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1、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
2、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
3、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
4、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
5、。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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、）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：
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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
24、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
25、。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
26、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
27、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、
28、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
29、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 CN
30、C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
31、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
32、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
33、；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
34、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
35、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
36、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
37、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，
38、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
39、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
40、。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
41、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
42、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
43、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
44、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
45、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
46、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
47、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
48、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
49、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
50、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