第5章 计算机数控装置.ppt

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1、第第5章章 计算机数控装置计算机数控装置（CNC系统）系统）目录目录 5.1 CNC系统的组成与特点系统的组成与特点 5.2 CNC系统系统的硬件结的硬件结构构5.3 CNC系统系统的软件结的软件结构构5.4 CNC系统系统的控的控制原理与功能制原理与功能5.5 典型典型CNC系统系统 5.1 CNC系统的组成与特点系统的组成与特点数控装置是数控系统的核心，数控装置是数控系统的核心，主要功能：主要功能：正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行正确识别和解释数控加工程序，对解释结果进行各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。各种数据计算和逻辑判断处理，完成各种输入、输出任务。形式：

2、形式：专用硬件数控装置专用硬件数控装置数字逻辑电路数字逻辑电路 计算机数控装置（计算机数控装置（CNCCNC）信息输出：信息输出：连续控制量连续控制量 驱动控制装置驱动控制装置 离散的开关量离散的开关量机床电器逻辑控制装置机床电器逻辑控制装置程序程序输入输入设备设备输出输出设备设备CNCCNC装置装置PCPC 位置位置检测器检测器进给进给电机电机机床机床主轴主轴电机电机主轴主轴控制控制单元单元速度速度控制控制单元单元 5.1 CNC系统的组成与特点系统的组成与特点 灵活性大灵活性大只要改变系统软件，就可改变和扩展其功能，补充新只要改变系统软件，就可改变和扩展其功能，补充新技术，延长硬件结构的使

3、用期技术，延长硬件结构的使用期 通用性强通用性强硬件有多种通用的模块化结构，易于扩展硬件有多种通用的模块化结构，易于扩展 可以实现复杂的功能可以实现复杂的功能如高次曲线插补、动静态图形显示等功能如高次曲线插补、动静态图形显示等功能CNC系统的特点系统的特点 5.1 CNC系统的组成与特点系统的组成与特点 使用维修方便使用维修方便许多功能由软件实现，硬件结构大大简化许多功能由软件实现，硬件结构大大简化,用大规模和特大规模通用和专用集成电路用大规模和特大规模通用和专用集成电路CNCCNC的诊断程序使维修非常方便的诊断程序使维修非常方便 易于实现机电一体化易于实现机电一体化半导体集成电路技术的发展和

4、采用先进的半导体集成电路技术的发展和采用先进的制造安装技术制造安装技术,使使CNCCNC装置尺寸大为缩小。装置尺寸大为缩小。可靠性高可靠性高 5.1 CNC系统的组成与特点系统的组成与特点设备层设备层机床机床机器人机器人测量机测量机显示设备显示设备输入输入/输出设备输出设备其他设备其他设备接接 口口计算机基本系统计算机基本系统设备支持层设备支持层人机控制人机控制运动控制运动控制PMCPMC其他其他I/OI/O5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构CNC装置硬件组成CPUEPROMRAMIN接口OUT接口纸带阅读机MDI/CRT接口位置控制其它接口总线5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结

5、构1.1.专用型专用型CNC装置装置 总线式模块化结构总线式模块化结构 采用功能模块化结构。按功能要求可选用采用功能模块化结构。按功能要求可选用7 7、9 9、1111和和1313个槽的控制单元母板。在控制单元个槽的控制单元母板。在控制单元母板上插入各种不同功能模块的印刷电路板。母板上插入各种不同功能模块的印刷电路板。单板或专用芯片及模板组成的紧凑结构单板或专用芯片及模板组成的紧凑结构组成：由主电路板、组成：由主电路板、PLCPLC板、附加板、附加I/OI/O板、板、图形控制板和电源单元等组成。图形控制板和电源单元等组成。5.2.1 常规常规CNC的硬件结构的硬件结构按硬件制造方分按硬件制造方

6、分5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构2.PC式式CNC系统系统 采用工业标准计算机作为采用工业标准计算机作为CNCCNC系统支撑平台；系统支撑平台；不同数控制造厂仅需插入自己的控制卡和不同数控制造厂仅需插入自己的控制卡和CNCCNC软件即可构软件即可构成成CNCCNC系统，不设计专门硬件；系统，不设计专门硬件；由于工业标准计算机的生产数以白万计，其生产成本很由于工业标准计算机的生产数以白万计，其生产成本很低，继而降低低，继而降低CNCCNC系统的成本。系统的成本。5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构5.2.2 按按CPU的多少分的多少分1.单微处理器结构：单微处理器结构：CPUC

7、MOSROMRS-232232I/O接接口口CRT接接口口PC控控制制位置位置控控制制控制控制媒介媒介机床机床控制控制面板面板速度控速度控制单元制单元EPROMCRT总总 线线5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构2).2).特点特点 系统功能受到系统功能受到CPUCPU字长、数据宽度、寻址能力和字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制，现在已被多机系统的主运算速度等因素的限制，现在已被多机系统的主从结构所取代。从结构所取代。整个整个CNC装置装置只有一个只有一个CPU，集中控制和管理，集中控制和管理整个整个系统资源系统资源，通过分时处理的方式实现各种数控功能。，通过分时处理的方式实

8、现各种数控功能。优优 点点投资小投资小,结构简单结构简单,易于实现。易于实现。缺缺 点点1).1).基本概念基本概念5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构主从结构系统主从结构系统 系统中有两个或两个以上的系统中有两个或两个以上的CPUCPU，但只有一个，但只有一个CPU(CPU(主主CPU)CPU)处于主导地位，对系统资源有控制和使用处于主导地位，对系统资源有控制和使用权，其他权，其他CPUCPU处于从属地位，不能控制系统总线，只处于从属地位，不能控制系统总线，只能接受主能接受主CPUCPU的控制命令或数据，或向主的控制命令或数据，或向主CPUCPU发出请求发出请求信息以获得所需的数据。信

9、息以获得所需的数据。5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构其其 他他 外外 围围 设设 备备I/OI/O接口接口辅助功能辅助功能CPU|CPU|输入端输入端|输出端输出端可编程控制器可编程控制器 CNC CNC插补插补|位置控制位置控制 模块模块|模块模块 几何处理几何处理其其 他他功功 能能管理模块管理模块存储器模块存储器模块多机系统多机系统CNC系统并联数据总线系统并联数据总线2.2.多微处理器结构多微处理器结构5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构 整个整个CNCCNC装置中有两个或两个以上装置中有两个或两个以上CPUCPU，就是系统中的某些功能模块自身也带有就是系统中的某些功能

10、模块自身也带有CPUCPU。两个或两个以上两个或两个以上CPUCPU构成的处理部件之间有两种结构构成的处理部件之间有两种结构形式：形式：紧耦合（相关性强）紧耦合（相关性强）有集中的操作系统，共享资源有集中的操作系统，共享资源松耦合（具有相对独立性或相关性弱）松耦合（具有相对独立性或相关性弱）有多重操作系统有效地实现并行处理有多重操作系统有效地实现并行处理1).1).基本概念基本概念5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构 整个系统有两个或两个以上的带整个系统有两个或两个以上的带CPUCPU的功能部件对的功能部件对系统资源有控制和使用权。模块间采用紧耦合。系统资源有控制和使用权。模块间采用紧耦

11、合。分布式结构系统分布式结构系统 整个系统有两个或两个以上的带整个系统有两个或两个以上的带CPUCPU的功能的功能模块，每个模块有独立的运行环境，模块间模块，每个模块有独立的运行环境，模块间采用松耦合。采用松耦合。2).2).分类分类多主结构系统多主结构系统5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构 3 3）特点）特点实现真正意义上的并行处理，处理速度快。实现真正意义上的并行处理，处理速度快。容错能力强。容错能力强。1).1).共享总线结构共享总线结构 结构简单、系统组配灵活、可靠性高结构简单、系统组配灵活、可靠性高 FANUCFANUC系统系统 4 4）.结构形式结构形式2).2).共享存储

12、器结构共享存储器结构 美国美国GEGE公司的公司的MTC1-CNCMTC1-CNC系统系统5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构什么是模块化设计方法：什么是模块化设计方法：每个模块配上相应的驱动软件，按功能要求选择不每个模块配上相应的驱动软件，按功能要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，组同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，组成一个完整的控制系统。成一个完整的控制系统。将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的单将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的单元模块。元模块。模块化设计的条件：模块化设计的条件：总线总线(BUS)(BUS)标准化标准化5.2 CNC系统的硬件结构

13、系统的硬件结构功能驱动功能驱动1 1功能驱动功能驱动n n控制面板控制面板机床机床I/OI/O主轴控制模块主轴控制模块速度控制单元速度控制单元1 1速度控制单元速度控制单元n n系系 统统 总总 线线 （B BU US S）计算机主板计算机主板显显 示示 卡卡多功能卡多功能卡电电 子子 盘盘计计算算机机I/OI/O设备设备PLC PLC 模模 块块位置控制块位置控制块1 1位置控制块位置控制块n n功能模块功能模块1 1功能模块功能模块n n单机或主从结构的单机或主从结构的CNC装置硬件结构装置硬件结构5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构RAM/EPROM反馈信号反馈信号收发器收发器RA

14、M512512键盘键盘显示显示CPUEPROM512512RAMEPROM中央中央CPU串口和串口和收发器收发器插补插补CPU字符字符发生器发生器CTRC并行接口并行接口反馈脉冲反馈脉冲和处理和处理CRT模拟量输出模拟量输出机床接口机床接口共享存储器结构共享存储器结构CNC装置硬件结构装置硬件结构5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构随着技术、市场、生产组织结构等多方面的快速变随着技术、市场、生产组织结构等多方面的快速变化，对化，对CNCCNC数控系统的数控系统的柔性化柔性化和和通用化通用化提出更高的提出更高的要求。要求。开放式系统的开放式系统的定义定义：必须具备不同应用程序能协调：必须具

15、备不同应用程序能协调地运用于系统平台上的能力，提供面向功能的动态地运用于系统平台上的能力，提供面向功能的动态重构工具，同时提供统一标准化的应用程序用户界重构工具，同时提供统一标准化的应用程序用户界面。面。5.2.3 开放式开放式CNC的硬件结构的硬件结构5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构开放式系统的开放式系统的特征特征：可互操作性可互操作性 可移植性可移植性 可缩放性可缩放性 可相互替代性可相互替代性5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构基于基于PCPC开放式开放式CNCCNC的硬件配置形式的硬件配置形式 基于基于PCPC的有限开放的有限开放CNCCNC PCPC连接性连接性CNC

16、CNC：串行线相连，：串行线相连，CNCCNC几乎不用改几乎不用改 PCPC内藏型内藏型CNCCNC：专用总线连接，保持原有：专用总线连接，保持原有CNCCNC的性能。的性能。数据传送快，系统响应快。数据传送快，系统响应快。基于基于PCPC的可开放的可开放CNCCNC CNC CNC内藏型：通用内藏型：通用PCPC机的扩展槽中加入专用机的扩展槽中加入专用CNCCNC卡卡 充分保证系统性能，软件的通用性强，充分保证系统性能，软件的通用性强，编程灵活。编程灵活。5.2 CNC系统的硬件结构系统的硬件结构 5.3.1 CNC系统软件的组成系统软件的组成CNCCNC是一个实时的计算机控制系统。是一个实

17、时的计算机控制系统。数控的基本功能是由各种功能子程序实现的。数控的基本功能是由各种功能子程序实现的。CNCCNC软件分为应用软件、系统软件。软件分为应用软件、系统软件。应用软件包括零件数控加工或其他辅助软件，如应用软件包括零件数控加工或其他辅助软件，如CAD/CAMCAD/CAM软软件。件。系统软件是为实现系统软件是为实现CNCCNC系统各项功能所编制的专门软件，也系统各项功能所编制的专门软件，也叫控制软件，存放在计算机叫控制软件，存放在计算机EPROMEPROM内存中。内存中。5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构应用软件应用软件输输入入程程序序译译码码程程序序数据数据处理处理程序程序C

18、NCCNC软件软件零件数控零件数控加工或其加工或其他辅助软他辅助软件件输入数据处输入数据处理程序理程序诊诊断断程程序序管管理理程程序序速速 度度 控控制制程程序序插插 补补 运运 算算程程序序系统软件系统软件/控制软件控制软件5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构5.3.2 CNC常规与开放式软件结构常规与开放式软件结构CNC装置的硬件和软件构成了装置的硬件和软件构成了CNC装置的装置的系统平台系统平台：数控加工系统数控加工系统 CNC装置的系统平台被控设备被控设备机机 床床机器人机器人测量机测量机 根据用户根据用户要求开发要求开发 应用应用 软件软件控控 制制软软 件件管管 理理 程程

19、序序 操作系统操作系统 硬硬 件件接接 口口5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构 该平台提供该平台提供CNC装置基本配置的必备功能装置基本配置的必备功能 该平台根据用户要求进行功能设计和开发该平台根据用户要求进行功能设计和开发 CNC平台的建构方式就是平台的建构方式就是CNC装置的体系结构。装置的体系结构。CNC装置的功能装置的功能基本基本功能功能选择选择功能功能数控系统基本配置的功能，即必备的功能数控系统基本配置的功能，即必备的功能硬件实现（处理速度快，造价较高）硬件实现（处理速度快，造价较高）用户可以根据要求选择的功能用户可以根据要求选择的功能软件实现（设计灵活、适应性强、软件实现（

20、设计灵活、适应性强、处理速度慢）处理速度慢）该平台由以下该平台由以下两个方面两个方面的含义的含义:5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构1.1.CNC系统软、硬件的界面系统软、硬件的界面 CNCCNC中软、硬件的分配比例是由性能价格比决定，中软、硬件的分配比例是由性能价格比决定，很大程度涉及软硬件技术的发展水平。很大程度涉及软硬件技术的发展水平。现代现代CNCCNC系统软、硬件的界面并不是固定不变的，系统软、硬件的界面并不是固定不变的，而是随着软硬件的水平和成本，以及而是随着软硬件的水平和成本，以及CNCCNC所具有的性所具有的性能不同而发生变化的。能不同而发生变化的。CNC CNC软件势

21、必发展成以操作系统为基础的多层次的软件势必发展成以操作系统为基础的多层次的软件结构，这在基于软件结构，这在基于PCPC的的CNCCNC系统中尤为明显。系统中尤为明显。5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构CNC系统软件设计方法系统软件设计方法 常规常规CNCCNC的软件设计中，大多利用基于数据的软件设计中，大多利用基于数据流图的程序结构化设计方法。流图的程序结构化设计方法。开放式开放式CNCCNC的软件设计中，采用面向对象的的软件设计中，采用面向对象的设计方法，更稳定且可重用。设计方法，更稳定且可重用。5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构软软 件件硬硬 件件硬硬 件件第一种第一种硬硬

22、 件件硬硬 件件介介 质质输输 入入插补插补准备准备插插 补补位位 控控速速 控控电电 机机测测 量量软软 件件硬硬 件件软软 件件硬硬 件件第二种第二种第三种第三种5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构 2.CNC 2.CNC系统的多任务并行处理系统的多任务并行处理 CNC的功能则可定义为的功能则可定义为CNC的任务：的任务：显示、译码、刀补、速度处理、插补处理、位置控制、显示、译码、刀补、速度处理、插补处理、位置控制、CNC系统的任务要求并行处理：系统的任务要求并行处理：为了保证控制的连续性和各任务执行的为了保证控制的连续性和各任务执行的时序配合时序配合要求，要求，CNCCNC系统的任

23、务必须采用并行处理，而不能逐一处理。系统的任务必须采用并行处理，而不能逐一处理。5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构输输 入入显显 示示位位 控控诊诊 断断I/OI/O译译 码码刀刀 补补速速 度度处处 理理插插 补补位位 控控并行处理定义：并行处理定义：系统在系统在同一时间间隔同一时间间隔或或同一时刻同一时刻内完成两个或两个以内完成两个或两个以上任务处理的方法。上任务处理的方法。5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构 采用并行处理技术的采用并行处理技术的目的：目的：合理使用和调配合理使用和调配CNCCNC系统的资源系统的资源 提高提高CNCCNC系统的处理速度。系统的处理速度。p

24、并行处理的并行处理的实现方式实现方式：资源重复资源重复 硬件设计硬件设计 时间重叠流水处理时间重叠流水处理 软件设计软件设计 资源分时共享资源分时共享 软件设计软件设计5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构 时间重叠流水处理技术是利用重复的资源（时间重叠流水处理技术是利用重复的资源（CPUCPU），），将一将一个大的任务分成若干个子任务个大的任务分成若干个子任务(任务的分法与资源重复的多任务的分法与资源重复的多少有关少有关)，这些小任务是彼此关系的，然后按一定的顺序安，这些小任务是彼此关系的，然后按一定的顺序安排每个资源执行一个任务，就象在一条生产线上分不同工排每个资源执行一个任务，就象在

25、一条生产线上分不同工序加工零件的流水作业一样。序加工零件的流水作业一样。在任何时刻（流水处理除开始和结束外）均有两个或两在任何时刻（流水处理除开始和结束外）均有两个或两个以上的任务在同时执行。个以上的任务在同时执行。流水处理的关键是时间重叠，是以资源重复的代价换得时流水处理的关键是时间重叠，是以资源重复的代价换得时间上的重叠，或者说以空间复杂性的代价换得时间上的快间上的重叠，或者说以空间复杂性的代价换得时间上的快速性。速性。时间重叠流水处理时间重叠流水处理5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构1231232tt空间时间顺序处理输出输出CPU1时间t+tt空间111333222输出输出输出C

26、PU1CPU2CPU3并行处理5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构在在单单CPUCPU结构结构的的CNCCNC系统中，可采用系统中，可采用“资源分时共享资源分时共享”并并行处理技术。行处理技术。资资源源分分时时共共享享在在规规定定的的时时间间长长度度（时时间间片片）内内，根根据据各各任任务务实实时时性性的的要要求求，规规定定它它们们占占用用CPUCPU的的时时间间，使使它们分时共享系统的资源。它们分时共享系统的资源。“资源分时共享资源分时共享”的技术关键：的技术关键：其一：各任务的优先级分配问题。其一：各任务的优先级分配问题。其其二二：各各任任务务占占用用CPUCPU的的时时间间长长度度

27、，即即时时间间片片的的分分配配问问题。题。资源分时共享并行处理资源分时共享并行处理5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构显显 示示诊诊 断断输输 入入插补插补准备准备I/OI/O处理处理初始初始化化插插 补补位位 控控键键 盘盘中中断断优优先先级级由由高高到到低低资源（资源（CPUCPU）分时共享图分时共享图5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构 各任务占用各任务占用CPU CPU 时间示意图时间示意图5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构在任何一个时刻只有一个任务占用在任何一个时刻只有一个任务占用CPUCPU；在在一一个个时时间间片片（如如8 8msms或或1616msms）内内

28、，CPUCPU并并行行地地执执行行了两个或两个以上的任务。了两个或两个以上的任务。因因此此，资资源源分分时时共共享享的的并并行行处处理理只只具具有有宏宏观观上上的的意意义义，即从微观上来看，各个任务还是逐一执行的。即从微观上来看，各个任务还是逐一执行的。资源分时共享技术的特征资源分时共享技术的特征5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构 CNC CNC系统控制软件的另一个重要特征。系统控制软件的另一个重要特征。CNCCNC系统的多任务性和实时性决定了系统中断成为整系统的多任务性和实时性决定了系统中断成为整个系统必不可少的重要组成部分。个系统必不可少的重要组成部分。中断管理主要由硬件完成，而系

29、统的中断结构决定中断管理主要由硬件完成，而系统的中断结构决定了系统软件的结构。了系统软件的结构。3.3.实时中断处理实时中断处理5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构1 1）外部中断）外部中断2)2)内部定时中断内部定时中断3)3)硬件故障中断：各种硬件故障检测系统发出的中断硬件故障中断：各种硬件故障检测系统发出的中断.4)4)程序性中断：程序中出现异常情况的程序性中断：程序中出现异常情况的报警报警中断。中断。插补周期定时中断插补周期定时中断位置采样定时中断位置采样定时中断阅读机中断和外部监控中断阅读机中断和外部监控中断键盘操作面板输入中断键盘操作面板输入中断CNCCNC系统的中断类型系统

30、的中断类型5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构4.4.常规常规CNCCNC的软件结构的软件结构 前后台型软件结构前后台型软件结构 中断型软件结构中断型软件结构5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构作作 用用系统的核心，承担几乎全部系统的核心，承担几乎全部实时功能实时功能如插补运算、位置控制、故障诊断。如插补运算、位置控制、故障诊断。前台程序前台程序(实时中断服务程序实时中断服务程序)后台程序后台程序(背景程序背景程序)作作 用用完成插补前的完成插补前的准备准备工作和工作和调度调度管理，管理，如显示、插补预处理、程序编辑。如显示、插补预处理、程序编辑。前后台型的软件结构前后台型的软件结

31、构5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构前台程序实现的功能与机床的动作直接相关；后台程序前台程序实现的功能与机床的动作直接相关；后台程序是一个循环运行的程序。是一个循环运行的程序。系统启动后先进行初始化，再进入后台程序，同时开放系统启动后先进行初始化，再进入后台程序，同时开放实时中断程序，每隔一定的时间发生一次中断，执行一实时中断程序，每隔一定的时间发生一次中断，执行一次实时中断服务程序（此时后台程序停止运行），执行次实时中断服务程序（此时后台程序停止运行），执行完毕后返回后台程序。完毕后返回后台程序。如此循环往复，两者相互配合，共同完成数控的全部功如此循环往复，两者相互配合，共同完成数控

32、的全部功能。能。一般一般适用于适用于单处理器集中式控制，对单处理器集中式控制，对CPUCPU的性能要求较高。的性能要求较高。5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构中断执行中断执行前台程序前台程序故障处理故障处理位置控制位置控制插补运算插补运算 .后台程序后台程序译码译码刀补处理刀补处理速度预处理速度预处理输入输入/输出输出显示显示.循环执行循环执行前后台运行的相互关系如图所示前后台运行的相互关系如图所示5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构一、什么是一、什么是中断型软件结构中断型软件结构 指除了初始化程序外，整个控制程序分成若干各指除了初始化程序外，整个控制程序分成若干各不同级别的中断

33、服务程序。不同级别的中断服务程序。所有的各种功能子程序所有的各种功能子程序均被安排成级别不同的中断程序，管理功能主要通均被安排成级别不同的中断程序，管理功能主要通过各级中断程序之间的相互通讯来解决。过各级中断程序之间的相互通讯来解决。二、二、中断型软件结构的特点中断型软件结构的特点 实时性好，但模块关系复杂，耦合度大实时性好，但模块关系复杂，耦合度大中断型软件结构中断型软件结构5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构一般在中断型结构的一般在中断型结构的CNCCNC软件体系中，控制软件体系中，控制CRTCRT显示的模显示的模块为低级中断（块为低级中断（0 0级中断），只要系统中没有其他中断级中

34、断），只要系统中没有其他中断级别请求，总是执行级别请求，总是执行0 0级中断，即系统进行级中断，即系统进行CRTCRT显示。显示。其他程序模块，如译码处理、刀具中心轨迹计算、键盘其他程序模块，如译码处理、刀具中心轨迹计算、键盘控制、控制、I/OI/O信号处理、插补运算、终点判别、伺服系统位信号处理、插补运算、终点判别、伺服系统位置控制等处理，分别具有不同的中断优先级别。置控制等处理，分别具有不同的中断优先级别。开机后，系统程序首先进入初始化程序，进行初始化状开机后，系统程序首先进入初始化程序，进行初始化状态的设置、态的设置、ROMROM检查等工作。初始化后，系统转入检查等工作。初始化后，系统转

35、入0 0级中级中断断CRTCRT显示处理。此后系统就进入各种中断的处理。显示处理。此后系统就进入各种中断的处理。5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构该模式的软件结构如图所示该模式的软件结构如图所示初初 始始 化化中中断断程程序序0 0级级服服务务中中断断程程序序1 1级级服服务务中中断断程程序序2 2级级服服务务中中 断断 管管 理理 系系 统统(软软 件件 +硬硬 件件)中中断断程程序序n n级级服服务务5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构5.5.开放式开放式CNCCNC的软件结构的软件结构系统参考结构系统参考结构硬硬 件件系统平台系统平台若干若干功能元对象功能元对象软软 件件平

36、台技术、统平台技术、统一的标准规范一的标准规范系统核心系统核心标准应用程序界面（标准应用程序界面（APIAPI）可选系统软件可选系统软件操作系统操作系统通讯系统通讯系统配置系统配置系统基于标准总线基于标准总线的公用模块化的公用模块化设计设计5.3 CNC系统的软件结构系统的软件结构 1.CNC 1.CNC系统的控制原理系统的控制原理CNC系统中数据转换流程图加加工工程程序序译译 码码刀刀 补补 处处 理理速速度度预预处处理理插插 补补 处处 理理位位 置置 处处 理理伺伺 服服 驱驱 动动刀补刀补缓冲区缓冲区运行运行缓冲区缓冲区PLC控制控制译码译码缓冲区缓冲区位置位置反馈反馈插补插补缓冲区缓

37、冲区程序程序缓冲区缓冲区5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 1)零件程序的输入零件程序的输入通讯方式通讯方式存存 储储 器器修正修正删除删除插入插入阅读机阅读机键键 盘盘CNC系统中通常的工作方式为系统中通常的工作方式为存储器工作方式存储器工作方式。用用键盘命令键盘命令调出零件程序存储器中指定的零件程序。调出零件程序存储器中指定的零件程序。但在工作中还允许用键盘输入修正程序。但在工作中还允许用键盘输入修正程序。5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能将输入的标准的数控加工程序按一定的规则翻译成数控将输入的标准的数控加工程序按一定的规则翻译成数控系统中的计算机能

38、识别的数据形式，并按约定的格式存系统中的计算机能识别的数据形式，并按约定的格式存放在指定的译码结果缓存器中。放在指定的译码结果缓存器中。译码处理都是将零件程序的一个程序段作为单位进行处译码处理都是将零件程序的一个程序段作为单位进行处理。理。译码包括：零件轮廓信息、进给速度信息、其他辅助信译码包括：零件轮廓信息、进给速度信息、其他辅助信息。息。2)译码译码 5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 N06 G90 G41 D01 G01 X200 Y300 F200；-Struct PROG_BUFFER char buf_state；0：(开始开始)；1（；）（；）int blo

39、ck_num；06（N06）double COOR20；COOR1=200000；（；（X200）COOR2=300000；（；（Y300）int F,S；F=200；（；（F200）char G0；D5=0；（；（G90）D6,D7=0,1（G41）D1=1；（；（G01）char D；D=01（D01）；5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 刀补处理的主要工作：刀补处理的主要工作：v根根据据G90/G91G90/G91计计算算零零件件轮轮廓廓的的终点坐标值。终点坐标值。v根根据据R R和和G41/42G41/42，计计算算本本段段刀刀具具中中心心轨轨迹迹的的终终点点（P

40、Pe e/P/Pe e）坐标值。坐标值。v根根据据本本段段与与前前段段连连接接关关系系，进进行段间连接处理。行段间连接处理。Pe（200，300）XRP0（72，48）Pe”PeG41G42Y 3)刀补处理刀补处理(计算刀具中心轨迹计算刀具中心轨迹)5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 主要功能是根据加工程序给定的进给速度主要功能是根据加工程序给定的进给速度F F，计算在每，计算在每个插补周期内的合成移动量，供插补程序使用。个插补周期内的合成移动量，供插补程序使用。4)速度处理速度处理 速度处理程序主要完成以下几步计算速度处理程序主要完成以下几步计算：q 计算本段总位移量：计

41、算本段总位移量：直线：合成位移量直线：合成位移量L L；园弧：总角位移量园弧：总角位移量。该数供插补程序判断减速起点和终点之用该数供插补程序判断减速起点和终点之用。q计算每个插补周期内的合成进给量：计算每个插补周期内的合成进给量：L=F*L=F*t/60 t/60 （m m）式中：式中：F-F-进给速度值（进给速度值（mm/minmm/min）；）；t-t-数控系统的插补周期（数控系统的插补周期（msms）L5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能主要功能：主要功能：q根根据据操操作作面面板板上上“进进给给修修调调”开开关关的的设设定定值值，计计算算本次插补周期的实际合成位移量：

42、本次插补周期的实际合成位移量：L L1 1=L*L*修调值修调值q将将L L1 1按按插插补补的的线线形形（直直线线，园园弧弧等等）和和本本插插补补点点所所在在的的位位置置分分解解到到各各个个进进给给轴轴，作作为为各各轴轴的的位位置置控控制制指令（指令（X X1 1、Y Y1 1）。）。经经插插补补计计算算后后的的数数据据存存放放在在运运行行缓缓冲冲区区中中，以以供供位位置置控控制制程程序序之之用用。本本程程序序以以系系统统规规定定的的插插补补周周期期t t定定时时运行。运行。5)插补计算插补计算5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能f（）（）+插补输出插补输出X X1 1Y

43、Y1 1指令位置指令位置X X1 1新新Y Y1 1新新跟随误差跟随误差X X3 3Y Y3 3实际位置实际位置X X2 2新新Y Y2 2新新反馈位置增量反馈位置增量X X2 2、Y Y2 2X X1 1旧旧Y Y1 1旧旧X X2 2旧旧Y Y2 2旧旧速度指令速度指令VX、VY位置控制转换流程位置控制转换流程 6)位置控制处理位置控制处理5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 位置控制完成以下几步计算：位置控制完成以下几步计算：q计算新的位置指令坐标值：计算新的位置指令坐标值：X X1 1新新=X X1 1旧旧+X X1 1；Y Y1 1新新=Y Y1 1旧旧+Y Y1

44、1；q计算新的位置实际坐标值：计算新的位置实际坐标值：X X2 2新新=X X2 2旧旧+X X2 2；Y Y2 2新新=Y Y2 2旧旧+Y Y2 2q计算跟随误差计算跟随误差(指令位置值指令位置值 实际位置值实际位置值)：X X3 3=X=X1 1新新-X X2 2新新；Y Y3 3=Y=Y1 1新新-Y Y2 2新新；5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能q计算速度指令值：计算速度指令值：VX=f（X X3 3）；）；VY=f（Y Y3 3）f(f()是是位位置置环环的的调调节节控控制制算算法法，具具体体的的算算法法视视具具体体系系统统而而定定。这这一一步步在在有有些些系

45、系统统中中是是采采用用硬硬件件来来实实现现的的。VX、VY送送给给伺伺服服驱驱动动单单元元，控控制制电电机机运运行行，实实现现CNC装装置的轨迹控制置的轨迹控制5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 CNCCNC装装置置的的功功能能是是指指满满足足用用户户操操作作和和机机床床控控制制要要求求的的方方法和手段。数控装置的功能包括基本功能和选择功能。法和手段。数控装置的功能包括基本功能和选择功能。基本功能基本功能数控系统基本配置的功能，即必备功能；数控系统基本配置的功能，即必备功能；选择功能选择功能用户可根据实际要求选择的功能。用户可根据实际要求选择的功能。2.CNC 2.CNC系

46、统的功能系统的功能5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 CNCCNC系统可同时控制的轴数。系统可同时控制的轴数。CNCCNC的进给轴分类：的进给轴分类：移动轴（移动轴（X X、Y Y、Z Z）和回转轴（和回转轴（A A、B B、C C）；）；基本轴和附加轴（基本轴和附加轴（U U、V V、W W）。）。数控车床一般数控车床一般2 2根同时控制轴；根同时控制轴；数数控控铣铣床床、数数控控镗镗床床和和加加工工中中心心需需要要3 3根根或或3 3根根以以上上的的同时控制轴。同时控制轴。联动控制轴数越多，联动控制轴数越多，CNCCNC系统就越复杂，编程也越困难。系统就越复杂，编程也越

47、困难。1)控制功能控制功能5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 指令机床动作方式的功能。指令机床动作方式的功能。2)准备功能（准备功能（G功能）功能）5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能插插补补功功能能是是数数控控系系统统实实现现零零件件轮轮廓廓(平平面面或或空间空间)加工轨迹运算的功能。加工轨迹运算的功能。固固定定循循环环功功能能是是数数控控系系统统实实现现典典型型加加工工循循环环（如如：车车削削循循环环、钻钻孔孔、攻攻丝丝、镗镗孔孔、深孔钻削和切螺纹等）的功能深孔钻削和切螺纹等）的功能 3)插补功能和固定循环功能插补功能和固定循环功能5.4 CNC系统的

48、控制原理与功能系统的控制原理与功能 进给速度的控制功能。进给速度的控制功能。进给速度进给速度 控制刀具相对工件的运动速度，（移控制刀具相对工件的运动速度，（移动轴）单位为动轴）单位为mm/min，（回转轴）单，（回转轴）单位为位为/min。同步进给速度同步进给速度 实现切削速度和进给速度的同步，实现切削速度和进给速度的同步，单位为单位为 mm/r。（只有主轴上装有位置（只有主轴上装有位置编码器的数控车床才能指定，便于切削编码器的数控车床才能指定，便于切削螺纹编程）。螺纹编程）。进给倍率（进给修调率）进给倍率（进给修调率）人工实时修调预先给定人工实时修调预先给定的进给速度。的进给速度。4)进给功

49、能进给功能5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 数控系统的主轴的控制功能。数控系统的主轴的控制功能。q主主轴轴转转速速主主轴轴转转速速的的控控制制功功能能，一一般般用用S S代代码码指指定定，单位为单位为r/minr/min和和mm/minmm/min。q恒恒线线速速度度控控制制刀刀具具切切削削点点的的切切削削速速度度为为恒恒速速的的控控制制功功能能，保保证证车车床床和和磨磨床床加加工工工工件件端端面面质质量量和和不不同同直直径的外圆的加工具有相同的切削速度。径的外圆的加工具有相同的切削速度。q主轴定向控制主轴定向控制主轴周向定位于特定位置控制的功主轴周向定位于特定位置控制的

50、功能。能。qC C轴控制轴控制主轴周向任意位置控制的功能。主轴周向任意位置控制的功能。q主轴修调率主轴修调率人工实时修调预先设定的主轴转速人工实时修调预先设定的主轴转速 5)主轴功能主轴功能5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 用于指令机床辅助操作的功能。用于指令机床辅助操作的功能。（主轴的启、停和转向；切削液的开和关；刀库的（主轴的启、停和转向；切削液的开和关；刀库的启和停。）启和停。）6)辅助功能（辅助功能（M功能）功能）5.4 CNC系统的控制原理与功能系统的控制原理与功能 实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。实现对刀具几何尺寸和寿命的管理功能。q刀刀具具几几何何尺尺寸