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装置的工作装置的工作n n四、四、CNC装置的功能装置的功能一、一、CNC机床的组成机床的组成CNC机床的核心是完成数字信息运算、处理和控制的计算机，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。成的。成的。（一）（一）CNC装置的一般硬件结构装置的一般硬件结构n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。n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/On设备层设备层机床，机器人，测量机机床，机器人，测量机硬件是硬件是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n实质：实质：具有实时性和多任务性的专用操作系统具有实时性和多任务性的专用操作系统n组成：组成：管理软件、控制软件管理软件、控制软件（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；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装置的系装置的系统统平台平台 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装置的工作装置的工作n n1、工作过程：、工作过程：通过各种通过各种通过各种通过各种输入输入输入输入方式，接受机床加工零件的各方式，接受机床加工零件的各方式，接受机床加工零件的各方式，接受机床加工零件的各种数据信息种数据信息种数据信息种数据信息经过经过经过经过CNCCNC装置装置装置装置译码译码译码译码，再进行计算机的，再进行计算机的，再进行计算机的，再进行计算机的处理、处理、处理、处理、运算（逼近处理、插补运算、指令输出）运算（逼近处理、插补运算、指令输出）运算（逼近处理、插补运算、指令输出）运算（逼近处理、插补运算、指令输出）然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱然后将各个坐标轴的分量送到各控制轴的驱动电路，经过转换、放大去动电路，经过转换、放大去动电路，经过转换、放大去动电路，经过转换、放大去驱动驱动驱动驱动伺服电动机，伺服电动机，伺服电动机，伺服电动机，带动各轴运动。带动各轴运动。带动各轴运动。带动各轴运动。并进行实时位置并进行实时位置并进行实时位置并进行实时位置反馈反馈反馈反馈控制，使各个坐标轴能控制，使各个坐标轴能控制，使各个坐标轴能控制，使各个坐标轴能精确地走到所要求的位置。精确地走到所要求的位置。精确地走到所要求的位置。精确地走到所要求的位置。2、CNC装置的工作内容装置的工作内容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/OI/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。3、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四、四、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 n一、一、CNC装置硬件结构类型装置硬件结构类型n n二、单机或主从结构模块的功能介绍二、单机或主从结构模块的功能介绍n n三、多主结构的三、多主结构的CNC装置硬件简介装置硬件简介一、一、CNC装置硬件结构类型装置硬件结构类型n n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1、单机（、单机（CPU）系统）系统n n只有一个只有一个CPU，它集中控制和管理系统，它集中控制和管理系统资源资源n n分时处理分时处理n n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n n缺点：系统功能受缺点：系统功能受CPU字长、数据宽度、字长、数据宽度、寻址能力和运算速度限制寻址能力和运算速度限制n n已被多机系统的主从结构取代已被多机系统的主从结构取代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2、多机（、多机（CPU）系统）系统n n主从结构主从结构n n多主结构多主结构n n分布式结构分布式结构1）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、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。2）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。3）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、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。二、单二、单CPU或主从结构或主从结构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1、单主结构的、单主结构的CNC装置硬件结构装置硬件结构2、单主结构的、单主结构的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n n7）功能接口模块功能接口模块1）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）4）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5）设备辅助控制接口模块）设备辅助控制接口模块n nCNCCNC装置对设备的控制：装置对设备的控制：装置对设备的控制：装置对设备的控制： 轨迹控制：各坐标轴的速度和位置轨迹控制：各坐标轴的速度和位置轨迹控制：各坐标轴的速度和位置轨迹控制：各坐标轴的速度和位置 顺序控制：按预先规定的逻辑顺序对各开关类型的顺序控制：按预先规定的逻辑顺序对各开关类型的顺序控制：按预先规定的逻辑顺序对各开关类型的顺序控制：按预先规定的逻辑顺序对各开关类型的系统进行控制，通过设备辅助控制接口模块实现。系统进行控制，通过设备辅助控制接口模块实现。系统进行控制，通过设备辅助控制接口模块实现。系统进行控制，通过设备辅助控制接口模块实现。n n设备辅助控制接口模块的作用：设备辅助控制接口模块的作用：设备辅助控制接口模块的作用：设备辅助控制接口模块的作用： 连接连接连接连接CNCCNC装置与被控设备，交换信息（开关量、模装置与被控设备，交换信息（开关量、模装置与被控设备，交换信息（开关量、模装置与被控设备，交换信息（开关量、模拟量、脉冲量）拟量、脉冲量）拟量、脉冲量）拟量、脉冲量）信号转换：电平转换，数模转换，数字脉冲转换，功率匹信号转换：电平转换，数模转换，数字脉冲转换，功率匹信号转换：电平转换，数模转换，数字脉冲转换，功率匹信号转换：电平转换，数模转换，数字脉冲转换，功率匹配配配配阻断干扰阻断干扰阻断干扰阻断干扰n n实现方式：实现方式：实现方式：实现方式：I/OI/O接口板、接口板、接口板、接口板、PLCPLC6）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，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。7）功能接口模块）功能接口模块n n实现用户特定功能要求的接口板实现用户特定功能要求的接口板仿形数控铣床：仿形控制器仿形数控铣床：仿形控制器仿形数控铣床：仿形控制器仿形数控铣床：仿形控制器激光切割机：焦点自动跟踪功能（激光切割机：焦点自动跟踪功能（激光切割机：焦点自动跟踪功能（激光切割机：焦点自动跟踪功能（Z Z轴浮动轴浮动轴浮动轴浮动控制器）控制器）控制器）控制器）刀具监控系统：信号采集器刀具监控系统：信号采集器刀具监控系统：信号采集器刀具监控系统：信号采集器三、多主结构的三、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1、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系统总线上。 任一时刻只能允许一个主模块占用总线，由任一时刻只能允许一个主模块占用总线，由任一时刻只能允许一个主模块占用总线，由任一时刻只能允许一个主模块占用总线，由总线仲总线仲总线仲总线仲裁电路裁电路裁电路裁电路来裁定竞争问题。来裁定竞争问题。来裁定竞争问题。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。2、共享存储器结构、共享存储器结构n n描述：描述：面向公共存储器设计的，采用多端口来实现面向公共存储器设计的，采用多端口来实现面向公共存储器设计的，采用多端口来实现面向公共存储器设计的，采用多端口来实现各主模块之间的互连和通信各主模块之间的互连和通信各主模块之间的互连和通信各主模块之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装置的软件结构模式装置的软件结构模式CNC装置软件：装置软件：是一个典型复杂的实时系统，能完成许多控是一个典型复杂的实时系统，能完成许多控是一个典型复杂的实时系统，能完成许多控是一个典型复杂的实时系统，能完成许多控制任务（程序输入与译码、刀具半径补偿、制任务（程序输入与译码、刀具半径补偿、制任务（程序输入与译码、刀具半径补偿、制任务（程序输入与译码、刀具半径补偿、插补运算、位置控制、精度补偿）插补运算、位置控制、精度补偿）插补运算、位置控制、精度补偿）插补运算、位置控制、精度补偿）从逻辑上，每个任务可看作一个功能模块，从逻辑上，每个任务可看作一个功能模块，从逻辑上，每个任务可看作一个功能模块，从逻辑上，每个任务可看作一个功能模块，模块间存在耦合关系模块间存在耦合关系模块间存在耦合关系模块间存在耦合关系从时间上，功能模块间存在时序配合问题从时间上，功能模块间存在时序配合问题从时间上，功能模块间存在时序配合问题从时间上，功能模块间存在时序配合问题n nCNC装置软件结构需考虑：装置软件结构需考虑：如何组织和协调这些功能模块，使之满足一如何组织和协调这些功能模块，使之满足一如何组织和协调这些功能模块，使之满足一如何组织和协调这些功能模块，使之满足一定的时序和逻辑关系。定的时序和逻辑关系。定的时序和逻辑关系。定的时序和逻辑关系。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 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 n1.CNC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，程序管管理任务：资源管理，子任务调度，程序管管理任务：资源管理，子任务调度，程序管管理任务：资源管理，子任务调度，程序管理，显示，诊断理，显示，诊断理，显示，诊断理，显示，诊断控制任务（完成控制任务（完成控制任务（完成控制任务（完成CNCCNC的基本功能）：译码、的基本功能）：译码、的基本功能）：译码、的基本功能）：译码、刀具补偿、速度预处理、插补运算、位置控刀具补偿、速度预处理、插补运算、位置控刀具补偿、速度预处理、插补运算、位置控刀具补偿、速度预处理、插补运算、位置控制等制等制等制等这些任务不是顺序执行的，需要多任务并行这些任务不是顺序执行的，需要多任务并行这些任务不是顺序执行的，需要多任务并行这些任务不是顺序执行的，需要多任务并行处理处理处理处理控制任务与管理任务并行控制任务与管理任务并行控制任务与管理任务并行控制任务与管理任务并行管理任务间并行管理任务间并行管理任务间并行管理任务间并行控制任务间控制任务间控制任务间控制任务间2.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n n并行处理：并行处理：软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成软件系统在同一时刻或同一时间间隔内完成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。以提高两个或两个以上任务处理的方法。以提高两个或两个以上任务处理的方法。以提高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。n n方法：方法：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（多并发处理和流水处理（多并发处理和流水处理（多并发处理和流水处理（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n n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资源分时共享并行处理示意图资源分时共享并行处理示意图2）并发处理和流水处理）并发处理和流水处理n 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顺序处理和流水处理示意图顺序处理和流水处理示意图流水处理：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，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，否即必须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则将导致执行结果错误和系统故障。1.实时性任务的分类实时性任务的分类n n实时突发性任务实时突发性任务随机性、突发性，异步中断事件随机性、突发性，异步中断事件随机性、突发性，异步中断事件随机性、突发性，异步中断事件如：故障中断、机床如：故障中断、机床如：故障中断、机床如：故障中断、机床PLCPLC中断中断中断中断n n实时周期性任务实时周期性任务保证加工精度与加工过程的连续性保证加工精度与加工过程的连续性保证加工精度与加工过程的连续性保证加工精度与加工过程的连续性n n弱实时性任务弱实时性任务某一段时间内运行即可某一段时间内运行即可某一段时间内运行即可某一段时间内运行即可如：显示、程序编辑、模拟仿真等如：显示、程序编辑、模拟仿真等如：显示、程序编辑、模拟仿真等如：显示、程序编辑、模拟仿真等2.优先抢占调度机制优先抢占调度机制n n系统的调度机制系统的调度机制为了满足为了满足为了满足为了满足CNCCNC装置实时任务的要求，系统装置实时任务的要求，系统装置实时任务的要求，系统装置实时任务的要求，系统的调度机制必须具有根据外界的的调度机制必须具有根据外界的的调度机制必须具有根据外界的的调度机制必须具有根据外界的实时信息实时信息实时信息实时信息以以以以足够快的速度足够快的速度足够快的速度足够快的速度（在系统规定的时间内）（在系统规定的时间内）（在系统规定的时间内）（在系统规定的时间内）进行任务调度的能力。进行任务调度的能力。进行任务调度的能力。进行任务调度的能力。是一种基于实时中断技术的任务调度机制。是一种基于实时中断技术的任务调度机制。是一种基于实时中断技术的任务调度机制。是一种基于实时中断技术的任务调度机制。优先抢占调度机制的功能优先抢占调度机制的功能n n优先调度：优先调度：CPUCPU空闲时，当多个任务同时请求执行时，空闲时，当多个任务同时请求执行时，空闲时，当多个任务同时请求执行时，空闲时，当多个任务同时请求执行时，优先级高的任务优先得以满足；优先级高的任务优先得以满足；优先级高的任务优先得以满足；优先级高的任务优先得以满足；n n抢占方式：抢占方式：优先级高的任务可抢占优先级低的任务占用优先级高的任务可抢占优先级低的任务占用优先级高的任务可抢占优先级低的任务占用优先级高的任务可抢占优先级低的任务占用的资源。的资源。的资源。的资源。CPUCPU正在执行某任务时，若另一优先级更高正在执行某任务时，若另一优先级更高正在执行某任务时，若另一优先级更高正在执行某任务时，若另一优先级更高的任务请求执行，的任务请求执行，的任务请求执行，的任务请求执行，CPUCPU将立即终止正在执行将立即终止正在执行将立即终止正在执行将立即终止正在执行的任务（断点保护），转而响应优先级高的的任务（断点保护），转而响应优先级高的的任务（断点保护），转而响应优先级高的的任务（断点保护），转而响应优先级高的任务请求。任务请求。任务请求。任务请求。优先抢占调度机制的实现优先抢占调度机制的实现n n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电路软件：完成对硬件芯片的初始化、任务优先软件：完成对硬件芯片的初始化、任务优先软件：完成对硬件芯片的初始化、任务优先软件：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（断点的保护与级定义方式、任务切换处理（断点的保护与级定义方式、任务切换处理（断点的保护与级定义方式、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）恢复、中断向量的保存与恢复等）恢复、中断向量的保存与恢复等）恢复、中断向量的保存与恢复等）n n除优先抢占调度机制外，系统往往还同除优先抢占调度机制外，系统往往还同时采用时间片轮换调度和非抢占优先调时采用时间片轮换调度和非抢占优先调度度3.3.4 CNC装置的软件结构模式装置的软件结构模式n n结构模式：结构模式：是指系统软件的组织管理方式，即系统任务是指系统软件的组织管理方式，即系统任务是指系统软件的组织管理方式，即系统任务是指系统软件的组织管理方式，即系统任务的的的的划分划分划分划分方法、任务方法、任务方法、任务方法、任务调度调度调度调度机制、任务间的机制、任务间的机制、任务间的机制、任务间的信息信息信息信息交换交换交换交换机制以及系统机制以及系统机制以及系统机制以及系统集成集成集成集成方法等。方法等。方法等。方法等。要解决：如何组织和协调各个任务的执行，要解决：如何组织和协调各个任务的执行，要解决：如何组织和协调各个任务的执行，要解决：如何组织和协调各个任务的执行，使之满足时序和逻辑需求使之满足时序和逻辑需求使之满足时序和逻辑需求使之满足时序和逻辑需求结构模式的类型结构模式的类型一、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一、前后台型结构模式一、前后台型结构模式n n软件组成：软件组成：软件组成：软件组成： 前台程序：完成实时性很强的任务，为实时中断服前台程序：完成实时性很强的任务，为实时中断服前台程序：完成实时性很强的任务，为实时中断服前台程序：完成实时性很强的任务，为实时中断服务程序务程序务程序务程序 后台程序：完成弱实时性任务，为循环运行的程序后台程序：完成弱实时性任务，为循环运行的程序后台程序：完成弱实时性任务，为循环运行的程序后台程序：完成弱实时性任务，为循环运行的程序n n调度机制与信息交换：调度机制与信息交换：调度机制与信息交换：调度机制与信息交换： 优先抢占调度与顺序调度；缓冲区信息交换优先抢占调度与顺序调度；缓冲区信息交换优先抢占调度与顺序调度；缓冲区信息交换优先抢占调度与顺序调度；缓冲区信息交换n n特点：特点：特点：特点： 前后台程序内无优先级，也无抢占机制，实时性差前后台程序内无优先级，也无抢占机制，实时性差前后台程序内无优先级，也无抢占机制，实时性差前后台程序内无优先级，也无抢占机制，实时性差二、中断型结构模式二、中断型结构模式n n软件结构：软件结构：软件结构：软件结构： 除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任务模除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任务模除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任务模除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由中断管理系统对各级中断服务程序实施调度管理。中断管理系统对各级中断服务程序实施调度管理。中断管理系统对各级中断服务程序实施调度管理。中断管理系统对各级中断服务程序实施调度管理。n n调度机制与信息交换：调度机制与信息交换：调度机制与信息交换：调度机制与信息交换： 优先抢占调度；缓冲区优先抢占调度；缓冲区优先抢占调度；缓冲区优先抢占调度；缓冲区n n特点：特点：特点：特点： 中断级别多，系统实时性好。中断级别多，系统实时性好。中断级别多，系统实时性好。中断级别多，系统实时性好。 模块关系复杂，耦合度大，不利于对系统的维护和模块关系复杂，耦合度大，不利于对系统的维护和模块关系复杂，耦合度大，不利于对系统的维护和模块关系复杂，耦合度大，不利于对系统的维护和扩充扩充扩充扩充三、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 n实时操作系统（实时操作系统（PTOS）的功能：）的功能：通用操作系统功能通用操作系统功能任务管理任务管理多种实时任务调度机制（优先级抢占多种实时任务调度机制（优先级抢占调度、时间片轮转调度等）调度、时间片轮转调度等）任务间的通信机制（邮箱、消息队列、任务间的通信机制（邮箱、消息队列、信号灯等）信号灯等）基于基于PTOS结构模式的优点结构模式的优点n n1）弱化功能模块间的耦合关系）弱化功能模块间的耦合关系CNC各功能模块间存在逻辑耦合与时各功能模块间存在逻辑耦合与时序配合关系，前述的结构模式需采用序配合关系，前述的结构模式需采用许多全局变量标识和大量的判断、分许多全局变量标识和大量的判断、分支，致使各功能模块间关系复杂。支，致使各功能模块间关系复杂。PTOS模式下，设计者只需考虑模式下，设计者只需考虑“功能功能模块实现模块实现”，再按系统规定加上一，再按系统规定加上一“任任务控制块务控制块TCB”。模块间的调用关系、。模块间的调用关系、信息交换均由信息交换均由PTOS实现实现基于基于PTOS结构模式的优点结构模式的优点n n2）系统的开放性和可维护性好）系统的开放性和可维护性好前述的结构模式采用的是单一流程加前述的结构模式采用的是单一流程加中断控制的机制，一旦开发完毕，就中断控制的机制，一旦开发完毕，就形成了一个完全封闭的系统，很难进形成了一个完全封闭的系统，很难进行国内扩充和修改。行国内扩充和修改。PTOS模式，在扩充修改系统功能时，模式，在扩充修改系统功能时，只需将编写好的任务模块（功能模块只需将编写好的任务模块（功能模块+TCB）挂到）挂到PTOS上即可上即可基于基于PTOS结构模式的优点结构模式的优点n n3）减少系统开发的工作量）减少系统开发的工作量在在CNC装置软件开发中，系统内核装置软件开发中，系统内核（任务管理、调度、通信机制）的设（任务管理、调度、通信机制）的设计工作量很大，以计工作量很大，以PTOS为内核时大大为内核时大大减少开发工作量和开发周期。减少开发工作量和开发周期。采用采用PTOS开发的方法开发的方法n n在商品化的在商品化的PTOS下开发下开发n n将通用将通用OS（DOS、WINDOS）扩展成）扩展成PTOS后开发后开发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：根据给定进给插补：根据给定进给插补：根据给定进给插补：根据给定进给速度速度速度速度和给定和给定和给定和给定轮廓轮廓轮廓轮廓线的要线的要线的要线的要求，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稳定性稳定性稳定性稳定性 插补运算过程中，舍入误差（计算结果圆整时产生插补运算过程中，舍入误差（计算结果圆整时产生插补运算过程中，舍入误差（计算结果圆整时产生插补运算过程中，舍入误差（计算结果圆整时产生的误差）和计算误差（近似计算产生的误差）不随的误差）和计算误差（近似计算产生的误差）不随的误差）和计算误差（近似计算产生的误差）不随的误差）和计算误差（近似计算产生的误差）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。n n精度精度精度精度 逼进误差逼进误差逼进误差逼进误差（直线逼近曲线时产生的误差）、（直线逼近曲线时产生的误差）、（直线逼近曲线时产生的误差）、（直线逼近曲线时产生的误差）、计算误计算误计算误计算误差差差差、圆整误差、圆整误差、圆整误差、圆整误差 误差的综合效应（轨迹误差）不大于系统的最小运误差的综合效应（轨迹误差）不大于系统的最小运误差的综合效应（轨迹误差）不大于系统的最小运误差的综合效应（轨迹误差）不大于系统的最小运动指令或脉冲当量值。动指令或脉冲当量值。动指令或脉冲当量值。动指令或脉冲当量值。n n合成速度均匀性合成速度均匀性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n n算法：算法：逐点比较法、最小偏差法、数字积分法、目逐点比较法、最小偏差法、数字积分法、目逐点比较法、最小偏差法、数字积分法、目逐点比较法、最小偏差法、数字积分法、目标点跟踪法、单步跟踪法等标点跟踪法、单步跟踪法等标点跟踪法、单步跟踪法等标点跟踪法、单步跟踪法等数字增量插补数字增量插补n n特点：特点：特点：特点： 按插补周期进行插补，每个周期根据进给速度计算按插补周期进行插补，每个周期根据进给速度计算按插补周期进行插补，每个周期根据进给速度计算按插补周期进行插补，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（数字量）出各坐标轴在下一周期内的位移增量（数字量）出各坐标轴在下一周期内的位移增量（数字量）出各坐标轴在下一周期内的位移增量（数字量） 用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）来逼用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）来逼用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）来逼用直线段（内接弦线，内外均差弦线，切线）来逼进曲线（包括直线）进曲线（包括直线）进曲线（包括直线）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（现在的计算机均能满足要求）实现算法复杂（现在的计算机均能满足要求）实现算法复杂（现在的计算机均能满足要求）实现算法复杂（现在的计算机均能满足要求）n n算法：算法：算法：算法： DDADDA、二阶近似插补法、双、二阶近似插补法、双、二阶近似插补法、双、二阶近似插补法、双DDADDA法、角度逼近法、法、角度逼近法、法、角度逼近法、法、角度逼近法、时间分割法时间分割法时间分割法时间分割法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 1F F0000=0=0+ +x xF F1010=F=F0000-y-ye e=0-3=-3=0-3=-3J=8-1=7J=8-1=72 2F F1010=-30=-30=20+ +x xF F2121=F=F1111-y-ye e=2-3=-1=2-3=-1J=6-1=5J=6-1=54 4F F2121=-10=-10=40+ +x xF F3232=F=F2222-y-ye e=4-3=1=4-3=1J=4-1=3J=4-1=36 6F F3232=10=10+ +x xF F4242=F=F3232-y-ye e=1-3=-2=1-3=-2J=3-1=2J=3-1=27 7F F4242=-20=-20=30+ +x xF F5353=F=F4343-y-ye e=3-3=0=3-3=0J=1-1=0J=1-1=0直线插补程序实现直线插补程序实现逐点比较法逐点比较法圆弧插补原理圆弧插补原理逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补n n终点判别终点判别用用用用x x，y y坐标所要走的总步数来判别，令坐标所要走的总步数来判别，令坐标所要走的总步数来判别，令坐标所要走的总步数来判别，令 J=|x J=|xe e-x-x0 0|+|y|+|ye e-y-y0 0| |，每走一步则每走一步则每走一步则每走一步则J J减减减减1 1，直至，直至，直至，直至J=0J=0，到达终点，停止插补。到达终点，停止插补。到达终点，停止插补。到达终点，停止插补。n n插补过程插补过程位置判别、坐标进给、偏差计算、终点判别位置判别、坐标进给、偏差计算、终点判别位置判别、坐标进给、偏差计算、终点判别位置判别、坐标进给、偏差计算、终点判别四个象限圆弧插补计算公式四个象限圆弧插补计算公式圆弧插补程序实现圆弧插补程序实现数字增量插补法数字增量插补法n n得到：得到：不是进给脉冲，而是用二进制表示的进给量。不是进给脉冲，而是用二进制表示的进给量。不是进给脉冲，而是用二进制表示的进给量。不是进给脉冲，而是用二进制表示的进给量。n n算法：算法：根据程编进给速度根据程编进给速度根据程编进给速度根据程编进给速度F F，将给定轮廓曲线按插将给定轮廓曲线按插将给定轮廓曲线按插将给定轮廓曲线按插补周期补周期补周期补周期T T分割为插补进给段，即用一系列首分割为插补进给段，即用一系列首分割为插补进给段，即用一系列首分割为插补进给段，即用一系列首尾相连的微小线段来逼近给定曲线。尾相连的微小线段来逼近给定曲线。尾相连的微小线段来逼近给定曲线。尾相连的微小线段来逼近给定曲线。插补周期越长，插补计算误差越大，插补周插补周期越长，插补计算误差越大，插补周插补周期越长，插补计算误差越大，插补周插补周期越长，插补计算误差越大，插补周期应尽量选得小一些。期应尽量选得小一些。期应尽量选得小一些。期应尽量选得小一些。插补周期的选择插补周期的选择n n插补周期与精度、速度的关系插补周期与精度、速度的关系n n插补周期与插补运算时间的关系插补周期与插补运算时间的关系n n插补周期与位置控制周期的关系插补周期与位置控制周期的关系L时间分割法时间分割法直线插补直线插补时间分割法时间分割法圆弧插补圆弧插补3.5 数控系统的速度控制数控系统的速度控制n n一、必要性一、必要性惯性：速度不能突变惯性：速度不能突变惯性：速度不能突变惯性：速度不能突变突变：产生冲击、振荡、超程、失步突变：产生冲击、振荡、超程、失步突变：产生冲击、振荡、超程、失步突变：产生冲击、振荡、超程、失步n n二、评价指标二、评价指标1 1、保证轨迹精度、位置精度、保证轨迹精度、位置精度、保证轨迹精度、位置精度、保证轨迹精度、位置精度2 2、升降速过程的快速性（快速性系数）、升降速过程的快速性（快速性系数）、升降速过程的快速性（快速性系数）、升降速过程的快速性（快速性系数）3 3、平稳性（平稳性系数）、平稳性（平稳性系数）、平稳性（平稳性系数）、平稳性（平稳性系数）4 4、稳定性（加速度逐步降低，否则速度超调）、稳定性（加速度逐步降低，否则速度超调）、稳定性（加速度逐步降低，否则速度超调）、稳定性（加速度逐步降低，否则速度超调）5 5、算法简单，便于计算机实现、算法简单，便于计算机实现、算法简单，便于计算机实现、算法简单，便于计算机实现三、升降速规律三、升降速规律n n线性升降速（梯形）线性升降速（梯形）线性升降速（梯形）线性升降速（梯形）n n指数型升降速指数型升降速指数型升降速指数型升降速对线性和指数规律的评价对线性和指数规律的评价n n1 1、快速性、快速性、快速性、快速性 在平稳性相同的情况下，线性规律优于指数规律在平稳性相同的情况下，线性规律优于指数规律在平稳性相同的情况下，线性规律优于指数规律在平稳性相同的情况下，线性规律优于指数规律n n2 2、平稳性、平稳性、平稳性、平稳性 在快速性相同的情况下，线性规律优于指数规律在快速性相同的情况下，线性规律优于指数规律在快速性相同的情况下，线性规律优于指数规律在快速性相同的情况下，线性规律优于指数规律n n3 3、稳定性、稳定性、稳定性、稳定性 在快速性或平稳性相同的条件下，指数规律优于线在快速性或平稳性相同的条件下，指数规律优于线在快速性或平稳性相同的条件下，指数规律优于线在快速性或平稳性相同的条件下，指数规律优于线性规律性规律性规律性规律n n改进方法：改进方法：改进方法：改进方法： 对自身规律进行改进：在不同的速度范围内，多设对自身规律进行改进：在不同的速度范围内，多设对自身规律进行改进：在不同的速度范围内，多设对自身规律进行改进：在不同的速度范围内，多设置几个加速度、时间常数。置几个加速度、时间常数。置几个加速度、时间常数。置几个加速度、时间常数。4、精度指标：、精度指标：与升降速模块在轨迹控制系统中的位置相关与升降速模块在轨迹控制系统中的位置相关与升降速模块在轨迹控制系统中的位置相关与升降速模块在轨迹控制系统中的位置相关（前升降速、后升降速）（前升降速、后升降速）（前升降速、后升降速）（前升降速、后升降速）前升降速与后升降速的精度比较前升降速与后升降速的精度比较n n直线插补：直线插补：两种方案均不会因两种方案均不会因两种方案均不会因两种方案均不会因升降速产生轨迹误升降速产生轨迹误升降速产生轨迹误升降速产生轨迹误差。差。差。差。n n圆弧插补：圆弧插补：采用的方案不同，采用的方案不同，采用的方案不同，采用的方案不同，结果也不同。结果也不同。结果也不同。结果也不同。应先进行升降速处应先进行升降速处应先进行升降速处应先进行升降速处理，再进行插补处理，再进行插补处理，再进行插补处理，再进行插补处理。理。理。理。3.6 刀具补偿原理刀具补偿原理n n3.6.1 概述概述n n3.6.2 补偿类型补偿类型n n3.6.3 刀具半径补偿刀具半径补偿3.6.1 概述概述n n作用作用数控系统的刀具补偿（刀补）功能，用来修数控系统的刀具补偿（刀补）功能，用来修数控系统的刀具补偿（刀补）功能，用来修数控系统的刀具补偿（刀补）功能，用来修正程序规定的值与刀具实际切削成形值之差。正程序规定的值与刀具实际切削成形值之差。正程序规定的值与刀具实际切削成形值之差。正程序规定的值与刀具实际切削成形值之差。组成：刀具长度补偿，刀具半径补偿。组成：刀具长度补偿，刀具半径补偿。组成：刀具长度补偿，刀具半径补偿。组成：刀具长度补偿，刀具半径补偿。n n半径补偿的用途半径补偿的用途因刀具磨损或更换刀具引起的半径变化时，因刀具磨损或更换刀具引起的半径变化时，因刀具磨损或更换刀具引起的半径变化时，因刀具磨损或更换刀具引起的半径变化时，不需重新编程，修改偏置参数即可不需重新编程，修改偏置参数即可不需重新编程，修改偏置参数即可不需重新编程，修改偏置参数即可粗精加工程序相同，加工余量的预留通过修粗精加工程序相同，加工余量的预留通过修粗精加工程序相同，加工余量的预留通过修粗精加工程序相同，加工余量的预留通过修改配置参数实现改配置参数实现改配置参数实现改配置参数实现刀具半径补偿的常用方法刀具半径补偿的常用方法n nB刀补刀补以以以以圆弧圆弧圆弧圆弧做为刀具中心轨迹的段间连接。做为刀具中心轨迹的段间连接。做为刀具中心轨迹的段间连接。做为刀具中心轨迹的段间连接。算法简单；外轮廓尖角加工成小圆角；内轮算法简单；外轮廓尖角加工成小圆角；内轮算法简单；外轮廓尖角加工成小圆角；内轮算法简单；外轮廓尖角加工成小圆角；内轮廓加工时过渡圆弧半径必须大于刀具半径；廓加工时过渡圆弧半径必须大于刀具半径；廓加工时过渡圆弧半径必须大于刀具半径；廓加工时过渡圆弧半径必须大于刀具半径；读一段，算一段，再走一段读一段，算一段，再走一段读一段，算一段，再走一段读一段，算一段，再走一段n nC刀补刀补以以以以直线直线直线直线做为刀具中心轨迹的段间连接。做为刀具中心轨迹的段间连接。做为刀具中心轨迹的段间连接。做为刀具中心轨迹的段间连接。尖角工艺性较尖角工艺性较尖角工艺性较尖角工艺性较B B刀补好；内轮廓加工可实现刀补好；内轮廓加工可实现刀补好；内轮廓加工可实现刀补好；内轮廓加工可实现过切自动预报；一次对两段进行处理过切自动预报；一次对两段进行处理过切自动预报；一次对两段进行处理过切自动预报；一次对两段进行处理刀补工作过程刀补工作过程C刀补的转接形式和过渡方式刀补的转接形式和过渡方式n n转接形式转接形式直线与直线直线与直线直线与直线直线与直线直线与圆弧直线与圆弧直线与圆弧直线与圆弧圆弧与直线圆弧与直线圆弧与直线圆弧与直线圆弧与圆弧圆弧与圆弧圆弧与圆弧圆弧与圆弧n n过渡方式过渡方式缩短型（缩短型（缩短型（缩短型（180180 ）伸长型（伸长型（伸长型（伸长型（9018090180）插入型（插入型（插入型（插入型（ 9090）