計(jì)算機(jī)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)Chapter2ComputerizedNCSystem1數(shù)控裝置的主要工作輸入

input

將編寫好的數(shù)控加工程序輸入給CNC裝置。主要方式有：紙帶閱讀機(jī)輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入、通訊接口輸入及連接上一級(jí)計(jì)算機(jī)的DNC接口輸入。

CNC裝置在輸入過(guò)程中還要完成校驗(yàn)和代碼轉(zhuǎn)換等工作，輸入的全部信息都放到CNC裝置的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。

CNC裝置的工作是在硬件的支持下執(zhí)行軟件的過(guò)程。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明CNC裝置的工作情況。A程序輸入A程序輸入B譯碼譯碼decode

在輸入的工件加工程序中含有工件的輪廓信息（起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線、圓弧等）、加工速度（F代碼）及其它輔助功能（M、S、T）信息等，譯碼程序以一個(gè)程序段為單位，按一定規(guī)則將這些信息翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并以約定的格式存放在指定的內(nèi)存區(qū)間。1數(shù)控裝置的主要工作A程序輸入B譯碼數(shù)據(jù)處理

dataprocessing

數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能處理?！畹毒甙霃窖a(bǔ)償☆速度計(jì)算☆輔助功能：換刀、主軸啟停、切削液開關(guān)等C數(shù)據(jù)處理1數(shù)控裝置的主要工作A程序輸入B譯碼C數(shù)據(jù)處理插補(bǔ)interpolation插補(bǔ)的任務(wù)是通過(guò)插補(bǔ)計(jì)算程序在已知有限信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作，即在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)。D插補(bǔ)運(yùn)算1數(shù)控裝置的主要工作A程序輸入B譯碼C數(shù)據(jù)處理D插補(bǔ)運(yùn)算E位置控制位置控制positioncontrol主要任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而控制工作臺(tái)或刀具的位移。1數(shù)控裝置的主要工作A程序輸入B譯碼C數(shù)據(jù)處理D插補(bǔ)運(yùn)算E位置控制FI/O處理I/O處理主要處理CNC系統(tǒng)和機(jī)床之間的來(lái)往信號(hào)的輸入和輸出控制。1數(shù)控裝置的主要工作A程序輸入B譯碼C數(shù)據(jù)處理D插補(bǔ)運(yùn)算顯示displayCNC系統(tǒng)的顯示主要是為操作者提供方便，通常有：零件程序顯示、參數(shù)設(shè)置、刀具位置顯示、機(jī)床狀態(tài)顯示、報(bào)警顯示、刀具加工軌跡動(dòng)態(tài)模擬顯示以及在線編程時(shí)的圖形顯示等E位置控制FI/O處理G顯示1數(shù)控裝置的主要工作A程序輸入B譯碼C數(shù)據(jù)處理D插補(bǔ)運(yùn)算E位置控制FI/O處理G顯示診斷diagnosis主要是指CNC系統(tǒng)利用內(nèi)裝診斷程序進(jìn)行自診斷，主要有啟動(dòng)診斷和在線診斷。☆啟動(dòng)診斷☆在線診斷H診斷1數(shù)控裝置的主要工作2數(shù)控裝置的功能A程序輸入B譯碼C數(shù)據(jù)處理D插補(bǔ)運(yùn)算E位置控制FI/O處理G顯示H診斷控制功能：控制和聯(lián)動(dòng)控制準(zhǔn)備功能：指令機(jī)床動(dòng)作方式插補(bǔ)功能和固定循環(huán)功能：數(shù)據(jù)密化進(jìn)給功能：進(jìn)給速度的控制主軸功能：主軸切削速度、周向位置控制輔助功能：指令機(jī)床輔助操作刀具管理功能：對(duì)刀具幾何尺寸和刀具壽命的管理補(bǔ)償功能：半徑補(bǔ)償和長(zhǎng)度補(bǔ)償人機(jī)對(duì)話功能：人機(jī)交互自診斷功能：故障預(yù)報(bào)和故障定位通訊功能：與外界進(jìn)行信息和數(shù)據(jù)交換3數(shù)控裝置的構(gòu)成具有計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu);具有數(shù)控機(jī)床所特有的功能模塊和接口單元。硬件構(gòu)成

hardware3數(shù)控裝置的構(gòu)成軟件構(gòu)成

software從本質(zhì)上看，是具有實(shí)時(shí)性和多任務(wù)性的專用操作系統(tǒng);從功能特征看，CNC管理軟件：主要進(jìn)行系統(tǒng)資源的管理和系統(tǒng)各子任務(wù)的調(diào)度。CNC控制軟件：主要完成各種控制功能3數(shù)控裝置的構(gòu)成軟件和硬件在一起構(gòu)成了CNC裝置的系統(tǒng)平臺(tái)圖3-3CNC裝置的系統(tǒng)平臺(tái)硬件操作系統(tǒng)管理軟件應(yīng)用軟件控制軟件數(shù)控加工程序

接口被控設(shè)備機(jī)床機(jī)器人測(cè)量機(jī)

......4數(shù)控裝置的硬件計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線顯示模塊輸入輸出模塊電子盤設(shè)備輔助控制模塊位置控制模塊功能接口模塊4數(shù)控裝置的硬件計(jì)算機(jī)主板和系統(tǒng)總線計(jì)算機(jī)主板計(jì)算機(jī)主板是CNC裝置的核心。它的主要作用：對(duì)輸入到CNC裝置中的種種數(shù)據(jù)、信息(零件加工程序，各種I/O信息等)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。早期的數(shù)控系統(tǒng)，它的輸入、運(yùn)算、插補(bǔ)、控制功能均由電子管、晶體管、中小規(guī)模集成電路組成的邏輯電路實(shí)現(xiàn)。不同的數(shù)控機(jī)床需要設(shè)計(jì)專門的邏輯電路，可靠性差，功能和靈活性差。小型機(jī)的采用，世界上第一臺(tái)CNC系統(tǒng)于1970年問(wèn)世，1974年美日等國(guó)便研究出了以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)，之后相繼8位、16位、后16位、32位、64位CNC被應(yīng)用。CNC具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、功能豐富、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)總線由一組傳送數(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)總線、地址總線、控制總線。4數(shù)控裝置的硬件顯示模塊顯示卡的主要作用：接收來(lái)自CPU的控制命令和顯示用的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)CRT的掃描信號(hào)調(diào)制后產(chǎn)生CRT顯示器所需要的視頻信號(hào)，在CRT上產(chǎn)生所需要的畫面。它是人機(jī)交流的重要媒介。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CNC裝置通過(guò)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。輸入輸出模塊4數(shù)控裝置的硬件電子盤

電子盤是CNC裝置特有的存儲(chǔ)模。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器件有三類：①磁存儲(chǔ)器件，如：軟/硬磁盤；②光存儲(chǔ)器件，如：光盤；③半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，如RAM、ROM、FLASH等。在CNC裝置中，常采用電子存儲(chǔ)器件作為外存儲(chǔ)器。4數(shù)控裝置的硬件設(shè)備輔助控制模塊設(shè)備輔助控制接口模塊是CNC裝置實(shí)現(xiàn)順序控制的模塊。它的作用是接收來(lái)自操作面板、機(jī)床上的各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、強(qiáng)電柜里的繼電器以及主軸控制、刀庫(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。設(shè)備輔助控制接口必須完成兩個(gè)任：即電平的轉(zhuǎn)換和功率放大、電氣隔離。簡(jiǎn)單I/O接口板PLC控制4數(shù)控裝置的硬件設(shè)備輔助控制模塊簡(jiǎn)單I/O接口板4數(shù)控裝置的硬件設(shè)備輔助控制模塊PLC控制4數(shù)控裝置的硬件位置控制模塊位置控制模塊是進(jìn)給伺服系統(tǒng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)軌跡控制時(shí)，CNC裝置與伺服驅(qū)動(dòng)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)（含半閉環(huán)）位置控制模塊。4數(shù)控裝置的硬件位置控制模塊4數(shù)控裝置的硬件位置控制模塊①速度指令轉(zhuǎn)換②位置反饋脈沖回收③速度反饋電壓轉(zhuǎn)換4數(shù)控裝置的硬件功能接口模塊

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)。5數(shù)控裝置的軟件CNC裝置軟件和硬件的功能界面CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模式5數(shù)控裝置的軟件CNC裝置軟件和硬件的功能界面5數(shù)控裝置的軟件CNC裝置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程1.譯碼用ASCII碼表達(dá)加工程序，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式2.刀補(bǔ)處理零件輪廓變換成刀具中心軌跡3.速度預(yù)處理計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成移動(dòng)量4.插補(bǔ)計(jì)算計(jì)算插補(bǔ)周期的實(shí)際合成位移量并分解5.位置控制處理進(jìn)行各進(jìn)給軸跟隨誤差的計(jì)算，調(diào)節(jié)處理，輸出為位移控制指令高4位

低4位

說(shuō)明

1

3

G03

2

3

M03

100

X值

50

Y值

0

Z值

0

I值

50

J值

0

K值

100

F值

1.譯碼譯碼就是把用ASCⅡ碼編寫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，并存放到譯碼緩沖區(qū)中，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

M03G03X100.Y50.I0J50.F100.；

（2）保留字符格式的存放方法

StructPROG_BUFFER{charbuf_state；//0：空，1：有數(shù)據(jù)

intblock_num；//程序段號(hào)

doubleCOORD[20]；//尺寸字的數(shù)值，單位為μmintF，S；//進(jìn)給速度和主軸速度

charG_flag；//以標(biāo)志形式存放的G指令

charG1；//G指令表

...charM_flag；//以標(biāo)志形式存放的M指令

charM1；//M指令表

...charT；//刀具代號(hào)

charD；//刀具半徑值

}；2.刀補(bǔ)刀補(bǔ)處理程序主要進(jìn)行以下幾項(xiàng)工作：

1．計(jì)算本段零件輪廓的終點(diǎn)坐標(biāo)值；

2．根據(jù)刀具的半徑值和刀具補(bǔ)償方向，計(jì)算出本段刀具中心軌跡的終點(diǎn)位置；

3．根據(jù)本段和下一段的轉(zhuǎn)接關(guān)系進(jìn)行段間處理。

3.速度預(yù)處理速度預(yù)處理程序主要完成以下幾步計(jì)算：

1．計(jì)算本程序段總位移量

2．計(jì)算每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量

ΔL=FΔt/60（μm）

式中，F(xiàn)—進(jìn)給速度值（mm/min）；

Δt—數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期（ms）。V(t)VcOCBA恒速控制：F值恒定加減速控制：F值按照一定規(guī)律變化4.插補(bǔ)處理

1．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；

2．計(jì)算新的坐標(biāo)位置；

3．將合成位移分解到各個(gè)坐標(biāo)方向，得到各個(gè)坐標(biāo)軸的位置控制指令。插補(bǔ)程序的實(shí)時(shí)性指令位置+插補(bǔ)輸出+Δx2，Δy2--位控輸出Δx3，Δy3

+X2新，Y2新實(shí)際位置增量Δx1，Δy1

實(shí)際位置X1新，Y1新

X2舊，Y2舊

X1舊，Y1舊

++

-5.位置控制位置控制算法原理（1）．計(jì)算新的指令坐標(biāo)位置

X2新=X2舊+Δx2Y2新=Y2舊+Δy2（2）．計(jì)算實(shí)際坐標(biāo)位置

X1新=X1舊+Δx1Y1新=Y1舊+Δy1（3）．計(jì)算位置控制輸出值

Δx3=X2新-X1新

Δy3=Y2新–Y1新

位置控制是強(qiáng)實(shí)時(shí)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。5數(shù)控裝置的軟件CNC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.多任務(wù)性與并行處理技術(shù)CNC控制要求的多任務(wù)性控制基于并行處理的多任務(wù)調(diào)度技術(shù)資源分時(shí)共享（對(duì)單一資源的系統(tǒng)）并發(fā)處理和流水處理（對(duì)多資源的系統(tǒng)）2.實(shí)時(shí)性和優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制實(shí)時(shí)性任務(wù)的分類優(yōu)先搶占調(diào)度機(jī)制優(yōu)先級(jí)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（2）多任務(wù)并行處理的實(shí)現(xiàn)

1）資源分時(shí)共享分時(shí)共享多任務(wù)處理方案

位置控制插補(bǔ)運(yùn)算背景程序各任務(wù)占用CPU時(shí)間示意圖

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