第3章计算机数控装置(精品).ppt

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1、第三章第三章 计算机数控装置计算机数控装置n n概述概述n nCNC装置的硬件结构装置的硬件结构n nCNC装置的软件结构装置的软件结构n nCNC装置的插补原理装置的插补原理n n数控系统的速度控制数控系统的速度控制n n刀具半径补偿原理刀具半径补偿原理3.1 概述概述n n一、一、CNC机床组成部分机床组成部分n n二、二、CNC装置的组成装置的组成n n三、三、CNC装置的工作过程装置的工作过程n n四、四、CNC装置的功能装置的功能n n五、五、CNC装置的软件和硬件的功能界面装置的软件和硬件的功能界面一、一、CNC机床组成部分机床组成部分CNC机床的核心是完成数字信息运算、处理和控制

2、的计算机，即机床的核心是完成数字信息运算、处理和控制的计算机，即数控制装置。数控制装置。二、二、CNCCNC装置的装置的组组成成 从从从从自自自自动动动动控控控控制制制制的的的的角角角角度度度度来来来来看看看看，CNCCNCCNCCNC装装装装置置置置是是是是一一一一种种种种位位位位置置置置（轨轨轨轨迹迹迹迹）、速速速速度度度度（还还还还包包包包括括括括电电电电流流流流）控控控控制制制制系系系系统统统统，其其其其本本本本质质质质上上上上是是是是以以以以多多多多执执执执行行行行部部部部件件件件(各各各各运运运运动动动动轴轴轴轴)的的的的位位位位移移移移量量量量、速速速速度度度度为为为为控控控控制

3、制制制对对对对象象象象并并并并使使使使其其其其协协协协调调调调运运运运动动动动的的的的自自自自动动动动控控控控制制制制系系系系统统统统，是是是是一一一一种种种种配配配配有有有有专专专专用用用用操操操操作作作作系系系系统统统统的的的的计计计计算算算算机机机机控控控控制制制制系系系系统。统。统。统。从从从从外外外外部部部部特特特特征征征征来来来来看看看看，CNCCNCCNCCNC装装装装置置置置是是是是由由由由硬硬硬硬件件件件（通通通通用用用用硬硬硬硬件件件件和和和和专专专专用用用用硬硬硬硬件件件件）和和和和软软软软件件件件（专专专专用用用用）两两两两大大大大部部部部分分分分组组组组成的。成的。成

4、的。成的。（一）（一）CNC装置的一般硬件结构装置的一般硬件结构nCNC系统的一般硬件结构：系统的一般硬件结构：计算机基本系统计算机基本系统显示设备，计算机系统，输入显示设备，计算机系统，输入/输出设备等输出设备等。设备支持层设备支持层人机控制，运动控制，人机控制，运动控制，PMC，其他，其他I/O设备层设备层机床，机器人，测量机机床，机器人，测量机nCNC装置的硬件结构：装置的硬件结构：CPU，存储器，总线、外设等，存储器，总线、外设等是是CNC装置的物质基础装置的物质基础（二）（二）CNC装置软件的功能性结构装置软件的功能性结构实质：具有实时性和多任务性的专用操作系实质：具有实时性和多任务

5、性的专用操作系统统组成：管理软件、控制软件组成：管理软件、控制软件CNC软件系统功能框图软件系统功能框图（三）（三）CNC硬件软件的作用和相互关系硬件软件的作用和相互关系n nCNC装置的系统平台（装置的系统平台（图图）软件在硬件的支持下，合理组织管理整个系软件在硬件的支持下，合理组织管理整个系软件在硬件的支持下，合理组织管理整个系软件在硬件的支持下，合理组织管理整个系统的各项工作，实现各种数控功能。统的各项工作，实现各种数控功能。统的各项工作，实现各种数控功能。统的各项工作，实现各种数控功能。该平台提供该平台提供该平台提供该平台提供CNCCNC装置基本配置的必备功能；装置基本配置的必备功能；

6、装置基本配置的必备功能；装置基本配置的必备功能；在该平台上可以根据用户的要求进行功能设在该平台上可以根据用户的要求进行功能设在该平台上可以根据用户的要求进行功能设在该平台上可以根据用户的要求进行功能设计和开发。计和开发。计和开发。计和开发。CNCCNC装置的装置的组组成和工作原理成和工作原理 CNC装置的系统平台装置的系统平台硬件硬件操作系统操作系统管理软件管理软件应用软件应用软件控制软件控制软件数控加工程序数控加工程序 接接口口被控设备被控设备 机机 床床 机器人机器人 测量机测量机 .三、三、CNC装置的工作过程装置的工作过程n n通过各种输入方式，接受机床加工零件通过各种输入方式，接受机

7、床加工零件的各种数据信息，经过的各种数据信息，经过CNC装置译码，装置译码，再进行计算机的处理、运算，然后将各再进行计算机的处理、运算，然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，路，经过转换、放大去驱动伺服电动机，带动各轴运动。并进行实时位置反馈控带动各轴运动。并进行实时位置反馈控制，使各个坐标轴能精确地走到所要求制，使各个坐标轴能精确地走到所要求的位置。的位置。简要工作过程：简要工作过程：n n数控程序的输入、存储数控程序的输入、存储数控程序的输入、存储数控程序的输入、存储n n译码译码译码译码n n数据处理数据处理数据处

8、理数据处理 刀具补偿、速度计算、刀具补偿、速度计算、刀具补偿、速度计算、刀具补偿、速度计算、逼近、逼近、逼近、逼近、插补、插补、插补、插补、辅助信息处理辅助信息处理辅助信息处理辅助信息处理n n位置控制位置控制位置控制位置控制 在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位在每个采样周期内，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。置相比较，用其差值去控制进给伺服电机。n nI/O

9、I/O处理处理处理处理n n显示显示显示显示 零件程序、参数、刀具位置、机床状态等零件程序、参数、刀具位置、机床状态等零件程序、参数、刀具位置、机床状态等零件程序、参数、刀具位置、机床状态等n n诊断诊断诊断诊断 检查一切不正常的程序、操作和其他错误状态检查一切不正常的程序、操作和其他错误状态检查一切不正常的程序、操作和其他错误状态检查一切不正常的程序、操作和其他错误状态。CNC装置的优点装置的优点n n灵活性和通用性灵活性和通用性功能的修改和扩充、实用性方面功能的修改和扩充、实用性方面功能的修改和扩充、实用性方面功能的修改和扩充、实用性方面n n功能丰富功能丰富插补功能（二次曲线、样条、空间

10、曲面）插补功能（二次曲线、样条、空间曲面）插补功能（二次曲线、样条、空间曲面）插补功能（二次曲线、样条、空间曲面）补偿功能（运动精度、随机、非线性）补偿功能（运动精度、随机、非线性）补偿功能（运动精度、随机、非线性）补偿功能（运动精度、随机、非线性）n n可靠性高可靠性高n n使用维护方便使用维护方便n n易于实现机电一体化易于实现机电一体化CNC装置的功能装置的功能n n基本功能基本功能控制功能、准备功能、插补功能和固定循环控制功能、准备功能、插补功能和固定循环控制功能、准备功能、插补功能和固定循环控制功能、准备功能、插补功能和固定循环功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀功能、进给功能、主

11、轴功能、辅助功能、刀功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀功能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自诊断功能、通信功能诊断功能、通信功能诊断功能、通信功能诊断功能、通信功能n n选择功能选择功能3.2 CNC装置的硬件结构装置的硬件结构n nCNC装置硬件结构类型装置硬件结构类型n n单机或主从结构模块的功能介绍单机或主从结构模块的功能介绍n n多主结构的多主结构的CNC装置硬件简介装置硬件简介CNC装置硬件结构类型装置硬件结构类型n n按印刷线路

12、板的结构按印刷线路板的结构按印刷线路板的结构按印刷线路板的结构分分分分 All-In-OneAll-In-One式结构式结构式结构式结构 多功能模块式结构多功能模块式结构多功能模块式结构多功能模块式结构n n按微处理器的个数分按微处理器的个数分按微处理器的个数分按微处理器的个数分 单处理器式单处理器式单处理器式单处理器式 多处理器式多处理器式多处理器式多处理器式n n按制造方式分按制造方式分按制造方式分按制造方式分 通用通用通用通用PCPC机结构机结构机结构机结构 特殊用途结构特殊用途结构特殊用途结构特殊用途结构n n按开放程度分按开放程度分按开放程度分按开放程度分 封闭式结构封闭式结构封闭式

13、结构封闭式结构 PCPC插入插入插入插入NCNC结构结构结构结构 NCNC插入插入插入插入PCPC结构结构结构结构 基于软件的开放式基于软件的开放式基于软件的开放式基于软件的开放式CNCCNC装置的硬件构成装置的硬件构成 CPUROMRAMIN接口接口OUT接口接口阅读机阅读机接口接口MDI/CRT接口接口位置位置控制控制其它其它接口接口总线总线单微处理器硬件结构图单微处理器硬件结构图单机（单机（CPU）系统）系统n n单单CPU系统系统集中控制和管理系统资源集中控制和管理系统资源集中控制和管理系统资源集中控制和管理系统资源分时处理分时处理分时处理分时处理优点：投资小，结构简单，易于实现优点：

14、投资小，结构简单，易于实现优点：投资小，结构简单，易于实现优点：投资小，结构简单，易于实现缺点：系统功能受缺点：系统功能受缺点：系统功能受缺点：系统功能受CPUCPU字长、数控宽度、寻字长、数控宽度、寻字长、数控宽度、寻字长、数控宽度、寻址能力和运算速度限制址能力和运算速度限制址能力和运算速度限制址能力和运算速度限制多机（多机（CPU）系统）系统n n多机系统结构多机系统结构主从结构主从结构主从结构主从结构多主结构多主结构多主结构多主结构分布式结构分布式结构分布式结构分布式结构多通道结构多通道结构多通道结构多通道结构主从结构主从结构n n描述：描述：主主主主CPUCPU对系统资源（系统存储器、

15、系统总线）对系统资源（系统存储器、系统总线）对系统资源（系统存储器、系统总线）对系统资源（系统存储器、系统总线）有控制和使用权。有控制和使用权。有控制和使用权。有控制和使用权。其他带有其他带有其他带有其他带有CPUCPU的功能部件（智能部件）无权的功能部件（智能部件）无权的功能部件（智能部件）无权的功能部件（智能部件）无权控制和使用系统资源，只能接受主控制和使用系统资源，只能接受主控制和使用系统资源，只能接受主控制和使用系统资源，只能接受主CPUCPU的控的控的控的控制命令或数据，或向主制命令或数据，或向主制命令或数据，或向主制命令或数据，或向主CPUCPU发出请求信息以发出请求信息以发出请求

16、信息以发出请求信息以获得所需数据。获得所需数据。获得所需数据。获得所需数据。多主结构多主结构n n描述：描述：系统有两个或两个以上的带系统有两个或两个以上的带系统有两个或两个以上的带系统有两个或两个以上的带CPUCPU的功能部件的功能部件的功能部件的功能部件对系统资源有控制或使用权。对系统资源有控制或使用权。对系统资源有控制或使用权。对系统资源有控制或使用权。采用紧耦合，均挂在系统总线上，集中在一采用紧耦合，均挂在系统总线上，集中在一采用紧耦合，均挂在系统总线上，集中在一采用紧耦合，均挂在系统总线上，集中在一个机箱内。个机箱内。个机箱内。个机箱内。有集中的操作系统有集中的操作系统有集中的操作系

17、统有集中的操作系统通过通过通过通过总线仲裁器总线仲裁器总线仲裁器总线仲裁器解决总线争用问题解决总线争用问题解决总线争用问题解决总线争用问题通过通过通过通过公共存储器公共存储器公共存储器公共存储器进行信息交换。进行信息交换。进行信息交换。进行信息交换。分布式结构分布式结构n n描述：描述：有两个或两个以上的带有有两个或两个以上的带有有两个或两个以上的带有有两个或两个以上的带有CPUCPU的功能模块，的功能模块，的功能模块，的功能模块，每个功能模块有自己独立的运行环境（系统每个功能模块有自己独立的运行环境（系统每个功能模块有自己独立的运行环境（系统每个功能模块有自己独立的运行环境（系统总线、存储器

18、、操作系统）；总线、存储器、操作系统）；总线、存储器、操作系统）；总线、存储器、操作系统）；模块间采用松耦合，在空间上可以较为分散模块间采用松耦合，在空间上可以较为分散模块间采用松耦合，在空间上可以较为分散模块间采用松耦合，在空间上可以较为分散各模块间采用通信方式交换信息。各模块间采用通信方式交换信息。各模块间采用通信方式交换信息。各模块间采用通信方式交换信息。单单CPU或主从结构的功能介绍或主从结构的功能介绍n n模块化设计模块化设计含义：将控制系统含义：将控制系统含义：将控制系统含义：将控制系统按功能划分按功能划分按功能划分按功能划分成若干种具有成若干种具有成若干种具有成若干种具有独立功能

19、的单元模块。每个模块配上相应的独立功能的单元模块。每个模块配上相应的独立功能的单元模块。每个模块配上相应的独立功能的单元模块。每个模块配上相应的驱动程序，按功能的要求驱动程序，按功能的要求驱动程序，按功能的要求驱动程序，按功能的要求选择选择选择选择不同的功能模不同的功能模不同的功能模不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，组成一个块，并将其插入控制单元母板上，组成一个块，并将其插入控制单元母板上，组成一个块，并将其插入控制单元母板上，组成一个完整的控制系统。完整的控制系统。完整的控制系统。完整的控制系统。条件：总线标准化条件：总线标准化条件：总线标准化条件：总线标准化n nCNC装置设计：装

20、置设计：归结为功能模块的合理选用归结为功能模块的合理选用归结为功能模块的合理选用归结为功能模块的合理选用单单CPU或主从结构的或主从结构的CNC装置硬件结构装置硬件结构单单CPU或主从结构的或主从结构的CNC装置硬件结构装置硬件结构n n1、计算机主板和系统总线（无源母板）计算机主板和系统总线（无源母板）n n2、显示模块（显示卡）、显示模块（显示卡）n n3、输入、输入/输出模块（多功能卡）输出模块（多功能卡）n n4、电子盘（存储模块）电子盘（存储模块）n n5、设备辅助控制接口模块设备辅助控制接口模块n n6、位置控制模块位置控制模块计算机主板和系统总线计算机主板和系统总线n n计算机主

21、板计算机主板计算机主板计算机主板n n系统总线（母板）系统总线（母板）系统总线（母板）系统总线（母板）电子盘（存储模块）电子盘（存储模块）n n存放内容：存放内容：系统软件，系统固有数据，系统配置参数，系统软件，系统固有数据，系统配置参数，系统软件，系统固有数据，系统配置参数，系统软件，系统固有数据，系统配置参数，零件程序零件程序零件程序零件程序n n非易失性读写存储单元非易失性读写存储单元n n抗电磁干扰能力较磁性存储器强抗电磁干扰能力较磁性存储器强设备辅助控制接口模块设备辅助控制接口模块n n作用：作用：信号转换：电平转换，数模转换，数字脉冲信号转换：电平转换，数模转换，数字脉冲信号转换：

22、电平转换，数模转换，数字脉冲信号转换：电平转换，数模转换，数字脉冲转换，功率匹配转换，功率匹配转换，功率匹配转换，功率匹配阻断干扰阻断干扰阻断干扰阻断干扰位置控制模块位置控制模块n n作用：作用：连接连接连接连接CNCCNC装置与伺服系统装置与伺服系统装置与伺服系统装置与伺服系统转换过程：转换过程：转换过程：转换过程：将将将将 x x、y y、z z等，经调节运算输出速度控制指令等，经调节运算输出速度控制指令等，经调节运算输出速度控制指令等，经调节运算输出速度控制指令 D/AD/A转换，输出速度指令电压给速度控制单元转换，输出速度指令电压给速度控制单元转换，输出速度指令电压给速度控制单元转换，

23、输出速度指令电压给速度控制单元 闭环与半闭环控制时，回收实际位置信号和实际闭环与半闭环控制时，回收实际位置信号和实际闭环与半闭环控制时，回收实际位置信号和实际闭环与半闭环控制时，回收实际位置信号和实际速度信号，以供位置和速度闭环控制运算使用。速度信号，以供位置和速度闭环控制运算使用。速度信号，以供位置和速度闭环控制运算使用。速度信号，以供位置和速度闭环控制运算使用。多主结构的多主结构的CNC装置硬件简介装置硬件简介n n特点：特点：并行处理，速度快，可实现复杂功能并行处理，速度快，可实现复杂功能并行处理，速度快，可实现复杂功能并行处理，速度快，可实现复杂功能容错能力强，出故障后，通过系统重组仍

24、可容错能力强，出故障后，通过系统重组仍可容错能力强，出故障后，通过系统重组仍可容错能力强，出故障后，通过系统重组仍可继续工作继续工作继续工作继续工作n n分类：分类：共享总线结构共享总线结构共享总线结构共享总线结构共享存储器结构共享存储器结构共享存储器结构共享存储器结构混合型结构混合型结构混合型结构混合型结构共享总线结构共享总线结构n n描述：描述：描述：描述：以系统总线为中心。以系统总线为中心。以系统总线为中心。以系统总线为中心。所有主从模块都插在严格定义的标准系统总线上。所有主从模块都插在严格定义的标准系统总线上。所有主从模块都插在严格定义的标准系统总线上。所有主从模块都插在严格定义的标准

25、系统总线上。任一时刻只能允许一个主模块占用总线，由总线仲任一时刻只能允许一个主模块占用总线，由总线仲任一时刻只能允许一个主模块占用总线，由总线仲任一时刻只能允许一个主模块占用总线，由总线仲裁电路来裁定竞争问题。裁电路来裁定竞争问题。裁电路来裁定竞争问题。裁电路来裁定竞争问题。结构简单、系统组配灵活、成本相对较低、可靠性结构简单、系统组配灵活、成本相对较低、可靠性结构简单、系统组配灵活、成本相对较低、可靠性结构简单、系统组配灵活、成本相对较低、可靠性高。高。高。高。总线是系统的总线是系统的总线是系统的总线是系统的“瓶颈瓶颈瓶颈瓶颈”，一旦总线出现故障，将使，一旦总线出现故障，将使，一旦总线出现故

26、障，将使，一旦总线出现故障，将使整个系统受影响。总线使用需经仲裁，信息传输率整个系统受影响。总线使用需经仲裁，信息传输率整个系统受影响。总线使用需经仲裁，信息传输率整个系统受影响。总线使用需经仲裁，信息传输率降低。降低。降低。降低。共享存储器结构共享存储器结构n n描述：描述：公共存储器，采用多端口来实现各主模块之公共存储器，采用多端口来实现各主模块之公共存储器，采用多端口来实现各主模块之公共存储器，采用多端口来实现各主模块之间的互连和通信间的互连和通信间的互连和通信间的互连和通信同一时刻只能允许一个主模块对多端口存储同一时刻只能允许一个主模块对多端口存储同一时刻只能允许一个主模块对多端口存储

27、同一时刻只能允许一个主模块对多端口存储器进行访问（读器进行访问（读器进行访问（读器进行访问（读/写），由多端口控制逻辑写），由多端口控制逻辑写），由多端口控制逻辑写），由多端口控制逻辑解决访问冲突问题。解决访问冲突问题。解决访问冲突问题。解决访问冲突问题。一般采用双端口存储器。一般采用双端口存储器。一般采用双端口存储器。一般采用双端口存储器。3.3 CNC装置软件结构装置软件结构n n3.3.1 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n n3.3.2 CNC装置的数据转换流程装置的数据转换流程n n3.3.3 CNC装置的软件系统特点装置的软件系统特点n n3.3.4 CNC装

28、置的软件结构模式装置的软件结构模式n n3.3.5 华中华中I型数控系统软件结构举例型数控系统软件结构举例3.3.1 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3.3.2 CNC装置的数据转换流程装置的数据转换流程1、译码（解释）、译码（解释）n n功能：功能：把用把用把用把用ASCASC码编写的零件加工程序，以程序码编写的零件加工程序，以程序码编写的零件加工程序，以程序码编写的零件加工程序，以程序段为单位翻译成数控系统要求的数据格式；段为单位翻译成数控系统要求的数据格式；段为单位翻译成数控系统要求的数据格式；段为单位翻译成数控系统要求的数据格式；存放到译码缓冲区中，准备为后续程序

29、使用。存放到译码缓冲区中，准备为后续程序使用。存放到译码缓冲区中，准备为后续程序使用。存放到译码缓冲区中，准备为后续程序使用。为保证机床的连续加工，译码需超前。为保证机床的连续加工，译码需超前。为保证机床的连续加工，译码需超前。为保证机床的连续加工，译码需超前。缓冲区填满，译码程序进入休眠，当缓冲区缓冲区填满，译码程序进入休眠，当缓冲区缓冲区填满，译码程序进入休眠，当缓冲区缓冲区填满，译码程序进入休眠，当缓冲区有若干置空，系统再次激活译码程序，按此有若干置空，系统再次激活译码程序，按此有若干置空，系统再次激活译码程序，按此有若干置空，系统再次激活译码程序，按此方式重复进行，直到整个加工程序解释

30、完毕。方式重复进行，直到整个加工程序解释完毕。方式重复进行，直到整个加工程序解释完毕。方式重复进行，直到整个加工程序解释完毕。2、刀补处理（计算刀具中心轨迹）、刀补处理（计算刀具中心轨迹）n n功能：功能：将零件轮廓变换成刀具中心轨迹将零件轮廓变换成刀具中心轨迹将零件轮廓变换成刀具中心轨迹将零件轮廓变换成刀具中心轨迹n n工作：工作：计算零件轮廓终点坐标值（计算零件轮廓终点坐标值（计算零件轮廓终点坐标值（计算零件轮廓终点坐标值（G90/G91G90/G91 ）计算本段刀补后刀具中心轨迹终点坐标值计算本段刀补后刀具中心轨迹终点坐标值计算本段刀补后刀具中心轨迹终点坐标值计算本段刀补后刀具中心轨迹终

31、点坐标值进行段间连续处理进行段间连续处理进行段间连续处理进行段间连续处理3、速度预处理（插补预处理）、速度预处理（插补预处理）n n功能：功能：根据加工程序给定根据加工程序给定根据加工程序给定根据加工程序给定F F，计算每个插补周期内，计算每个插补周期内，计算每个插补周期内，计算每个插补周期内的合成移动量，供插补程序使用。的合成移动量，供插补程序使用。的合成移动量，供插补程序使用。的合成移动量，供插补程序使用。n n计算步骤：计算步骤：计算本段总位移量计算本段总位移量计算本段总位移量计算本段总位移量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计算每个插补周期内的合成进给量计算每

32、个插补周期内的合成进给量L L4、插补计算、插补计算n n插补程序以系统规定的插补周期定时运插补程序以系统规定的插补周期定时运行行n n功能：功能：根据根据根据根据“进给修调进给修调进给修调进给修调”设定值，计算本次插补周设定值，计算本次插补周设定值，计算本次插补周设定值，计算本次插补周期的实际合成位移量期的实际合成位移量期的实际合成位移量期的实际合成位移量L L1 1；将将将将L L1 1按插补的线型和本插补点所在位置分按插补的线型和本插补点所在位置分按插补的线型和本插补点所在位置分按插补的线型和本插补点所在位置分解到各个进给轴解到各个进给轴解到各个进给轴解到各个进给轴x xi i，y yi

33、 i 5、位置控制处理、位置控制处理3.3.3 CNC装置的软件系统特点装置的软件系统特点n n一、多任务性与并行处理技术一、多任务性与并行处理技术n n二、实时性和优先抢占调度机制二、实时性和优先抢占调度机制一、多任务性与并行处理技术一、多任务性与并行处理技术n nCNCCNC装置需要多任务并行处理装置需要多任务并行处理装置需要多任务并行处理装置需要多任务并行处理 管理任务：资源管理，子任务调度管理任务：资源管理，子任务调度管理任务：资源管理，子任务调度管理任务：资源管理，子任务调度 控制任务：译码、刀具补偿、速度预处理、插补运控制任务：译码、刀具补偿、速度预处理、插补运控制任务：译码、刀具

34、补偿、速度预处理、插补运控制任务：译码、刀具补偿、速度预处理、插补运算、位置控制算、位置控制算、位置控制算、位置控制n n基于并行处理的多任务调度技术基于并行处理的多任务调度技术基于并行处理的多任务调度技术基于并行处理的多任务调度技术 并行处理：软件系统在同一时刻或同一时间间隔内并行处理：软件系统在同一时刻或同一时间间隔内并行处理：软件系统在同一时刻或同一时间间隔内并行处理：软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成两个或两个以上任务处理的方法。以提高完成两个或两个以上任务处理的方法。以提高完成两个或两个以上任务处理的方法。以提高完成两个或两个以上任务处理的方法。以提高CNCCNC装置资源的利用率

35、和系统的处理速度。装置资源的利用率和系统的处理速度。装置资源的利用率和系统的处理速度。装置资源的利用率和系统的处理速度。资源分时共享（单资源分时共享（单资源分时共享（单资源分时共享（单CPUCPU），并发处理和流水处理），并发处理和流水处理），并发处理和流水处理），并发处理和流水处理（多（多（多（多CPUCPU）1、资源分时共享、资源分时共享n n方法：方法：在一定的时间长度（时间片）内，根据各任在一定的时间长度（时间片）内，根据各任在一定的时间长度（时间片）内，根据各任在一定的时间长度（时间片）内，根据各任务的实时性要求程度，规定其占用务的实时性要求程度，规定其占用务的实时性要求程度，规定其

36、占用务的实时性要求程度，规定其占用CPUCPU的时的时的时的时间，使它们按规定顺序和规则分时共享系统间，使它们按规定顺序和规则分时共享系统间，使它们按规定顺序和规则分时共享系统间，使它们按规定顺序和规则分时共享系统资源。资源。资源。资源。n n需解决：需解决：任务优先级分配问题任务优先级分配问题任务优先级分配问题任务优先级分配问题时间片分配问题时间片分配问题时间片分配问题时间片分配问题规则：循环调度、优先抢占调度相结合规则：循环调度、优先抢占调度相结合规则：循环调度、优先抢占调度相结合规则：循环调度、优先抢占调度相结合1、资源分时共享、资源分时共享2、并发处理和流水处理、并发处理和流水处理n

37、n并发处理：并发处理：任务间关联程度不高任务间关联程度不高任务间关联程度不高任务间关联程度不高每项任务分别安排一个每项任务分别安排一个每项任务分别安排一个每项任务分别安排一个CPUCPU，让其同时执行，让其同时执行，让其同时执行，让其同时执行n n流水处理：流水处理：任务间关联程度较高，一个任务的输出是另任务间关联程度较高，一个任务的输出是另任务间关联程度较高，一个任务的输出是另任务间关联程度较高，一个任务的输出是另一个任务的输入一个任务的输入一个任务的输入一个任务的输入利用重复的资源（利用重复的资源（利用重复的资源（利用重复的资源（CPUCPU），将一个大任务分），将一个大任务分），将一个大

38、任务分），将一个大任务分成若干个彼此关联的子任务成若干个彼此关联的子任务成若干个彼此关联的子任务成若干个彼此关联的子任务按一定顺序安排每个资源执行一个子任务按一定顺序安排每个资源执行一个子任务按一定顺序安排每个资源执行一个子任务按一定顺序安排每个资源执行一个子任务2、并发处理和流水处理、并发处理和流水处理流水处理：以资源重复的代价换得时间上的重叠流水处理：以资源重复的代价换得时间上的重叠流水处理：以资源重复的代价换得时间上的重叠流水处理：以资源重复的代价换得时间上的重叠二、实时性和优先抢占调度机制二、实时性和优先抢占调度机制n n实时性：实时性：指某任务的执行有严格的时间要求，即必须指某任务的

39、执行有严格的时间要求，即必须指某任务的执行有严格的时间要求，即必须指某任务的执行有严格的时间要求，即必须在系统的规定时间内完成，否则将导致执行在系统的规定时间内完成，否则将导致执行在系统的规定时间内完成，否则将导致执行在系统的规定时间内完成，否则将导致执行结果错误和系统故障。结果错误和系统故障。结果错误和系统故障。结果错误和系统故障。n n实时性任务的分类实时性任务的分类实时突发性任务实时突发性任务实时突发性任务实时突发性任务实时周期性任务实时周期性任务实时周期性任务实时周期性任务弱实时性任务弱实时性任务弱实时性任务弱实时性任务优先抢占调度机制优先抢占调度机制n n功能：功能：功能：功能：优先

40、调度：优先级高的任务优先得以满足；优先调度：优先级高的任务优先得以满足；优先调度：优先级高的任务优先得以满足；优先调度：优先级高的任务优先得以满足；抢占方式：优先级高的任务可抢占优先级低的任务抢占方式：优先级高的任务可抢占优先级低的任务抢占方式：优先级高的任务可抢占优先级低的任务抢占方式：优先级高的任务可抢占优先级低的任务占用的资源。占用的资源。占用的资源。占用的资源。n n实现：实现：实现：实现：硬件和软件共同实现硬件和软件共同实现硬件和软件共同实现硬件和软件共同实现 硬件提供支持中断功能的芯片和电路硬件提供支持中断功能的芯片和电路硬件提供支持中断功能的芯片和电路硬件提供支持中断功能的芯片和

41、电路 软件完成对硬件芯片的初始化、任务优先级定义方软件完成对硬件芯片的初始化、任务优先级定义方软件完成对硬件芯片的初始化、任务优先级定义方软件完成对硬件芯片的初始化、任务优先级定义方式、任务切换处理（断点的保护与恢复、中断向量式、任务切换处理（断点的保护与恢复、中断向量式、任务切换处理（断点的保护与恢复、中断向量式、任务切换处理（断点的保护与恢复、中断向量的保存与恢复等）的保存与恢复等）的保存与恢复等）的保存与恢复等）n n同时还采用时间片轮换调度和非抢占优先调度同时还采用时间片轮换调度和非抢占优先调度同时还采用时间片轮换调度和非抢占优先调度同时还采用时间片轮换调度和非抢占优先调度3.3.4

42、CNC装置的软件结构模式装置的软件结构模式n n一、前后台型结构模式一、前后台型结构模式n n二、中断型结构模式二、中断型结构模式n n三、基于实时操作系统的结构模式三、基于实时操作系统的结构模式一、前后台型结构模式一、前后台型结构模式二、中断型结构模式二、中断型结构模式三、基于实时操作系统的结构模式三、基于实时操作系统的结构模式n nPTOS功能：功能：任务管理任务管理任务管理任务管理多种实时任务调度机制多种实时任务调度机制多种实时任务调度机制多种实时任务调度机制任务间的通信机制任务间的通信机制任务间的通信机制任务间的通信机制n n基于基于PTOS结构模式的优点：结构模式的优点：弱化功能模块

43、间的耦合关系弱化功能模块间的耦合关系弱化功能模块间的耦合关系弱化功能模块间的耦合关系系统的开放性和可维护性好系统的开放性和可维护性好系统的开放性和可维护性好系统的开放性和可维护性好减少系统开发的工作量减少系统开发的工作量减少系统开发的工作量减少系统开发的工作量3.4 CNC装置的插补原理装置的插补原理n n定义：定义：插补：根据给定进给速度和给定轮廓线的要插补：根据给定进给速度和给定轮廓线的要插补：根据给定进给速度和给定轮廓线的要插补：根据给定进给速度和给定轮廓线的要求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点。求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点。求，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点。求，在轮

44、廓的已知点之间，确定一些中间点。利用少量的输入数据，精确的获得编程轨迹。利用少量的输入数据，精确的获得编程轨迹。利用少量的输入数据，精确的获得编程轨迹。利用少量的输入数据，精确的获得编程轨迹。插补算法：插补的具体实现算法。插补算法：插补的具体实现算法。插补算法：插补的具体实现算法。插补算法：插补的具体实现算法。插补算法评价指标插补算法评价指标n n稳定性稳定性插补运算过程中，舍入误差和计算误差不随插补运算过程中，舍入误差和计算误差不随插补运算过程中，舍入误差和计算误差不随插补运算过程中，舍入误差和计算误差不随迭代次数的增加而累积。迭代次数的增加而累积。迭代次数的增加而累积。迭代次数的增加而累积

45、。n n精度精度逼进误差、计算误差、圆整误差逼进误差、计算误差、圆整误差逼进误差、计算误差、圆整误差逼进误差、计算误差、圆整误差n n合成速度均匀性合成速度均匀性实际速度与给定的进给速度的符合程度实际速度与给定的进给速度的符合程度实际速度与给定的进给速度的符合程度实际速度与给定的进给速度的符合程度n n简单，便于编程简单，便于编程插补方法分类插补方法分类n n脉冲增量插补脉冲增量插补（行程标量插补）（行程标量插补）（行程标量插补）（行程标量插补）n n数字增量插补数字增量插补（时间标量插补）（时间标量插补）（时间标量插补）（时间标量插补）脉冲增量插补脉冲增量插补n n特点：特点：每次插补的结果

46、仅产生一个单位的行程增量每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量（一个脉冲当量）（一个脉冲当量）（一个脉冲当量）（一个脉冲当量）插补速度与进给速度密切相关插补速度与进给速度密切相关插补速度与进给速度密切相关插补速度与进给速度密切相关算法简单算法简单算法简单算法简单步进电机驱动的开环系统步进电机驱动的开环系统步进电机驱动的开环系统步进电机驱动的开环系统数字增量插补数字增量插补n n特点：特点：按插补周期进行插补，每个周期根据进给速按插补周期进行插补，每个周期根据进给速按插补周期进行插补，每个周期根据进给速按插补周期进行插补

47、，每个周期根据进给速度计算出各坐标轴在下一周期内的位移增量度计算出各坐标轴在下一周期内的位移增量度计算出各坐标轴在下一周期内的位移增量度计算出各坐标轴在下一周期内的位移增量（数字量）（数字量）（数字量）（数字量）用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）来逼进曲线（包括直线）来逼进曲线（包括直线）来逼进曲线（包括直线）来逼进曲线（包括直线）插补运算速度与进给速度无严格关系插补运算速度与进给速度无严格关系插补运算速度与进给速度无严格关系插补运算速度与进给速度无严格关系实现算法复杂

48、实现算法复杂实现算法复杂实现算法复杂脉冲增量插补脉冲增量插补逐点比较法逐点比较法n n每走一步控制系统都每走一步控制系统都每走一步控制系统都每走一步控制系统都要将加工点与给定的要将加工点与给定的要将加工点与给定的要将加工点与给定的图形轨迹相比较，以图形轨迹相比较，以图形轨迹相比较，以图形轨迹相比较，以决定下一步进给的方决定下一步进给的方决定下一步进给的方决定下一步进给的方向，使之逼近加工轨向，使之逼近加工轨向，使之逼近加工轨向，使之逼近加工轨迹。迹。迹。迹。n n以折线逼近直线与圆以折线逼近直线与圆以折线逼近直线与圆以折线逼近直线与圆弧，最大偏差不超过弧，最大偏差不超过弧，最大偏差不超过弧，最

49、大偏差不超过一个最小设定单位。一个最小设定单位。一个最小设定单位。一个最小设定单位。n n根据偏差控制进给轴根据偏差控制进给轴根据偏差控制进给轴根据偏差控制进给轴进给，逼近给定轮廓，进给，逼近给定轮廓，进给，逼近给定轮廓，进给，逼近给定轮廓，缩小偏差。缩小偏差。缩小偏差。缩小偏差。逐点比较法逐点比较法直线插补原理直线插补原理逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补n n终点判别：终点判别：X X、Y Y两方向所走的步数与终点坐标相等时，两方向所走的步数与终点坐标相等时，两方向所走的步数与终点坐标相等时，两方向所走的步数与终点坐标相等时，停止插补停止插补停止插补停止插补n n插补计算过程（插补计算过

50、程（4节拍）节拍）位置判断位置判断位置判断位置判断坐标进给坐标进给坐标进给坐标进给偏差计算偏差计算偏差计算偏差计算终点判别终点判别终点判别终点判别逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补n n不同象限的直线插补计算不同象限的直线插补计算逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补n n例：加工例：加工OA直线，直线，A（5，3），），终点计终点计数值数值J=xe+ye=5+3=8，加工过程的运算节加工过程的运算节拍如下：拍如下：逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补NONO位置判别位置判别位置判别位置判别 坐标进给坐标进给坐标进给坐标进给 偏差计算偏差计算偏差计算偏差计算终点判别终点判别终点判别终点判别1