第三节数控系统的软件结构课件.ppt
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1、第三节第三节 CNCCNC系统软件结构系统软件结构 CNC系统软件是一个典型而又复杂的实时系统。本节将从系统内数据流的角度来分析CNC装置的数据转换过程,介绍系统软硬件界面的关系,并从多任务性和实时性的角度来分析CNC系统软件的结构特点。主要内容主要内容 CNC系统软件的主要任务之一就是如何将由零件加工程序表达的加工信息,变换成各进给轴的位移指令、主轴转速指令和辅助动作指令,控制加工设备的轨迹运动和逻辑动作,加工出符合要求的零件。一、一、CNC装置的数据转换流程装置的数据转换流程数控加工及信息处理过程数控加工及信息处理过程零件程序零件程序控制面板控制面板零件缓冲器零件缓冲器(BS)译码译码(D
2、S)数据处理数据处理(CS)传送传送AS工作寄存器工作寄存器(AR)插补插补伺服控制伺服控制机床机床坐标坐标轴轴命令信号命令信号反馈信号反馈信号调度调度机床逻辑控制机床逻辑控制显示显示控控制制信信号号回回答答信信号号机床机床强电强电部分部分执行电器执行电器限位开关限位开关加加工工程程序序译译 码码译码缓冲区译码缓冲区刀刀补补处处理理刀补缓冲区刀补缓冲区速速度度预预处处理理插补缓冲区插补缓冲区插插补补处处理理运行缓冲区运行缓冲区伺伺服服驱驱动动位位控控处处理理位置反馈位置反馈PLC控制控制 CNC装置的数据转换流程图装置的数据转换流程图q在在系系统统软软件件中中各各程程序序间间的的数数据据交交换
3、换方方式式一一般般都都是是通通过过缓缓冲冲区区进进行行的的。当当前前程程序序段段被被解解释释完完后后便便将将该该段段的的数数据据信信息息送送入入缓缓冲冲区区组组中中空空闲闲的的一一个个。后后续续程程序序(如如刀刀补补程程序序)从从该该缓缓冲冲区区组组中中获获取取程程序序信信息息进进行行工作。工作。译码译码(解释解释)将用文本格式(通常用ASCII码)表达的零件加工程序,以程序段为单位转换成后续程序(本例是指刀补处理程序)所要求的数据结构(格式)。译码译码 Struct PROG_BUFFERStruct PROG_BUFFER char buf_state;/缓冲区状态,0 空;1 准备好。i
4、nt block_num;/以BCD码的形式存放本程序段号。double COOR20;/存放尺寸指令的数值(m)。int F,S;/F(mm/min)S(r/min)。char G0;/以标志形式存放G指令。char G1;char M0;/以标志形式存放M指令。char M1;char T;/存放本段换刀的刀具号。char D;/存放刀具补偿的刀具半径值。;数据结构示例数据结构示例:以标志形式存放以标志形式存放G指令示例指令示例 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0G000:无该指令无该指令;1:有该指令有该指令G011G02G03G90/G91 0:G90;1:G91G0600
5、:G40;11:G4001:G41;10;G420:无该指令无该指令;1:有该指令有该指令0:无该指令无该指令;1:有该指令有该指令0:无该指令无该指令;1:有该指令有该指令0:无该指令无该指令;1:有该指令有该指令N06 G90 G41 D11 G01 X200 Y300 F200 N06 G90 G41 D11 G01 X200 Y300 F200;Struct PROG_BUFFERStruct PROG_BUFFER char buf_state;0 0:(开始开始);1 1(;)(;)int block_num;0606(N06N06)double COOR20;COOR1=2000
6、00COOR1=200000;(;(X200X200)COOR2=300000COOR2=300000;(;(Y300Y300)int F,S;F=200F=200;(;(F200F200)char G0;D5=0D5=0;(;(G90G90)D6,D7=0,1D6,D7=0,1(G41G41)D1=1D1=1;(;(G01G01)char D;D=11D=11(D11D11);刀补处理刀补处理(计算刀具中心轨迹计算刀具中心轨迹)P Pe e(200,300)(200,300)P P0 0(72,148)(72,148)X XY YG41G41G42G42P Pe eP P”e eR R 刀补
7、处理的主要工作:l根据G90/G91计算零件轮廓的终点坐标值。l根据R和G41/42,计算本段刀具中心轨迹的终点(Pe/Pe)坐标值。l根据本段与前段连接关系,进行段间连接处理。主要功能是根据加工程序给定的进给速度,计算在每个插补周期内的合成移动量,供插补程序使用。3.速度预处理速度预处理 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:直线直线:合成位移量L L;圆弧圆弧:总角位移量。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:L=Ft/60 (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
8、统的插补周期(msms)L3.速度预处理速度预处理 主要功能:q计算插补周期的实际合成位移量:L1=L*修调值q分解L1(X1、Y1)将将L L1 1按按插插补补的的线线形形(直直线线,圆圆弧弧等等)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制指令(控制指令(X X1 1、Y Y1 1)。)。经插补计算后的数据存放在运行缓冲区中,以供位置控制程序之用。插补模块以系统规定的插补周期t定时运行。4.插补计算插补计算5.位置控制处理位置控制处理f()()插补输出插补输出X X1 1Y Y1 1指令位置指令位置X X1 1新新Y Y1 1新
9、新跟随误差跟随误差X X3 3Y Y3 3X X2 2新新Y Y2 2新新实际位置实际位置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+-+位置控制完成以下几步计算:q计算新的位置指令坐标值:X1新=X1旧+X1;Y1新=Y1旧+Y1;q计算新的位置实际坐标值:X2新=X2旧+X2;Y2新=Y2旧+Y2q计算跟随误差(指令位置值 实际位置值):X3=X1新-X2新;Y3=Y1新-Y2新;q计算速度指令值:VX=f(X3);VY=f(Y3)5.位置控制处理位置控制处理
10、f()是位置环的调节控制算法,具体的算法视具体系统而定。这一步在有些系统中是采用硬件来实现的。VX、VY送给伺服驱动单元,控制电机运行,实现CNC装置的轨迹控制。二、CNC装置软件和硬件的功能界面装置软件和硬件的功能界面q合理确定CNC装置软件硬件的功能分担就是所谓的软件和硬件的功能界面划分的概念。q在信息处理方面,软件与硬件在逻辑上是等价的,即硬件能完成的功能从理论上讲也可以用软件来完成。q硬件和软件在实现各种功能时的特点:n硬件处理速度快,但灵活性差,实现复杂控制的功能困难。n软件设计灵活,适应性强,但处理速度相对较慢。功能界面划分的准则:功能界面划分的准则:系统的性能价格比系统的性能价格
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