結(jié)果。也可以說(shuō)，數(shù)字積分法插補(bǔ)實(shí)際上是利用速度分量進(jìn)行數(shù)字積分(累加)來(lái)確定動(dòng)點(diǎn)在各個(gè)坐標(biāo)軸上坐標(biāo)值的過(guò)程： 第66頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 取ti =1 (一個(gè)單位時(shí)間間隔)，并假定經(jīng)過(guò)n次累加后，動(dòng)點(diǎn)正好到達(dá)終點(diǎn)E(Xe,Ye),則上式可變?yōu)椋?由此可

28、得： kn = 1或 n = 1/k上式表明比例常數(shù)k與累加次數(shù)n之間的關(guān)系，n 必須取整數(shù)，則k肯定是小數(shù)。第67頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 為了保證一個(gè)單位時(shí)間間隔(t = 1)內(nèi)每次進(jìn)給增量X、Y不超過(guò)一個(gè)單位的脈沖當(dāng)量，則：上式中Xe、Ye的最大允許值分別受系統(tǒng)中Jxe、Jye寄存器容量的限制，假定寄存器容量為N位，則Xe及Ye的最大允許數(shù)字量為2N1，將其代入上式中的Xe、Ye，則可得到： k(2N1)1，即k1/(2N1)取k1/2N，則累加次數(shù)n為：n1/k2N綜上所述，X、Y經(jīng)過(guò)n2N次累加后，動(dòng)點(diǎn)正好到達(dá)終點(diǎn)。第68頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5

29、月20日，17點(diǎn)12分，星期日 Jx(x)- 寄存X坐標(biāo)的終點(diǎn)值XeJy(y)- 寄存Y坐標(biāo)的終點(diǎn)值YeJRx- 寄存X坐標(biāo)(X=X)累加余數(shù)JRy- 寄存Y坐標(biāo)(Y=Y)累加余數(shù)數(shù)字積分(DDA)直線插補(bǔ)器如圖所示，它具有四個(gè)位移寄存器：DDA直線插補(bǔ)器框圖 第69頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 當(dāng)累加結(jié)果 XX1 或 YY1時(shí)，其整數(shù)部分以溢出方式丟失，小數(shù)部分則保存在相應(yīng)的寄存器JRx 或 JRy中，留待下一次累加。 每當(dāng)JRx 或JRy出現(xiàn)一個(gè)溢出脈沖時(shí)，則分別向X軸或Y軸分配一個(gè)進(jìn)給脈沖X和Y，使X軸或Y軸移動(dòng)一步，直至到達(dá)終點(diǎn)。 終點(diǎn)判別可由累加次數(shù) n

30、 決定。第70頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 數(shù)字積分器園弧插補(bǔ)設(shè)加工如圖所示的逆園弧，園心為坐標(biāo)原點(diǎn)，起點(diǎn)為A(Xo,Yo)，終點(diǎn)為E(Xe,Ye)，半徑為R，動(dòng)點(diǎn)P(X,Y)的進(jìn)給速度V均勻,則存在下列關(guān)系式：其中：K為比例常數(shù)。第一象限逆園弧插補(bǔ) 第71頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 在單位時(shí)間增量t (t =1)內(nèi)，坐標(biāo)軸方向的位移增量則為： （負(fù)號(hào)表示加工逆園弧時(shí)向-X方向移動(dòng)）取 則第一象限逆園弧插補(bǔ)計(jì)算公式為：（N為累加寄存器容量（N）位）第72頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 顯然，園弧插補(bǔ)是對(duì)動(dòng)

31、點(diǎn)坐標(biāo)的累加，園弧插補(bǔ)器框圖如圖所示。第73頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 插補(bǔ)過(guò)程如下： 運(yùn)算開(kāi)始Jx(x)、Jy(y)中分別存放動(dòng)點(diǎn)P(X,Y)的初值Xo,Yo； X和Y積分累加寄存器每溢出一個(gè)脈沖，X軸和Y軸就分別沿-X方向和+Y方向進(jìn)給一步；每進(jìn)給一步，被積函數(shù)寄存器中的坐標(biāo)值就被修正一次，即JRx 每溢出一個(gè)X脈沖，Jy(y)寄存器中的值就加“1”；反之，JRy 每溢出一個(gè)Y脈沖，Jx(x)寄存器中的值就減“1”。（因動(dòng)點(diǎn)作逆園運(yùn)動(dòng)，X作負(fù)向進(jìn)給）。在插補(bǔ)過(guò)程中被積函數(shù)寄存器中存放的是動(dòng)點(diǎn)P(X,Y)的瞬時(shí)坐標(biāo)值。DDA園弧插補(bǔ)器框圖第74頁(yè)，共93頁(yè)，2

32、022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日 園弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判別可用隨時(shí)計(jì)算出的坐標(biāo)軸位置X=X，Y=Y與終點(diǎn)E(Xe,Ye)的坐標(biāo)值比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。也可采用兩個(gè)終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器來(lái)分別累計(jì)兩坐標(biāo)軸進(jìn)給脈沖數(shù)，每走一步相應(yīng)坐標(biāo)軸終點(diǎn)計(jì)數(shù)器便減“1”，當(dāng)兩計(jì)數(shù)器均減盡為“0”時(shí)，即到達(dá)終點(diǎn)，發(fā)出插補(bǔ)完畢信號(hào)。第75頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日5.3 開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)一、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的基本特征定義：符合系統(tǒng)規(guī)范的應(yīng)用可以運(yùn)行在多個(gè)銷售商的不同平臺(tái)上，可以與其它的系統(tǒng)應(yīng)用互操作，并具有一致風(fēng)格的用戶界面。實(shí)質(zhì)：數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺(tái)上，面向機(jī)床廠家和最終用戶，通過(guò)改

33、變、增加或裁減數(shù)控功能，形成系列化，并方便地將用戶的特殊要求和技術(shù)訣竅集成到數(shù)控系統(tǒng)中快速實(shí)現(xiàn)不同品種、不同檔次的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。第76頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日1、模塊化具有高度模塊化的特征，包括數(shù)控功能模塊化和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模塊化，前者是指用戶可以根據(jù)自己的要求選裝所需的數(shù)控功能后者是指系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)各種功能的算法是可分離、可替換的。統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模塊化是功能模塊化的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)配置、重組的基礎(chǔ)。2、標(biāo)準(zhǔn)化 數(shù)控裝置具有一定程度的標(biāo)準(zhǔn)化，各公司根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)和自己的技術(shù)特長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)控制器中的部件或功能模塊。第77頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日

34、3、移植性 軟件的移植性是指軟件運(yùn)行和平臺(tái)無(wú)關(guān)，不依賴于特定的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)平臺(tái)。這為功能軟件模塊的裁剪、替代和重組創(chuàng)造了條件。4、可再次開(kāi)發(fā)性 允許用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，所謂二次開(kāi)發(fā)是指用戶可以根據(jù)數(shù)控裝置應(yīng)用場(chǎng)合的具體要求，自行定制其硬件資源、軟件功能和各種參數(shù)等。第78頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日5、網(wǎng)絡(luò)化通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向數(shù)控系統(tǒng)傳送加工程序、加工指令或進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的工作。隨著網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)實(shí)時(shí)性的提高，正在逐步滲入到各種集成控制系統(tǒng)中。未來(lái)的開(kāi)放式數(shù)控裝置可能是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下的多微處理器并行計(jì)算的控制器。第79頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分

35、，星期日二、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)美國(guó)的NGC計(jì)劃和SOSAS1987年提出了NGC (Next Generation Workstation/Machine Controller)計(jì)劃，企圖通過(guò)實(shí)現(xiàn)基于相互操作和分級(jí)式軟件模塊的“開(kāi)放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范”（ SOSAS ，Specification for an Open System Architecture standard）,解決傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中存在的“專用、封閉”問(wèn)題。第80頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日NGC計(jì)劃正在為基于開(kāi)放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的下一代機(jī)械制造控制器提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這種體系結(jié)構(gòu)允許不同的設(shè)計(jì)

36、人員開(kāi)發(fā)可相互交換和互相操作的控制器部件。一個(gè)完全合格的NGC包括開(kāi)發(fā)的可能性，多個(gè)裝置間的協(xié)調(diào)，裝置的全獨(dú)立編程，基于模型的處理，自適應(yīng)路徑策略，大范圍工作站及實(shí)時(shí)特性等。NGC計(jì)劃中提出的開(kāi)放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，能夠使供應(yīng)商為實(shí)現(xiàn)專門應(yīng)用選擇最佳方案去定制控制系統(tǒng)。第81頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日2.歐洲的OSACA計(jì)劃OSACA對(duì)開(kāi)放式系統(tǒng)的定義為：應(yīng)包括一組邏輯上可分的部件，部件間的接口、部件與執(zhí)行平臺(tái)間的接口要定義完備，可實(shí)現(xiàn)不同開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)的部件協(xié)調(diào)工作并組成一個(gè)完整的控制器。該控制器可運(yùn)行于不同的平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶和其它自動(dòng)系統(tǒng)一致的接口。第82頁(yè)，共9

37、3頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日OSACA體系結(jié)構(gòu)參考體系結(jié)構(gòu)：是指全面描述控制器組織結(jié)構(gòu)的模型，包括控制器功能模塊的劃分，控制器軟件功能模塊的劃分和模塊之間的接口定義。通信系統(tǒng)：支持各模塊之間的數(shù)據(jù)交換。配置系統(tǒng)：記錄控制系統(tǒng)組成，描述系統(tǒng)啟動(dòng)所需要的信息和操作。第83頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日3、日本的OSEC計(jì)劃OSE研究會(huì)是日本開(kāi)放式研究機(jī)構(gòu)之一。OSE研究會(huì)對(duì)OSEC計(jì)劃（ OSE for Controller）的研究分兩步走：一是開(kāi)放控制器的意義和方向，二是達(dá)到能實(shí)際安裝的、完成度較高的體系結(jié)構(gòu)。第一步研究的主要問(wèn)題：開(kāi)放式NC的基本結(jié)構(gòu)；使用FA記述語(yǔ)言FADL (Factory Automation Description Language)伺服控制的函數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。第84頁(yè)，共93頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)12分，星期日三、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是全面描述控制器組織結(jié)構(gòu)的模型，包括控制器功能模塊的硬件和軟件劃分。在建模過(guò)程中充分考慮數(shù)控機(jī)