1、第第2章数控机床的数控系统章数控机床的数控系统2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2.2数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构2.5数据处理数据处理2.6数控系统的插补原理数控系统的插补原理2.7逐点比较法逐点比较法2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2.1.1FANUC数控系统介绍数控系统介绍 日日本本FANUC 公司生产的公司生产的CNC产品主要有产品主要有FSO,FS3,FS6,FS10/11/12、FS15、FS16、FS18、FS21/210等系列。目前，我国等系列。目前，我国用户使用的
2、系列主要有用户使用的系列主要有FSO、FS15、FS16、FS18、FS21/210等，等，如图如图2一一1所示所示2.1.2 SIEMENS数控系统介绍数控系统介绍1.SINUMERIK 3系列系列 SINUMERIK 3系列数控系统适用于各种机床控制，有系列数控系统适用于各种机床控制，有M型、型、T型、型、TT型、型、O型和型和N型等。另外，型等。另外，3T系统借助于转换系统借助于转换(Transmit)功能，可使一般的数控车床变成一个柔性车削中心，在一台机床功能，可使一般的数控车床变成一个柔性车削中心，在一台机床上一次完成车削、锁削、铣削和钻削加工上一次完成车削、锁削、铣削和钻削加工下一
3、页返回2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2.SINUMERIK 8系列系列 SINUMERIK 8系列数控系统主要由主控制模块、电源模块、系列数控系统主要由主控制模块、电源模块、存储模板、各种位置控制模板、测量接口模板、操作目板、电源存储模板、各种位置控制模板、测量接口模板、操作目板、电源模板和译码电路模板、模板和译码电路模板、PLC与与CNC接口模板、接口模板、PLC和和CNC信号传信号传递模板及系统软件模板等组成。递模板及系统软件模板等组成。3.SINUMERIK 810/820系列系列 SINUMERIK 810/820系列数控系统由系列数控系统由CPU模块、位置控制模模块、位置控制
4、模块、系统程序存储器模块、文字图形处理模块、接口模块、块、系统程序存储器模块、文字图形处理模块、接口模块、I/O模模块、块、C RT显示器及操作目板组成，如显示器及操作目板组成，如图图2-2所示为所示为SINUMERIK 810数控系统结构。数控系统结构。上一页下一页返回2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍 4.SINUMERIK 850/880系列系列 20世纪世纪80年代后期，年代后期，SIEMENS公司推出了公司推出了SINUMERIK 850/880系列数控系统。该系列产品适用于高度自动化水平的机床系列数控系统。该系列产品适用于高度自动化水平的机床及柔性制造系统，有及柔性制造系统，有
5、850M,850T,880M和和880T等规格。等规格。SINUMERIK 850/880最多可控制最多可控制30个主、辅坐标轴和个主、辅坐标轴和6个主轴，个主轴，可实现可实现16个工位联动控制。个工位联动控制。上一页下一页返回2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍 5.SINUMERIK 802系列系列 20世纪世纪90年代后期，年代后期，SIEMENS公司推出了公司推出了SINUMERIK 802系列数控系统。其中系列数控系统。其中802S和和802 C是经济型数控系统，可带是经济型数控系统，可带3个进个进给轴。给轴。802S采用带有脉冲及方向信号的步进驱动接口，可配接采用带有脉冲及方向信
6、号的步进驱动接口，可配接STEPDRIVE C/C+步动驱动器和五相步进电动机或步动驱动器和五相步进电动机或FMSTEPDRIVE步进驱动器和步进驱动器和1 FL3系列三相步进电动机，如系列三相步进电动机，如图图2一一3所示为所示为SINUMERIK 802S数控系统结构数控系统结构;802 C则包含有传统的则包含有传统的一一10 V+10 V接口，可配接接口，可配接SIMODRIVE 611驱动装置。驱动装置。802S/C除除了了3个进给轴外，都有一个一个进给轴外，都有一个一10 V+10 V接口，用于连接主轴驱动。接口，用于连接主轴驱动。SINUMERIK 802S/C包括操作目板、机床控
7、制目板、包括操作目板、机床控制目板、CNC单元及单元及PLC模块可安装在通用的安装导轨上。模块可安装在通用的安装导轨上。上一页下一页返回2.1典型数控系统介绍典型数控系统介绍2.1.3 HNC一一21华中数控系统介绍华中数控系统介绍 国产华中国产华中“世纪星世纪星”数控系统采用基于工业计算机作为硬件数控系统采用基于工业计算机作为硬件平台的开放式体系结构的创新技术路线，充分利用平台的开放式体系结构的创新技术路线，充分利用PC软、硬件的软、硬件的丰富资源，通过软件技术的创新，实现数控技术的突破。如丰富资源，通过软件技术的创新，实现数控技术的突破。如图图2一一5所示为华中所示为华中“世纪星世纪星”系
8、列产品系列产品上一页返回2.2数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.1数控系统的组成数控系统的组成 数控系统是由各种逻辑元件、记忆元件组成的逻辑电路，是数控系统是由各种逻辑元件、记忆元件组成的逻辑电路，是固定接线的硬件结构，由元件实现全部数控功能。从外部特征来固定接线的硬件结构，由元件实现全部数控功能。从外部特征来看，数控系统是由硬件看，数控系统是由硬件(通用硬件和专用硬件通用硬件和专用硬件)和软件和软件(专用专用)两大部两大部分组成，如分组成，如图图2一一6所示。所示。如如图图2一一7所示，数控系统由操作目板、输入所示，数控系统由操作目板、输入/输出装置、计算输出装置、计算
9、机数控装置、伺服单元、驱动装置、可编程逻辑控制器机数控装置、伺服单元、驱动装置、可编程逻辑控制器(PLC)等组等组成。成。下一页返回2.2数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.2数控系统的特点数控系统的特点1.灵活性灵活性2.通用性通用性3.可靠性可靠性4.易于实现许多复杂的功能易于实现许多复杂的功能5.使用维修方便使用维修方便上一页下一页返回2.2数控系统的组成与基本原理数控系统的组成与基本原理2.2.3数控系统的基本原理数控系统的基本原理 数控系统的生产厂家编制好数控系统控制软件数控系统的生产厂家编制好数控系统控制软件(也称为系统程也称为系统程序序)后，都要把它固化在后，
10、都要把它固化在ROM(EPROM)中，系统接上电源后即自中，系统接上电源后即自动由动由CPU按照此固化的程序运行。数控系统的主要任务是控制零按照此固化的程序运行。数控系统的主要任务是控制零件程序的执行，其他任务是为了更好地完成这一任务而进行的辅件程序的执行，其他任务是为了更好地完成这一任务而进行的辅助和配合。一个零件程序的执行首先要输入数控系统，经过译码、助和配合。一个零件程序的执行首先要输入数控系统，经过译码、数据处理、插补和位置控制，由伺服系统执行数控系统输出的指数据处理、插补和位置控制，由伺服系统执行数控系统输出的指令驱动机床完成加工。如令驱动机床完成加工。如图图2一一11所示为数控系统
11、的工作过程。所示为数控系统的工作过程。上一页返回2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构2.3.1数控系统的硬件类型数控系统的硬件类型 1.单机系统单机系统 单机系统是指整个数控系统只有一个单机系统是指整个数控系统只有一个CPU，它集中控制和管，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能。其理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种数控功能。其特点是投资小，结构简单，易于实现，但系统功能受到特点是投资小，结构简单，易于实现，但系统功能受到CPU字长、字长、数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。现在这种结构已数据宽度、寻址能力和运算速度等因素的限制。现在这种结构已
12、被多机系统的主从结构所取代。被多机系统的主从结构所取代。2.多机系统多机系统 多机系统是指整个数控系统中有两个或两个以上的多机系统是指整个数控系统中有两个或两个以上的CPU，也，也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模块自身也带有CPU。根据这些。根据这些CPU间的间的相互管理的不同又可将其分为相互管理的不同又可将其分为:下一页返回2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构 (1)主从结树杀统。主从结树杀统。(2)多主结构系统。多主结构系统。(3)分布式结构系统。分布式结构系统。2.3.2单机或主从结构模块的硬件介绍单机或主从结构模块的硬件介绍 单机系统按组成数控装置的电路板
13、的结构特点可分为大板式结单机系统按组成数控装置的电路板的结构特点可分为大板式结构和模块化结构两类。构和模块化结构两类。大板式结构的特点是大板式结构的特点是:数控装置内一般都有一块大板，称为主数控装置内一般都有一块大板，称为主板。主板上装有主板。主板上装有主CPU和各轴的位置控制电路等，其他相关子板，和各轴的位置控制电路等，其他相关子板，如如ROM板、板、RA M板和板和PLC板都插在主板上目。大板式结构的板都插在主板上目。大板式结构的CNC装置结构紧凑、体积小、可靠性高、价格低、有很高的性能装置结构紧凑、体积小、可靠性高、价格低、有很高的性能价格比。价格比。A-B公司的公司的8601就是大板式
14、结构的就是大板式结构的CNC。上一页下一页返回2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构 模块化结构的特点是模块化结构的特点是:将将CPU、存储器、输入、存储器、输入/输出控制、位置输出控制、位置检测、显示部件等分别做成插件板，相应的软件也是模块结构，检测、显示部件等分别做成插件板，相应的软件也是模块结构，固化在硬件模块中。硬件模块形成一个特定的功能单元，称为功固化在硬件模块中。硬件模块形成一个特定的功能单元，称为功能模块。功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，成为工能模块。功能模块间有明确定义的接口，接口是固定的，成为工厂标准或工业标准，彼此间可进行信息交换。模块化结构的典型厂标准或工业
15、标准，彼此间可进行信息交换。模块化结构的典型应用有应用有FANUC公司的公司的15系统、系统、A一一B公司的公司的8 600 CNC,FAGOR的的8050等。等。上一页下一页返回2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构 如如图图2一一12所示是单机或主从结构的数控系统硬件结构框图。所示是单机或主从结构的数控系统硬件结构框图。这类数控系统的硬件由于有若干功能不同的模块组成，这些模块这类数控系统的硬件由于有若干功能不同的模块组成，这些模块既是系统的组成部分，又有相对的独立性，即所谓的模块化结构。既是系统的组成部分，又有相对的独立性，即所谓的模块化结构。采用这种结构对数控系统的设计和生产以及维修
16、都有极大好处。采用这种结构对数控系统的设计和生产以及维修都有极大好处。实现这种结构的方法称为模块化设计方法。实现数控系统模块化实现这种结构的方法称为模块化设计方法。实现数控系统模块化设计的条件是总线设计的条件是总线(Bus)标准化。而采用模块化结构时，数控系统标准化。而采用模块化结构时，数控系统设计工作则可归结为功能模块的合理选用。设计工作则可归结为功能模块的合理选用。上一页下一页返回2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构 所谓模块化设计方法就是所谓模块化设计方法就是:将控制系统按功能划分成若干具有将控制系统按功能划分成若干具有独立功能的单元模块，每个模块配上相应的驱动软件，按功能的独立功
17、能的单元模块，每个模块配上相应的驱动软件，按功能的要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，组成一要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，组成一个完整的控制系统，其中单元母板一般为总线结构的无源母板，个完整的控制系统，其中单元母板一般为总线结构的无源母板，它提供模块间互联的信号通路。它提供模块间互联的信号通路。上一页下一页返回2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构2.3.3多主结构数控系统的硬件介绍多主结构数控系统的硬件介绍 多主多主CPU结构中，有两个或两个以上的结构中，有两个或两个以上的CPU部件，部件之间部件，部件之间采用紧藕合，有集中的操作系统，通过总线仲裁器采用
18、紧藕合，有集中的操作系统，通过总线仲裁器(由硬件和软件由硬件和软件组成组成)来解决总线争用问题，通过公共存储器来进行信息交换。多来解决总线争用问题，通过公共存储器来进行信息交换。多主结构的最大特点是主结构的最大特点是:(1)能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可以实现较为复杂能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可以实现较为复杂的系统功能的系统功能 (2)容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍可继续工作容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍可继续工作 多主数控系统的信息交换方式决定了它的结构形式，主要有多主数控系统的信息交换方式决定了它的结构形式，主要有共享总线结构型和共
19、享存储器结构型两种。共享总线结构型和共享存储器结构型两种。上一页下一页返回2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构 1.共享总线结构共享总线结构 这种结构以系统总线为中心，把数控系统内各功能模块划分这种结构以系统总线为中心，把数控系统内各功能模块划分成带有成带有CPU或或DMA(直接数据存取控制器直接数据存取控制器)的各种主模板和从模板的各种主模板和从模板(RAM/ROM,I/O模块模块)，所有的主、从模板都插在严格定义的标，所有的主、从模板都插在严格定义的标准系统总线上，由于在系统中所有主模板都使用系统总线，而在准系统总线上，由于在系统中所有主模板都使用系统总线，而在任一时刻只能允许一个主
20、模块占用总线，因此必须要有一个总线任一时刻只能允许一个主模块占用总线，因此必须要有一个总线仲裁机构仲裁机构(电路电路)来裁定多个模块同时请求使用系统总线的竞争问题，来裁定多个模块同时请求使用系统总线的竞争问题，这是多主这是多主CPU系统的一个重要特征。如系统的一个重要特征。如图图2一一26所示所示上一页下一页返回2.3数控系统的硬件结构数控系统的硬件结构2.共享存储器结构共享存储器结构 这种结构是目向公共存储器设计，即采用多端口来实现各主这种结构是目向公共存储器设计，即采用多端口来实现各主模块之间的互联和通信与共享总线结构一样。该系统在同一时刻模块之间的互联和通信与共享总线结构一样。该系统在同
21、一时刻也只能允许有一个主模块对多端口存储器访问也只能允许有一个主模块对多端口存储器访问(读读/写写)，所以也必，所以也必须有一套多端口控制逻辑来解决访问冲突这一矛盾。但由于多端须有一套多端口控制逻辑来解决访问冲突这一矛盾。但由于多端口存储器设计较复杂，而且对两个以上的主模块，会因争用存储口存储器设计较复杂，而且对两个以上的主模块，会因争用存储器可能造成存储器传输信息的阻塞，所以这种结构一般采用双端器可能造成存储器传输信息的阻塞，所以这种结构一般采用双端口存储器口存储器(双端口双端口RAM)，如，如图图2-27所示。所示。上一页返回2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构2.4.1数控系统软硬
22、件的功能界面数控系统软硬件的功能界面 数控系统软件是一个典型而又复杂的实时系统，它的许多控数控系统软件是一个典型而又复杂的实时系统，它的许多控制任务，如零件程序的输入与译码、刀具半径的补偿、插补运算、制任务，如零件程序的输入与译码、刀具半径的补偿、插补运算、位置控制以及精度补偿等都是由软件实现的。从逻辑上讲，这些位置控制以及精度补偿等都是由软件实现的。从逻辑上讲，这些任务可看成是一个个功能模块，模块之间存在着藕合关系任务可看成是一个个功能模块，模块之间存在着藕合关系;从时间从时间上讲，各功能模块之间存在一个时序及配合问题。上讲，各功能模块之间存在一个时序及配合问题。硬件和软件在实现这种功能时各
23、有不同的特点硬件和软件在实现这种功能时各有不同的特点:(1)硬件处理速度快，但灵活性差，实现复杂控制的功能困难硬件处理速度快，但灵活性差，实现复杂控制的功能困难(2)软件设计灵活，适应性强，但处理速度相对较慢软件设计灵活，适应性强，但处理速度相对较慢下一页返回2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构 因此，哪些功能应由硬件实现，哪些功能应由软件实现，即因此，哪些功能应由硬件实现，哪些功能应由软件实现，即如何合理确定软件和硬件的功能分担是数控系统结构设计的重要如何合理确定软件和硬件的功能分担是数控系统结构设计的重要任务，这就是所谓的软件和硬件的功能界目划分的概念。通常功任务，这就是所谓的软件和
24、硬件的功能界目划分的概念。通常功能界目划分的准则是系统的性能价格比。如能界目划分的准则是系统的性能价格比。如图图2-28所示是数控系所示是数控系统功能界目的几种划分方法。统功能界目的几种划分方法。2.4.2数控系统的数据转换流程数控系统的数据转换流程 数控系统软件的主要任务之一就是如何将由零件加工程序表数控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。如要求的
25、零件。如图图2一一29所示为数控系统的数控转换流程。所示为数控系统的数控转换流程。上一页下一页返回2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构2.4.3数控系统控制软件的特点数控系统控制软件的特点1.多任务性与并行处理技术多任务性与并行处理技术 (1)数控系统的多任务性。所谓任务就是可并行执行的程序在一个数数控系统的多任务性。所谓任务就是可并行执行的程序在一个数据集合上的运行过程。因此，数控系统的功能则可定义为数控系据集合上的运行过程。因此，数控系统的功能则可定义为数控系统的任务。数控系统的任务通常可分为两大类统的任务。数控系统的任务通常可分为两大类:管理任务和控制任管理任务和控制任务。管理任务
26、主要承担系统资源管理和系统各子任务的调度，负务。管理任务主要承担系统资源管理和系统各子任务的调度，负责系统的程序管理、显示、诊断等子任务责系统的程序管理、显示、诊断等子任务;控制任务主要完成数控控制任务主要完成数控系统的基本功能，如译码、刀具补偿、速度预处理、插补运算、系统的基本功能，如译码、刀具补偿、速度预处理、插补运算、位置控制等任务。如位置控制等任务。如图图2一一31所示是数控系统的任务并行处理关系所示是数控系统的任务并行处理关系图图上一页下一页返回2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构(2)基于并行处理的多任务调度技术。并行处理是指软件系统在同一时基于并行处理的多任务调度技术。并行
27、处理是指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。采用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。采用并行处理技术的目的是为了提高数控系统资源的利用率和系统的并行处理技术的目的是为了提高数控系统资源的利用率和系统的处理速度。并行处理的实现方式是与数控系统的硬件结构密切相处理速度。并行处理的实现方式是与数控系统的硬件结构密切相关的，在数控系统中常采用以下方法关的，在数控系统中常采用以下方法:资源分时共享。资源分时共享。并发处理和流水处理。并发处理和流水处理。上一页下一页返回2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构 2.实时性和优先抢占调度机制实时性和优先抢占调
28、度机制 实时性是指某任务的执行有严格的时间要求，即必须在系统实时性是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，否则将导致执行结果错误和系统故障。的规定时间内完成，否则将导致执行结果错误和系统故障。实时性任务的分类。数控系统是一个专用的实时计算机系统，该系实时性任务的分类。数控系统是一个专用的实时计算机系统，该系统的各任务或强或弱都具有实时性要求。从各任务实时性要求的统的各任务或强或弱都具有实时性要求。从各任务实时性要求的角度来看，它们基本上可分为强实时性任务和弱实时性任务，强角度来看，它们基本上可分为强实时性任务和弱实时性任务，强实时性任务又可分为实时突发性任务和实时周期性
29、任务。实时性任务又可分为实时突发性任务和实时周期性任务。上一页下一页返回2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构 优先抢占调度机制。为了满足数控系统实时任务的要求，系统调度优先抢占调度机制。为了满足数控系统实时任务的要求，系统调度机制必须具有能根据外界的实时信息以足够的速度机制必须具有能根据外界的实时信息以足够的速度(在系统规定的在系统规定的时间内时间内)进行任务的调度等能力。优先抢占机制就是能满足上述要进行任务的调度等能力。优先抢占机制就是能满足上述要求的调度技术，它是一种基于实时中断技术的任务调度机制。中求的调度技术，它是一种基于实时中断技术的任务调度机制。中断技术是计算机系统响应外部事
30、件的一种处理技术，其特点是它断技术是计算机系统响应外部事件的一种处理技术，其特点是它能按任务的重要程度、轻重缓急对其及时响应，而能按任务的重要程度、轻重缓急对其及时响应，而CPU也不必为也不必为其开销过多的时间。其开销过多的时间。上一页下一页返回2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构2.4.4数控系统的软件结构模式数控系统的软件结构模式 1.前后台型结构模式前后台型结构模式 这种模式将数控系统软件划分成两部分这种模式将数控系统软件划分成两部分:前台程序和后台程序。前台程序和后台程序。前者主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强的任前者主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强
31、的任务，它是一个实时中断服务程序。后台程序务，它是一个实时中断服务程序。后台程序(也称背景程序也称背景程序)则完成则完成显示、零件加工程序的编辑管理、系统的输入显示、零件加工程序的编辑管理、系统的输入/输出、插补预处理输出、插补预处理等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，在运行过程中，等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，在运行过程中，不断地被前台程序定时打断，前后台相互配合来完成零件的加工不断地被前台程序定时打断，前后台相互配合来完成零件的加工任务。前后台程序的相互关系如任务。前后台程序的相互关系如图图2一一34所示所示上一页下一页返回2.4数控系统的软件结构数控系统的软件结构 2.
32、中断型结构模式中断型结构模式 这种结构是将除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任这种结构是将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，然后由中断管理务模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系统(由硬件和软件组成由硬件和软件组成)对各级中断服务程序实施调度管理。整个对各级中断服务程序实施调度管理。整个软件就是一个大的中断管理系统。该模式的软件结构如软件就是一个大的中断管理系统。该模式的软件结构如图图2-35所所示。示。3.基于实时操作系统的结构模式基于实时操作系统的结构模式 实时操作系统实时操作系统(RTOS,Real Time Op
33、erating System)是操作是操作系统的一个重要分支，它除了具有通用操作系统的功能外，还具系统的一个重要分支，它除了具有通用操作系统的功能外，还具有任务管理、多种实时任务调度机制有任务管理、多种实时任务调度机制(如优先级抢占调度、时间片如优先级抢占调度、时间片轮转调度等轮转调度等)、任务间的通信机制、任务间的通信机制(如邮箱、消息队列、信号灯等如邮箱、消息队列、信号灯等)等功能，如等功能，如图图2一一36所示。所示。上一页返回2.5数据处理数据处理2.5.1零件程序的输入零件程序的输入 零件程序的输入一般通过零件程序的输入一般通过MDI键盘或通讯方式进行。输入大键盘或通讯方式进行。输入
34、大都采用中断方式，系统程序中有中断服务程序。都采用中断方式，系统程序中有中断服务程序。零件程序是一个一个字符输入数控系统的，数控系统的接口零件程序是一个一个字符输入数控系统的，数控系统的接口接收到一个字符后就向接收到一个字符后就向CPU发中断信号，激活中断服务程序，读发中断信号，激活中断服务程序，读入一个字符。先进行奇偶校验，检查读入字符的正确性入一个字符。先进行奇偶校验，检查读入字符的正确性;再进行语再进行语句的检查，即检查该字符是不是程序字的信息。例如，句的检查，即检查该字符是不是程序字的信息。例如，G代码后的代码后的最多跟两位数字，如果接收到最多跟两位数字，如果接收到G代码后又接收到了代
35、码后又接收到了3位数字，说明位数字，说明输入的程序有错误输入的程序有错误;坐标代码输入后接收到的数字超过机床的控制坐标代码输入后接收到的数字超过机床的控制范围，同样说明输入的程序有错误。上述检查都通过后才把输入范围，同样说明输入的程序有错误。上述检查都通过后才把输入的字符存入零件程序缓冲区。的字符存入零件程序缓冲区。下一页返回2.5数据处理数据处理2.5.2译码译码1.译码的处理准则译码的处理准则(1)刀具上一段的终点是下一段的起点刀具上一段的终点是下一段的起点(2)控制点的选择控制点的选择(3)按机床坐标系译码与计算按机床坐标系译码与计算(4)模态代码的处理模态代码的处理 2.译码的概念译码
36、的概念 译码是以程序段为单位处理用户加工程序，将其中的轮廓信译码是以程序段为单位处理用户加工程序，将其中的轮廓信息、加工速度和辅助功能信息，翻译成便于计算机处理的信息格息、加工速度和辅助功能信息，翻译成便于计算机处理的信息格式，存放在指定的内存专用区间。如式，存放在指定的内存专用区间。如图图2一一39所示为译码程序流程所示为译码程序流程图。图。上一页下一页返回2.5数据处理数据处理2.5.3刀其补偿刀其补偿 加工程序中的刀具运动轨迹通常按刀具中心和刀尖编写，所加工程序中的刀具运动轨迹通常按刀具中心和刀尖编写，所以在程序执行前必须输入相应的刀具半径和长度，这对加工中心以在程序执行前必须输入相应的
37、刀具半径和长度，这对加工中心尤其重要。刀具半径和长度可以用普通的量具手工测量，也可用尤其重要。刀具半径和长度可以用普通的量具手工测量，也可用专门的刀具测量仪测量。专门的刀具测量仪测量。1.刀具半径补偿刀具半径补偿 刀具半径补偿是使刀具在所选择的平目内向左或向右偏置一刀具半径补偿是使刀具在所选择的平目内向左或向右偏置一个半径值，编程时只需按零件轮廓编程，不需要计算刀具中心运个半径值，编程时只需按零件轮廓编程，不需要计算刀具中心运动轨迹，从而方便、简化计算和程序编制。动轨迹，从而方便、简化计算和程序编制。上一页下一页返回2.5数据处理数据处理2.刀具长度补偿刀具长度补偿 刀具长度补偿功能刀具长度补
38、偿功能(Tool Length Compensation)用于在用于在Z轴方轴方向的刀具长度补偿，它可使刀具在向的刀具长度补偿，它可使刀具在z轴方向的实际位移量大于或小轴方向的实际位移量大于或小于编程给定位移量于编程给定位移量(即程序中即程序中z坐标值坐标值)，即刀具长度补偿使刀具垂，即刀具长度补偿使刀具垂直于走刀平目方向，偏移一个刀具长度修正值，如直于走刀平目方向，偏移一个刀具长度修正值，如图图2-45所示所示上一页下一页返回2.5数据处理数据处理 3.夹具偏置补偿夹具偏置补偿 像刀具长度补偿和半径补偿一样让编程者可以不用考虑刀像刀具长度补偿和半径补偿一样让编程者可以不用考虑刀具的长短和大小
39、，夹具偏置可以让编程者不考虑工件和夹具的位具的长短和大小，夹具偏置可以让编程者不考虑工件和夹具的位置而使用夹具偏置。当一台加工中心在加工小的工件时，工装上置而使用夹具偏置。当一台加工中心在加工小的工件时，工装上一次可以装夹几个工件，编程者不用考虑每一个工件在编程时的一次可以装夹几个工件，编程者不用考虑每一个工件在编程时的坐标零点，而只需按照各自的编程零点进行编程，然后使用夹具坐标零点，而只需按照各自的编程零点进行编程，然后使用夹具偏置来移动机床在每一个工件上的编程零点。夹具偏置是使用夹偏置来移动机床在每一个工件上的编程零点。夹具偏置是使用夹具偏置指令具偏置指令G54G59来执行的。还有一种方法
40、就是使用来执行的。还有一种方法就是使用G92指令指令设定坐标系。当一个工件加工完成之后，加工下一个工件时使用设定坐标系。当一个工件加工完成之后，加工下一个工件时使用G92来重新设定新的工件坐标系。来重新设定新的工件坐标系。上一页下一页返回2.5数据处理数据处理2.5.4处理用缓冲区处理用缓冲区 通过将程序输入数控系统的工作，已经将数据段送入零件程通过将程序输入数控系统的工作，已经将数据段送入零件程序缓冲区，下一步的任务就是进行插补运行前的各种处理。插补序缓冲区，下一步的任务就是进行插补运行前的各种处理。插补预处理的内容主要包括译码、运动轨迹计算及预处理的内容主要包括译码、运动轨迹计算及F值计算
41、这三部分。值计算这三部分。译码程序的功能是将输入的零件程序数据翻译成译码程序的功能是将输入的零件程序数据翻译成CNC控制所需的控制所需的信息，这是插补预处理的第一步。运动轨迹计算是将工件轮廓轨信息，这是插补预处理的第一步。运动轨迹计算是将工件轮廓轨迹转化为刀具中心轨迹，从而大大减轻编程人员的工作量。迹转化为刀具中心轨迹，从而大大减轻编程人员的工作量。F值计值计算主要解决加工运动的速度问题。译码和数据处理是算主要解决加工运动的速度问题。译码和数据处理是CNC系统软系统软件中的一个关键部分，对件中的一个关键部分，对CPU而言，它的工作量比真正的插补运而言，它的工作量比真正的插补运算要大，特别是运动
42、轨迹计算和算要大，特别是运动轨迹计算和F值计算部分牵涉到运算精度及实值计算部分牵涉到运算精度及实时性，是难度最大的程序。时性，是难度最大的程序。上一页下一页返回2.5数据处理数据处理 执行一个程序段，在完成译码、数据处理后接下来就是插补执行一个程序段，在完成译码、数据处理后接下来就是插补与位置控制。前一步处理产生的结果要传递给下一步的处理程序，与位置控制。前一步处理产生的结果要传递给下一步的处理程序，而且在加工某段的过程中还要把下一段程序准备好，所以在执行而且在加工某段的过程中还要把下一段程序准备好，所以在执行过程中有很多信息在过程中有很多信息在CNC中并存。中并存。CNC中各种信息的存储与传
43、递中各种信息的存储与传递主要通过各种缓冲存储区来实现，如主要通过各种缓冲存储区来实现，如图图2-47所示所示上一页返回2.6数控系统的插补原理数控系统的插补原理2.6.1插补原理概述插补原理概述 1.脉冲当量脉冲当量 脉冲当量是数控机床的一个基本参数。在数控系统工作时，脉冲当量是数控机床的一个基本参数。在数控系统工作时，必须先将某一坐标方向上所需要的位移量转换为脉冲数并置于计必须先将某一坐标方向上所需要的位移量转换为脉冲数并置于计数器内，然后启动由主控制器控制的脉冲发生器并输出脉冲，驱数器内，然后启动由主控制器控制的脉冲发生器并输出脉冲，驱动电机运动动电机运动;另一方目，置于计数器内的脉冲数同
44、时在计数器内作另一方目，置于计数器内的脉冲数同时在计数器内作减法，当原置入的脉冲数减至零时，脉冲输出立即停止，该坐标减法，当原置入的脉冲数减至零时，脉冲输出立即停止，该坐标方向上的位移也相应停止。这就是说，当系统每发出一个进给脉方向上的位移也相应停止。这就是说，当系统每发出一个进给脉冲，机床机械运动机构就产生一个相应的位移量。一个脉冲所对冲，机床机械运动机构就产生一个相应的位移量。一个脉冲所对应的位移量称为脉冲当量，它是脉冲分配计算中的基本单位，其应的位移量称为脉冲当量，它是脉冲分配计算中的基本单位，其进给坐标轴的脉冲当量用进给坐标轴的脉冲当量用Q表示表示下一页返回2.6数控系统的插补原理数控
45、系统的插补原理 2.插补原理插补原理 插补计算是数控系统根据输入的基本数据，如直线终点坐标插补计算是数控系统根据输入的基本数据，如直线终点坐标值、圆弧起点、圆心、圆弧终点坐标、进给速度等，通过计算将值、圆弧起点、圆心、圆弧终点坐标、进给速度等，通过计算将工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给指令。插补实际上是根据有限的信息完成数据密化的工作，进给指令。插补实际上是根据有限的信息完成数据密化的工作，无论是硬件数控还是计算机数控，插补模块是不可缺少的，能完无论是硬件数控还是计算机数控，插补模块是不可缺少的，能完成插补功能
46、的模块或装置称为插补器。故此我们可以得出插补的成插补功能的模块或装置称为插补器。故此我们可以得出插补的概念概念:根据给定的信息，在理想轮廓根据给定的信息，在理想轮廓(或轨迹或轨迹)上的已知两点之间，上的已知两点之间，确定一些中间点的方法。确定一些中间点的方法。根据插补原理，我们应注意以下几个问题根据插补原理，我们应注意以下几个问题:(1)插补运动的实际轨迹始终不可能与其理想轨迹完全相同，插补点一插补运动的实际轨迹始终不可能与其理想轨迹完全相同，插补点一般也不会落到理想轨迹上。般也不会落到理想轨迹上。上一页下一页返回2.6数控系统的插补原理数控系统的插补原理 (2)当进给运动的轨迹不与坐标轴平行
47、时，则经数控系统插补后的实当进给运动的轨迹不与坐标轴平行时，则经数控系统插补后的实际轨迹均由很多折线段组成，其折线交点即插补点一般不能与理际轨迹均由很多折线段组成，其折线交点即插补点一般不能与理想轨迹重合，每一个交点的位置将由数控系统确定并控制。想轨迹重合，每一个交点的位置将由数控系统确定并控制。(3)插补运算一般是以一个脉冲当量为插补单位，因此在加工完的工插补运算一般是以一个脉冲当量为插补单位，因此在加工完的工件轮廓上看不出实际插补轨迹的折线形状件轮廓上看不出实际插补轨迹的折线形状 (4)数控系统规定的脉冲当量越小，插补运动的实际轨迹就越接近理数控系统规定的脉冲当量越小，插补运动的实际轨迹就
48、越接近理想轨迹，加工精度就越高。想轨迹，加工精度就越高。上一页下一页返回2.6数控系统的插补原理数控系统的插补原理2.6.2插补方法插补方法1.根据插补曲线的形状分类根据插补曲线的形状分类 根据插补曲线的形状可分为直线插补、圆弧插补、抛物线插根据插补曲线的形状可分为直线插补、圆弧插补、抛物线插补和高次曲线插补等。目前，大多数数控系统只有直线插补和圆补和高次曲线插补等。目前，大多数数控系统只有直线插补和圆弧插补。对于实际零件轮廓既不是直线也不是圆弧的，必须对零弧插补。对于实际零件轮廓既不是直线也不是圆弧的，必须对零件轮廓进行直线一圆弧拟合，用多段直线和圆弧近似地替代零件件轮廓进行直线一圆弧拟合，
49、用多段直线和圆弧近似地替代零件轮廓，然后才能进行加工。轮廓，然后才能进行加工。2.根据产生的数学模型分类根据产生的数学模型分类 根据产生的数学模型可分为一次插补、二次插补和高次插补。根据产生的数学模型可分为一次插补、二次插补和高次插补。如直线插补就是一次插补，圆弧或抛物线插补是二次插补等。如直线插补就是一次插补，圆弧或抛物线插补是二次插补等。上一页下一页返回2.6数控系统的插补原理数控系统的插补原理3.根据插补工作是硬件还是软件完成分类根据插补工作是硬件还是软件完成分类 (1)硬件插补。硬件插补。(2)软件插补。软件插补。(3)硬件和软件结合的插补。硬件和软件结合的插补。4.根据输出驱动信号方
50、式分类根据输出驱动信号方式分类 根据输出驱动信号方式，软件插补可分为基准脉冲插补和数根据输出驱动信号方式，软件插补可分为基准脉冲插补和数据采样插补。据采样插补。(1)基准脉冲插补基准脉冲插补(又称行程标量插补或脉冲增量插补又称行程标量插补或脉冲增量插补)。基准脉冲插补。基准脉冲插补是模拟硬件插补的原理，每进行一次插补运算产生一个控制脉冲，是模拟硬件插补的原理，每进行一次插补运算产生一个控制脉冲，然后将指令脉冲输出到伺服系统控制工作台运动。输出脉冲的最然后将指令脉冲输出到伺服系统控制工作台运动。输出脉冲的最大速度取决于执行一次运算所需的时间，一般适用于进给速度不大速度取决于执行一次运算所需的时间
