C的数据处理 CNC的软件系统 CNC的硬件系统 典型CNC系统实例第二章数控系统基本原理与结构第一节程序 输入 设备 CNC概 述主轴 控制 单元 一 主轴 、 电机?PC装置 输出 设备 速度 控制 单元机床 系 进给 统 的 电机 组 位置 成 检测器CNC二、CNC装置的结构 (一)CNC装置的一般硬件结构 计算机基本系统 设备支持层 人机控制 显示设备 输入/输 出设备接 口运动控制其他设备PMC其他I/O设备层 机床 机器人 测量机 ???CNC装置硬件组成EPROMRAMIN 接口OUT 接口CPU总线纸带 阅读机 MDI/ CRT 接口位置 控制 其它 接口(二)CNC装置软件的功能性结构 操作系统 管理软件控制软件零 件 操 作 系 统显 示 处 理人 机 交 互输 入 输 出 管 理? ?编 译 处 理刀 具 半 径 补 偿速 度 处 理插 补 ? ? 运 算(三)CNC硬件、软件的作用和相互关系CNC装置的硬件和软件构成了CNC装置的系统平台：数控加工系统根据用户 要求开发应用 软件 控 制 软 件CNC装置的系统平台管 理 程 序接口操作系统 硬 件被控设备 机 床 机器人 测量机 ? ?该平台由以下两个方面的含义: ＊ 该平台提供CNC装置基本配置的必备功能 ＊ 该平台根据用户要求进行功能设计和开发CNC平台的建构方式就是CNC装置的体系结构。三、CNC装置的功能 基本 功能 选择 功能 数控系统基本配置的功能，即必备的功能用户可以根据要求选择的功能四.CNC系统的特点☆ 灵活性大只要改变系统软件，就可改变和扩展其功能， 补充新技术，延长硬件结构的使用期☆ 通用性强 硬件有多种通用的模块化结构，易于扩展☆ 可以实现复杂的功能 如高次曲线插补、动静态图形显示等功能☆ 可靠性高许多功能由软件实现，硬件结构大大简化, 用大规模和特大规模通用和专用集成电路 ☆ 使用维修方便 CNC的诊断程序使维修非常方便 ☆ 易于实现机电一体化 半导体集成电路技术的发展和采用先进的 制造安装技术,使CNC装置尺寸大为缩小。K9M铣床数控系统K9M铣床数控系统（立式1）K9M铣床数控系统（箱式）K9T铣床数控系统（箱式）四、几个典型的CNC系统 ♂ 美国艾伦?勃兰特雷公司本世纪70年代中期生产 的7360系统，是世界上第一个CNC系统，是该公司于1971年公布的。♂ 世界著名控制系统制造商日本富士通法努克在本世界70年代中期生产的System 7，包括7T和7M 两种。♂ 美国著名的飞机制造公司麦克唐纳?道格拉斯公司生产的Actrion Ⅲ，是一个典型的分布式微型 计算机数控系统。返 回第二节§2.1一.什么是插补插补原理概 述数控装置根据输入的零件程序的信息，将 程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，用一个个输出脉冲把这一空间填补起来，从而形成要求的轮廓轨迹， 这种“数据密化”机能就称为“插补”。零件程序… N12 G00 X12 Y24 N13 G01 X24 Y56 …y562401224x直线插补 零件程序提供直线段的起点、终点坐标,数控装置 将这两点之间的空间进行数据密化,用一个个输出脉冲把空间填补起来,从而形成要求的直线轨迹。y…N12 G00 X12 Y24N13 G01 X24 Y5656…2401224x圆弧插补 零件程序提供圆弧起点、终点、圆心坐标,数控 装置将起点、终点之间空间进行数据密化,用一个 个脉冲把这一空间填补成近似理想的圆弧,即对圆 弧段进行数据密化。… N12 G00 X40 Y30y50 30 R 0 40 XN13 G03 X0 Y50 R50?二维插补 对于平面曲线，通过二个坐标的插补运算，就能 控制两个坐标轴走出所需轨迹。y56y503024 R 12 240x040X多维插补 对于空间曲线(三维、四维?)，需要多个坐标轴联动，也就需要多个坐标的插补运算。Ze ZA(Xe、Ye、Ze) O Ye Xe X Y二.软件插补算法 Ⅰ.脉冲增量插补原理产生的单个行程增量，以一个个脉冲 方式输入给伺服系统。 y562401224x应用步进电机为驱动装置的开环数控系统。机 床计算机 数控柜步进电机 驱动电源步进 电机 滚珠丝杆Ⅱ.数字采样插补（时间标量插补）插补程序每调用一次，算出坐标轴在一个 周期中的增长段（不是脉冲），得到坐标轴 相应的指令位置，与通过位置采样所获得的 坐标轴的现时的实际位置（数字量）相比较, 求得跟随误差。位置伺服软件将根据当前的 跟随误差算出适当的坐标轴进给速度指令， 输出给驱动装置。类型1.插补程序的调用周期和系统的位置采样周期相同? 美国Allen－Bradley公司的 7300 CNC 系列 2. 调用周期是系统的位置采样周期的整数倍 ? 西门子公司的 System－7 CNC 系统，采用8ms 的插补周期和4ms的位置反馈采样周期 适用于闭环和半闭环，以直流（或交流）应用电机为驱动装置的位置采样系统。目前的MNC系统常采用以下结构方式完成插补运算 i 采用软/硬件配合实现插补方案的单微机系统 ※ FANUC 的 System－5ii 具有分布式微机系统※ 麦唐纳? 巴格拉斯公司Actrion III 型MNC系统iii※具有单台高性能微型计算机NC系统西德西门子公司的 System-7 CNC 系统§2.2基本思想逐点比较法插补原理被控对象在按要求的轨迹运动时，每走一步都 要和规定的轨迹进行比较，由比较结果决策下 一步移动的方向。 脉冲当量?一个脉冲所产生的坐标轴的移动量mm/p。逐点比较法既可实现直线插补，又可实现圆弧插补。Ⅰ、直线插补 (一).偏差计算公式 如图所示，设规定轨迹为yE(Xe,Ye)直线段OE，起点在原点，终点E的坐标为E(Xe，Ye) , 第一象限Pi(xi, yi)为加工点 （轨迹点） 。Pi(xi,yi) 0 x1.若P正好处在 OE 上,则下式成立。yi = xiye xe即xeyi － xiye=02.当P在OE上方时，yPi(xi,yi)yi & xi即ye xe0E(Xe,Ye)xeyi－xiye&0xE(Xe,Ye)3.当P在OE下方时，yyi & xi即ye xexeyi－xiye&0∴判别函数F为Pi(xi,yi)0 F＝XeYi-XiYex由F可判别动点Pi与理想轨迹的相对位置，从而决定下一步移动方向。 F&0，点Pi在直线上方，应向+X 移动。F&0，点Pi在直线下方，应向+Y 移动。F=0，点Pi在直线上，为方便，将 F=0 归F&0。y E(xe,ye)0x为便于计算机编程计算,将F的计算予以简化。设第I象限中动点Pi(xi, yi)的F值为Fi，Fi＝XeYi-XiYe y 1.若沿+x向走一步，即E(xe,ye) Pi(Xi,Yi) Pi+1(Xi+1,Yi+1)? xi ?1 ? xi ? 1, ? ? yi ?1 ? yi ?F ? x y ? x y e i ?1 i ?1 e ? i ?10于是有xFi+1 = Fi －Ye2.若沿+y向走一步，即? yi ?1 ? yi ? 1, ? ? xi ?1 ? xi ?F ? x y ? x y ? i ?1 e i ?1 i ?1 e于是有y Pi+1E(xe,ye)Pi(Xi,Yi)0xFi ?1 ? Fi ? X e? 新加工点的偏差完全可以用前一加工点的偏差递推。(二)终点判别的方法有两种： 1.每走一步，判断动点Pi(xi, yi)的坐标值是否与 终点坐标相同，即Xi-Xe ≥ 0且 Yi-Ye≥0若两式同时满足，插补结束。 2. 求程序段总步数n=Xe+Ye每走一步，n?1?n，直到 n=0，插补结束。 (三)插补计算过程：（用流程图表示 ）初始化偏差判别坐标进给 偏差计算终 点 到？ Y EndN(四)不同象限的直线插补计算yE(xe,ye)第 I 象限直线插补软件流程图 初始化xe、ye Y+x方向走一步,n=xe+ye, F=0 0N +y方向走一步xF?0？F← F － Yen-1→n n＝0 YF ← F + XeNEnd用同样方法分析第II，III，? 象限插补情况， +Y F&0(+X) F&0(-X)F&0(+Y)F&0(+Y) +X-XF&0(-Y)F&0(-Y)F&0(-X)-YF&0(+X)如图所示, 可以得出：F≥0都是沿x方向步进，无论+x，-x，|x|总是增大，走+x或-x由象限标志控制(跟随Xe的＋、－） +Y F&0F&0 F&0F&0F&0 F&0 -Y +XF&0 F&0F&0均沿y方向步进，无论+y，-y，|y|增大，I，II走+y，III，IV走－y（随ye的＋，－）。 F&0 F&0 +Y F&0F&0F&0 F&0 -Y +XF&0 F&0下图所示，轮廓形状ycDCbBd0aAxa.看成是第I象限，起点O1，终点O2，输出为＋x,＋y b.看成是第Ⅱ象限，起点O2，终点O3，输出为－x,＋y c.看成是第Ⅲ象限,起点O3,终点O4,输出为－x,－y d.看成是第IV象限,起点O4,终点O1,输出为＋x,－y y yxy cDCbyxd yA Bxax x0四个象限直线插补流程图可归纳为下图所示， 则n=|xe－x0|＋|ye－y0|初始化|Xe|,|Ye| N=|Xe|+|Ye|Y沿Xe向走一步 F← F-| Ye |F&0?N沿Ye向走一步 F←F+|Xe|N=0?YNEnd例1对直线段OE进行插补运算，E点坐标为(5,3)，试写出控制装置内插补运算步骤。y解：初始化：xe=5，ye=3F?0 ?X F=F-3 F&0 ?Y F=F+50E(5,3)xF?0 ?X F=F-3序号 1 2 3 4 判别F 0 -3&0 2&0 -1&0 进给 ?X ?Y ?X ?Y3F&0 ?Y F=F+5F计算 -3 终点判别(n-1?n) 7?0 6?0 5?0 4?0y2 -1 45 67 84&0 1&0-2&0 3&0?X ?X?Y ?X 01 -23 0 03?05 2?0x1?0 终点到Ⅱ、圆弧插补(一).偏差计算公式 圆心为原点，圆弧 起点坐标(x0、y0)，YE(xe,ye) Pi (xi,yi) A(x0,y0)终点坐标(xe、ye)，设动点Pi(xi、yi)。若Pi在圆弧上，OX则 （xi? yi? x0? y0? + )-( + )=0取判别函数F为F=(xi? yi? x0? y0? + )-( + )F=(xi? yi? x0? y0? + )-( + )1.动点在圆弧外,F & 0,向-x 走一步； 2.动点在圆弧内,F & 0, 向+y 走一步； 3.动点在圆弧上,F = 0,向-x 走一步。yE(xe,ye)PiA(x0,y0)0x(二)终点判别的方法有两种： 1、动点与终点坐标值比较 若 xi=xe，x 向已到终点 若 yi=ye，y 向已到终点 只有当x、y都到达终点，插补才算完成。 2、计算总步数n=|Xe-X0|+ |Ye-Y0|每走一步，n-1→n，直到n=0，插补结束(三)插补计算过程：（用流程图表示 ）初始化 偏差判别 坐标进给yE(xe,ye)偏差计算坐标计算PiA(x0,y0)终 点 到？ Y EndN(四)不同象限的直线插补计算 1、第一象限逆圆插补 动点在-X方向走一步后yEPi+1xi+1=xi -1 yi+1=yi Fi+1=(xi-1)? i? 0? 0? +y -(x +y ) =Fi-2xi+1动点在+Y方向走一步后Pi Pi+1 0PiA xFi+1=xi? yi+1)?(x0? y0? Fi+2yi+1 +( - + )=第一象限逆圆插补的流程图如图所示初始化起点(x0,y0) 第一象限逆圆 插补流程图 F=0 终点(xe,ye)N+Y方向走一步F≥0？Y-X方向走一步F=F+2Y+1 Y=Y+1插补完?F=F-2X+1 X=X-1NYEnd2、第一象限顺圆插补yAF≥0动点在-Y方向走一步后PiFi+1=Fi-2Yi+1 F&0动点在+X方向走一步后Pi+1 Pi EPi+10xFi+1=Fi-2Xi+1第一象限顺圆插补的流程图如图所示初始化起点(x0,y0) 第一象限顺圆 插补流程图 终点(xe,ye) F=0N+X方向走一步F≥0？Y-Y方向走一步F=F+2X+1,X=X+1F=F-2Y+1,Y=Y-1插补完?NYEnd3、圆弧插补有八种情况表示如下图4、四个象限顺圆、逆圆插补表走向走步条件计 算 公 式Xn＝Xn＋1 Fn＋1＝Fn＋2Xn＋1 Xe－Xn＋1＝0？第一象限、顺圆、F&0 +X 第二象限、顺圆、F≥0第三象限、逆圆、F≥0第四象限、逆圆、F&0第一象限、逆圆、F≥0 第二象限、逆圆、F&0－X第三象限、顺圆、F&0第四象限、顺圆、F≥0Xn＝Xn－1 Fn＋1＝Fn－2Xn＋1 Xe－Xn＋1＝0？走向走步第一象限、逆圆、F&0 +Y第二象限、顺圆、F&0圆弧插补表条件计 算 公 式 Yn＝Yn＋1 Fn＋1＝Fn＋2Yn＋1 Ye－Yn＋1＝0？第三象限、顺圆、F≥0第四象限、逆圆、F≥0 第一象限、顺圆、F≥0-Y 第二象限、顺圆、F≥0 第三象限、逆圆、F&0 第四象限、逆圆、F&0 Yn＝Yn－1 Fn＋1＝Fn－2Yn＋1 Ye－Yn＋1＝0？例2.欲加工第I象限逆圆弧,起点A，x0=4,y0=3; 终点E:xe=0，ye=5，试写出插补计算步骤. y 解： 初始化 Ex=x0=4 y=y0=3 F=0 n=|Xe-Xi|+ |Ye-Yi|=653AX0 F表达式： 4 F≥0 , -ΔX , F-2X+1→F，X-1→X F&0 , +ΔY , F-2y+1→F，y+1→y序号 F判别 1 02 -7&0进给 -Δ XΔY34 5 60-5&0 4&0 1&0-Δ XΔY -Δ X -Δ XF坐标更新 终点判别 F=0-2×4+1=-7 6-1=5≠0 x=4-1=3 y F=-7+2×3+1=0 5-1=4≠0 E 5 y=3+1=4 F=0-2×3+1=-5 4-1=3≠0 3 X=3-1=2 A 3-1=2≠0 F=-5+2×4+1=4 y=4+1=5 y轴达终 F=4-2×2+1=1 2-1=1≠0 X 0 4 x=2-1=1 F=1-2×1+1=0 1-1=0 插补完 F=1-1=0 X轴达终§2-31、基本概念数字积分法采用积分运算实现插补，又称DDA法。 DDA(Digital Differential Analyzer) 2、优点易于实现多维插补和原有系统多个坐标轴联动的扩充,尤其多坐标联动的数控系统一、DDA直线插补设对直线OE进行脉冲分配y起点O(0,0)，终点E(xe,ye)E(xe，ye)V Vy Vx直线方程对t求导 即y/x=ye/xedy / dt ye ? dx / dt xe0xVy/Vx=Ye/Xe 令动点P，在x、y轴方向的速度分别是Vx、Vy,在x、y方向的微小位移增量为ΔX 、ΔY则：ΔX = Vx ? ΔtΔY = Vy ? Δt（1）假定进给速度V是均匀的，即V为常数，对于直线 函数来说,其分速度Vx、Vy必为常数,且有下式Vx X e ? V y yeVx = K ? Xe引入比例系数K，有Vy = K ? Ye（2）将(2)式代入(1)式，即为坐标轴位移增量Δx = K ? Xe ? Δt Δy = K ? Ye ? Δt位移量为（3）x??t0t KX e dt ? ? KXe?i ?1ny??t0Kye dt ? ? Kye ?ti ?1n取单位时间 Δ t=1，则公式化为? ? X ? ? KX e ? i ?1 ? n ?y ? ? Kye ? i ?1 ?n（3）Σ ≥1走一步 → Σ -1→Σ→余值作为 下次累加的余值→ Σ +Σ KXe+Σ KYe →不断累加 不断溢出 溢出脉冲数符合(3)式→得出接近理想的直线轨迹累加多少次，才能达到加工终点呢？K=？设经过m 次累加后，达到终点，由(3)式知，m次累加后于是，必须使X = m ? K ? Xe = Xe Y = m ? K ? Ye = Ye m ? k=1，或 m=1/ki. 累加 1/k次后，x 、y方向同时到点溢出的 脉冲总数X=Xe,Y=Yeii .K与m互为倒数关系 ，m必须是整数 ,故K必是小数。确定m(K)：方法1：每次累加，在每个轴上最多只能产生一个进给脉冲。式(2)中的Δx ,Δ y相同地要小于等于一个脉冲当量，即 要求KXe≤1 KYe≤1(Ⅰ)Xe,Ye的最大允许值受系统字长的限制,假设系统 字长为m，则Xe、Ye的最大允许值为2?-1，若取 1K= 2? ,则必然满足(I)式的条件。方法2： 假设Xe&Ye,即X轴累加溢出脉冲总数多于Y轴,累加最有效的情况是,每次累加,X轴都有脉冲溢 出,Y轴则不一定,于是选累加次数m=Xe，则K= 1/Xe.将(3)式改写成：1 n 1 x? ? Xe ? x m i ?1 e 1 1 y? ? Ye ? x m i ?1 en?Xi ?1ne?Yi ?1ne每次累加 1.X轴必有脉冲溢出,(不必要进行累加计算) 2.Y轴的累加结果大于或等于m(Xe)时才产生 溢出,发出一个脉冲,故m又称为溢出基值.作为是否有脉冲溢出的判别条件 溢出余值m作为终点判别条件推广到P个坐标轴同时插补的情况。设有x1、x2??xp个坐标轴同时插补，则令m=max {x1,x2,^xp}，m对应的轴xm称为主导轴每次累加，主导轴必有脉冲溢出，而其余轴1 x j ? ? x je m i ?1n即以终点坐标作为被积函数(增量)进行累加，累加结果大于或等于m时,产生溢出,发出一个脉冲,当经m次累加计算后,主导轴xm 达到终点。此时，1 n 1 x j ? ? x je ? ? mx je ? x je m i ?1 m即其余各轴也同时到达了终点。 优 点 1.减少了一个坐标轴(主导轴)的累加运算2.保证了每次累加必有脉冲输出3.提高了脉冲发生率 4.减少了插补程序的长度和插补运算时间例3 设有直线OE，起点在原点，终点E(xe=5,ye=3) 用DDA法实现插补。 解:初始化 m=xe=5 Σy=0 累加增量为3y5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 Ex累加次数 n累加求和 ye+Σy→Σy判 别 Σy≥m?脉冲溢出 Δy Δx12 3 4 5 END3+0=33+3=6 3+1=4 3+4=7 3+2=53&56&5 6-5=1→Σy 4&5 7&5 7-5=2→Σy 5=501 0 1 111 1 1 1比较例1,用逐点比较法进行直线插补，区别DDA累加次数一次最多移动坐标轴逐5281预置了初值的插补结果见例3。?? ? ? 0.5 ?m入进,? ? 0.5 m? ? ? ?0.5m ? ?例3中， Σy=m/2=2累加次数 n 1 2 3 4 5 累加求和 ye+Σ y→ Σ y 3+2=5 3+0=3 3+3=6 3+1=4 3+4=7 判 别 脉冲溢出 Δy 1 0 1 0 1 Δx 1 1 1 1 1Σ y≥m? 5=5 5-5=0→Σ y 3&5 6&5 6-5=1→Σ y 4&5 7&5 7-5=2→Σ y与例三比较，两次插补轨迹分别如图所示 5 4 3 E21 0 1 2 3 4 5x二、DDA圆弧插补以第I象限顺圆为例yEVVxVy圆方程为：x ? ? ? +y =r对时间t求导dx / dt y ky ?? ?? dy / dt x kxVx = KyVy = －KxA 0x由此设出第I象限顺圆坐标轴方向的速度分量为此式说明，速度分量是随动点变化的。坐标轴位移增量?x ? Ky?t ?y ? ? Kx?t位移量x ? ? kydt ? ? Kyi ?ti ?1n取单位时间Δt=1则：? ? x ? ? Kyi ? i ?1 ? n ?y ? ? ? Kxi ? i ?1 ?n（4）由此构成如图所示的插补原理框图 X轴被积函数寄存器＋ Δt插补迭代 控制脉冲X积分累加器Y积分累加器 ＋ Y轴被积函数寄存器ΔX ΔYX轴 溢出脉冲Y轴 溢出脉冲累加多少次才能达到终点？K=？考虑用半径r的数字量作为溢出余值 k=1/r. 于是(4)式变为：1 x ? ? yi r i ?1 1 y ? ? ? xi r i ?1x,y的增量值分别为y,x轴的动点坐标值(yi,xi)nn插补过程如下： ① 预置累加增量值x、y轴累加增量初值分别为y0、x0 (Δx,Δy)② x轴累加求和，∑x+Δx-y→ ∑x ∑y+Δy-x→ ∑y得出的溢出脉冲发到+x向y轴累加求和 ,得出的溢出脉冲发到-y向 ③ 坐标值更新， 当x向发出脉冲后，x+1 →x=Δy 更新y轴累加增量值y即当y向发出脉后, y-1→y=Δx，更新x轴累加增量值x④ 判终 将③中计算出的坐标瞬时值与圆弧终点坐标进行比较，当有一个轴达终，该轴就停止计算，不再有脉冲溢出，只有当两轴都达到终点时， 插补运算结束。不同象限，顺逆不同，插补公式也不一样。例4.用DDA法进行圆弧插补，半圆弧AE起点A(0,5),终点E(5，0),半径r=5。y解：溢出基值m=r=5Δx=y0=5Ax轴增量值y轴增量值Δy=x0=0 0∑x=∑y=0xE插补过程如下：累加 次数 n 1X 求和 y+∑x→∑x 5+0=5→xX 溢出更新 ∑x-y→∑x x+1 →xY 求和 x+ ∑y→∑y 1+0→∑yY 溢出更新 ∑y-r→∑y y-1→110 →∑x 0+1→x025+0 →∑x10 →∑x 2→x1+2=3→∑y035+0 →∑x10 →∑x3→x3+3=6→∑y11→∑y5-4=1→∑y44+0 →∑x03+1=4→∑y054+4 →∑x13→∑x4→x4+4 →∑y13→∑y4-1=3→∑y63+3→∑x11→∑x5+3→∑y13→∑y5→x (x达终)7 5+3→∑y 12→y3→∑y 1→y85+3→∑y13→∑y 0→y (y达终)三、提高积分法插补的精度 1.直线插补时的四舍五入坐标轴积分值＝溢出脉冲数＋余数1）.当余数&0.5时，舍去 2）.余数≥0.5时则发出一个脉冲，即四舍五入 功能，以提高插补精度。※ 其方法是在插补前，为各积分累加器预置溢出值的一半，从而容易地了实现四舍五入。2、减小DDA圆弧插补轮廓误差的措施 1).圆弧插补时的初值预置 产生原因 被积函数较小的坐标轴位置变化较另一个轴慢，使插补出的轨迹向圆弧外扩展解决措施 累加单元预置一初值(溢出余值的一半),就可使较小坐标轴提早发生位置变化。积分累加器初值为零y 9 8 7 6 5 4 3 2 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9x积分累加器预置了初值y 9 8 7 6 5 4 3 2 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9x2).累加求和结果的互相影响 产生原因 例: x的累加 x+∑y→∑y,第一次累加，y累加产生输出并未立即影响到x的输出，只是使x的增量值(y)改变;下一次累加，才改变了的y才影响到x累加输出.逆I、III，顺II、III， 先x后y累加 逆II、IIII，顺I、III，先y后x累加§2-4基本思想时间分割法通过速度计算程序将进给速度V分割成插补 周期的轮廓步长f，然后进行插补计算，送 出各坐标轴的周期进给增量。 例：System－7CNC系统采用时间分割法，插 补周期为8ms即在每次8ms插补中断服务后，调 用一次插补程序。一、直线插补设要求刀具在XOYYP(Xe,Ye)平面作直线运动，由0点运动到P点，则X 轴和Y轴的移动增量 为Xe和Ye。插补时， 取增量大的为长轴，ΔX α0 ΔY X增量小的为短轴。要求X、Y轴的速度保持一定的 比例，同时开始运动，同时到达终点。设刀具的方向与长轴夹角为α ，OA为一次插补 的进给步长f。由程序提供的Xe和Ye可以确定tgα= cosα＝长轴插补进给量 短轴插补进给量Ye Xe 1 1+tg ? α Δ X=fcosα Δ Y＝tgα ? Δ X二、圆弧插补以顺圆插补为例， 顺圆上B点时继A 点之后的插补瞬时 点，其坐标分别为Y Yi Ym Yi＋1 A ΔXi Fβ ΔYiA(Xi,Yi), B(Xi+1,Yi+1) X,Y轴的进给量分别为ΔX，ΔYM α ΔαB∠AOY=α, ∠AOB=Δα ∠AOM=∠BOM=0.5Δα0Xi Xm Xi＋1 β= α+0.5ΔαXcosβ =cos(α i+0.5Δ α )由此可以推出(Xi，Yi)与ΔX、ΔY的关系式ΔYΔX=Xi+0.5Δ XYi-0.5Δ Y=Xi+0.5fcosβYi-0.5fcosβ反映圆弧上任意相邻两点间坐标间的关系只要找到计算Δ X和Δ Y的恰当方法，就可以求出 新的插补点坐标：Xi+1＝Xi+ΔX Yi+1＝Yi+ΔY插补习题1 2 3 4 什么叫插补？ 插补器有几种分类方法？可分为哪几类？ 常用的插补方法有哪些？ 试述逐点比较法的插补过程。56偏差函数的作用是什么？逐点比较法直线插补的偏差函数是如何确定的？ 它与刀具位置有何关系？7逐点比较法直线插补时刀具进给方向如何确定? 偏差值如何计算？8逐点直线插补，怎样判断直线是否加工完毕?9 直线的起点坐标在原点O(0，0)，终点A的坐标为A（9，4）.试用逐点比较法对直线进行插补，并画出插补轨迹。10 圆弧插补时偏差函数如何定义？它与刀具位置有何关系？11 数字积分插补法适用于什么场合？12插补运算中，DDA法是指( ①比较积分插被法)②单步追踪插补法③数字积分插被法 13④逐点比较插被法数字积分法直线插被的被积函数是什么？如何判断终点？14数字积分法圆弧插补的被积函数是什么？ 如何判断终点？15圆弧插补时进给方向如何确定？偏差值如何计算？16 圆弧插补时，如何差别终点？ 17 试画出逐点比较法直线插被的程序框图。 18 若插补器所用寄存器的长度为n位，能插补的最大直线尺寸是直线终点的纵、横坐标均应小于① 2 ③ 2n-1 n-2②2 ④2n-1-1 -1n-219 用逐点比较法插补第二、三、四象限的直线时， 应该如何计算偏差？返 回第三节§3.1CNC的数据处理CNC的输入CNC的输入主要是指零件加工程序的输入。阅读机键 盘存 储 器无带运转穿孔输出插入 删除 修正CNC装置数据转换流程如图所示 刀补 缓冲区 插补 缓冲区 速 度 预 处 理运行 缓冲区位置 反馈 位 置 处 理加 工 程 序译 码刀 补 处 理插 补 处 理伺 服 驱 动PLC 控制译码 缓冲区存数过程纸 带 零件程序 零件程序 缓冲器 零件程序 存储器取数过程零件程序 存储器 零件程序 缓冲器 译 码CNC系统中通常的工作方式为存储器工作方式。用键盘命令调出零件程序存储器中指定的零件 程序。但在工作中还允许用键盘输入修正程序。 阅读机 零件程序存储器MDI键盘零件程序缓冲器MDI缓冲器译码§3.2§3.2.1目的CNC的数据处理概 述进行插补运行前的准备。译码、运动轨迹计算、F值计算内容零件程序中每个程序段所经历的过程是： 零件 译码 译码 数据 传 数据处 结果 程序 结果 缓冲区 程序 寄存器 理程序 缓冲器 送插补 工作 寄存器§3.2.2概 念译码将标准的数控代码翻译成本系统能识别的形式。 如 N042 G01X40 任 务 识别代码，翻译成具有具体意义的数据形式， 并存入对应单元。 过 程Y20 F80。取识→拼数→分存§3.2.3刀具半径补偿原理一、刀具半径补偿的基本概念（一）什么是刀具半径补偿按零件轮廓编制 的程序和预先设 定的偏置参数， 数控装置能实时自刀具编程 轨迹动生成刀具中心轨迹的功能。实线为零件轮廓,虚线为刀具中心轨迹。刀具中心 轨迹§3.2.3刀具半径补偿原理一、刀具半径补偿的基本概念 （二）刀具半径补偿功能的主要用途 1.由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径变化， 不必重新编程，只须修改相应偏置参数。 2.加工余量的预留可通过修改偏置参数实现， 而不必为粗、精加工各编制一个程序。（三）刀具半径补偿的任务 计算r x，r y yA? R A B R Rx B? Ry根据程序段的起点，终点坐标以及r在起点、 终点处的坐标分量r x、 r y，求出刀具中心的起 点、终点坐标，核心是求r 的分量。x如图 B?点XB?=XB+rx YB?=YB+ry非圆滑过渡处附加程序段※ 园弧过渡型刀补:在硬件NC中，采用园弧过渡型刀补，故要增加一段园弧。※ 直线过渡型刀补:求出刀具中心轨迹交点，再对原来的编程轨迹作伸长或缩短的修正。(四)刀具半径补偿的转接形式 伸长型YC点处于 JB与DK的延长线上Y0XαA EB?C? D B CXJ缩短型编程轨迹OA、AF，刀具中心轨迹K CF BJB与DK将在C点相交。这样， 相对于OA和AF而言， 缩短一个CB与CD的 长度。JYC?YαXXAXOD插入型K YFDY 0 Xα A C? C L B J HX刀具半径补偿的常用方法B刀补 刀具中心轨迹的段间连接都是圆弧。C刀补相邻两段轮廓的刀具中心轨迹之间用 直线连接。（五） C刀补的基本设计思想刀具半径补偿是在译码之后进行，译码译出一 段并不立即进行刀补，译出的若是下一段，则 对本段进行刀补，而正在插补加工的是上一段。CNC系统专门设立了刀补缓冲区CS. Pi+1刀补过程是:Pi r rPi-1rrBS 缓冲寄存器 1CS 刀补缓冲区AS 工作寄存器CS 刀补缓冲区Pi Pi-1Pi-1Pir r rPi-1BS 缓冲寄存器Pi BS 缓冲寄存器CS 刀补缓冲区AS 工作寄存器OS 输出寄存器Pi-1CS 刀补缓冲区PiPi-1AS 工作寄存器OS 输出寄存器Pi-1Pi-1Pi r r rPi-16BS 缓冲寄存器CS 刀补缓冲区AS 工作寄存器OS 输出寄存器Pi+1BS 缓冲寄存器PiPi PiPi-1AS 工作寄存器Pi-1OS 输出寄存器CS 刀补缓冲区Pi+1 Pi+1PiPi-1Pir rPi-1rr二、刀具半径补偿的工作原理编程轨迹建立刀补刀具轨迹中心执行刀补 刀补撤销取消刀补起始点刀补建立刀补进行§3.2.4原理F值计算开环系统采用步进电机作驱动元件,每输入一个脉冲，步进电机就转过一定的角度驱动 坐标轴进给一定距离δ(mm/脉冲),发送给步进电 机的脉冲频率确定坐标轴进给速度F(mm/min)，F与脉冲发送频率的关系如下:F = δ ? f ? 60 (mm/min) F f＝ 即δ ×60获得要求的脉冲发送频率f 的方有： ① 软件延时法LD B，A LOOP：DEC B JR NZ LOOP步进机每步执行的周期Ti由下式决定1≤Ti≤256Ti=t01+Tci?t t01：主程每步插补运算所需时间 Tci：装入A中延时控制字节 (us) 1≤Tci≤256t：每次循环的时间(us)改变Tci即改变Ti，Tci↓，Ti↓，f↑t01越短越好，尽可能使插补程序精炼 Tmin=t01+t (Tci'=1)f max10 ? Ti min?6(看小于额定最高运行频率)1. 延时期间，CPU不能做其它工作。2. 不同的插补算法、插补类型，t01也不相同，这样就增加了软件的复杂性。② 定时中断方法 原理――主机完成插补计算，中断服务子程输出 脉冲，利用CTC作定时器,实现定时中断。CTC计数定时器的工作过程是：将时间常数送减1计数器,计数器减到0时，向 CPU发出中断申请，CPU接收这一申请,就立即 执行中断服务子程。 f→时间常数Tc→减1计数至0→产生中断,执行中断子程§3.3一、管理程序管理程序与诊断程序管理程序主要是对CNC系统的各项数控功能与 零件加工过程的管理。工作流程初始化、接受命令、执行命令、返回待命状态数控功能编辑、自动、空运行、单段手动1、手动2、手动3、二、诊断程序（一）运行中诊断诊断程序常包含在主控程序、中断处理程序等各部分中。接口、伺服系统和机床方面的都包含在CNC装置软件的相应部分。1.用代码和检查内存。2.格式检查。3.双向传送数据检验。4.电压、温度、速度等模拟量监控。（二）停机诊断当系统发生故障或系统开始运行前， 概念 利用诊断程序进行诊断称为停机诊断。商业化的CNC装置多数配有自诊断程序。 诊断时，将自诊断程序装入运行，CNC系 概念 统无故障，检查程序连续进行，不停机。 如发现故障，则停机，从停机地址即可找 到故障部位。自诊断程序包括：内存检查程序、逻辑检查程序、算术检查程序、 接口、外设检查程序、位置控制测试程序，以及 掉电处理检查程序等。对接口电路也可以设立独立诊断程序，就是使接口与外围设备脱离，将某些接口的输出线与另一接口的输入线适当连接，以进行信息传送并进行检查。（三）通讯诊断用户CNC系统经电话线路与诊断中心通讯，由 诊断中心发出诊断程序，指示CNC进行某种运行， 同时收集数据，分析系统的状态。 故障发生时，NC机床操作者打电话给诊断中心， 接通NC系统与诊断系统计算机联系的按钮，中心 计算机把诊断程序送入NC系统，由该程序检验NC机床各单元回路和机构，检验结果自动回送到中心计算机，给操作者提出一整套消除故障的措施。返 回第四节§4.1CNC的软件结构概 述CNC是一个实时的计算机控制系统。数控的基本功能是由各种功能子程序实现的。特 点 1.CNC系统软、硬件的界面介 纸第一种 硬 件输 入插补插 补位 控 硬 件质 带准备软 件介 质 第二种 硬件 第三种 硬件输 入插补准备插 补位 控速 控 测 量电 机软 件 软 件硬 件硬 件2.系统软件的内容及结构类型? 前后台型软件结构? 中断型软件结构3.多任务并行处理输 入 译 码 ↓插 补显示位控刀补位 控↓ 速 度 处 理 诊 断 I/O资源分时共享并行处理初始化 显 示 I/O 处理 插 补 中 断 优 先 级 由 高 到 低诊 断位 控插补 准备输 入键 盘§4.2§4.2.1前后台型的软件结构概 述━前台程序(实时中断服务程序)作 用系统的核心，承担几乎全部实时功能 如插补运算、位置控制、故障诊断。━后台程序(背景程序) 完成插补前的准备工作和调度管理，作 用如显示、插补预处理、程序编辑。前后台运行的相互关系如图所示 中断执行 后台程序 译码 刀补处理 速度预处理 输入/输出 显示. .前台程序 故障处理 位置控制 插补运算. .循环执行§4.2.2后台程序的调度管理功能程序段经过输入译码、数据处理后，已进入就绪状态，等待插补进行。背景程序有一个数据段执行程序， 专门管理数据段的执行。 数据处理后两种信息的传递如图所示： 插补用信息数 据 处 理 程 序数据处理结果缓冲器系 统 工 作 寄 存 器辅 助 信 息数据段执行程序的功能：将数据处理结果缓冲器中的插补用信息传送到 插补缓冲器，并把系统工作寄存器的辅助信息 待送到系统标志单元。在完成了两种传送后，背景程序设立了两个标志：数据段传送结束标志 开放插补标志在一个中断周期，实时中断程序进行插补及伺服输出，背景程序进行下一段的数据处理。正 常 状 态 下 背 景 程 序的 调 度 管 理 功 能 框 图初 始 化N按了启动按钮否？Y输入，译码并进行数据处理循环停处理程序数据段执行程序N零件程序结束否？Y停 机§4.3中断型软件结构一、什么是中断型软件结构 指除了初始化程序外，整个控制程序分成 若干各不同级别的中断服务程序。所有的各 种功能子程序均被安排成级别不同的中断程 序，管理功能主要通过各级中断程序之间的 相互通讯来解决。 二、中断型软件结构的特点实时性好，但模块关系复杂，耦合度大该模式的软件结构如图所示初 始 化 中 断 管 理 系 统(软 件 + 硬 件)0 中 级断 服程 务序1 中 级断 服程 务序2 中 级断 服程 务序? ? ?中 级断 服程 务序 n三、CNC系统的中断类型1.外部中断阅读机中断和外部监控中断 键盘操作面板输入中断插补周期定时中断 2.内部定时中断 位置采样定时中断 3.硬件故障中断：各种硬件故障检测系统发出的中断. 4.程序性中断：程序中出现异常情况的报警中断。§4.4功 能基于实时操作系统的软件结构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、任务间的通讯机制等功能。 优 点 1.弱化功能模块间的耦合关系 2.系统的开放性和科维护性好 3.减少系统开发的工作量§4.5华中Ⅰ型数控系统软件介绍华中Ⅰ型数控系统软件以工业PC和DOS操作系 统为软硬件支持环境，其底层运动控制软件实现 开放，构成开放式的运动平台，提供一个二次开 发环境，能够供不同的数控系统灵活配置、使用， 并提供了一个标准风格的软件界面。 过程层软件相当与前后台型软件结构中的背景 程序，通过NCBIOS把它与底层软件隔开，使得 过程层不依赖于硬件。位置控制 MS-DOS RTM NCBIOS 底层软件 过程层软件 过程控制软件 I/O控制 PLC华中Ⅰ型 SDI 曲面直 软件结构 接插补模块编辑 程序参数 设置位置 显示PLC 管理故障 显示?返 回第五节§5.1一、按硬件制造方分 1.专用型CNC装置 模块化结构CNC硬件系统CNC硬件结构采用功能模块化结构。按功能要求可选用7、 9、11和13个槽的控制单元母板。在控制单元 母板上插入各种不同功能模块的印刷电路板。大板结构组成：由主电路板、PLC板、附加I/O板、图形控制板和电源单元等组成。2.PC式CNC系统 ? 采用工业标准计算机作为CNC系统支撑平台； ? 不同数控制造厂仅需插入自己的控制卡和CNC软件即可构成CNC系统，不设计专门硬件；? 由于工业标准计算机的生产数以白万计，其生产成本很低，继而降低CNC系统的成本。二、按CPU的多少分 1.单机系统其结构框图如图所示CPU总I/O 接 口线CRT 接 口控制 面板EPROM CMOSROMRS-232控制 媒介PC 控 制位置 控 制速度控 制单元机床CRT1).基本概念 整个CNC装置只有一个CPU，集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式实现各种数控功能。 2).特点优 点投资小,结构简单,易于实现。 系统功能受到CPU字长、数据宽度、寻址能缺 点 力和运算速度等因素的限制，现在已被多机 系统的主从结构所取代。2.多机系统多机系统结构如图所示 管理模块 I/O接口 存储器 辅助功能多机系统CNC系统并联数据总线CNC插补|位置控制 模块 | 模块 几何处理 其 他 功 能CPU|输入端|输出端 可编程控制器其他外围设备1).基本概念 整个CNC装置中有两个或两个以上CPU，就是系统中的某些功能模块自身也带有CPU。2).分类 主从结构系统系统种只有一个CPU(主CPU)处于主导地位，对系统资源有控制和使用权，其他CPU处于从 属地位，只能接受主CPU的控制命令或数据， 或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。多主结构系统 整个系统有两个或两个以上的带CPU的功 能部件对系统资源有控制和使用权。模块间 采用紧耦合。 分布式结构系统 整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能 模块，每个模块有独立的运行环境，模块间 采用松耦合。三、单机或主从结构模块的功能介绍1.什么是模块化设计方法： 将控制系统按功能划分成若干种具有独立 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。 2.模块化设计的条件： 总线(BUS)标准化单机或主从结构 的CNC装置硬件结构控制面板系计算机主板计 算 机PLC 模 块机床I/O主轴控制模块统 总 线 （ ）位置控制块1 位置控制块n 功能模块1显 示 卡 多功能卡电 子 盘速度控制单元1 速度控制单元nI/O 设备BUS功能驱动1 功能驱动n功能模块n四、多主结构的CNC装置硬件简介 1.特点 1).实现真正意义上的并行处理，处理速度快。2).容错能力强。2.结构形式 1).共享总线结构 结构简单、系统组配灵活、可靠性高 ? FANUC系统 2).共享存储器结构 ? 美国GE公司的MTC1-CNC系统共享存储器结构CNC装置硬件结构RAM/EPROM EPROM 键盘 RAM512 512RAM EPROM 串口和 收发器 反馈脉冲 和处理显示CPU CTRC CRT中央CPU插补CPU字符 发生器并行接口 模拟量输出 机床接口反馈信号 收发器7360系统的硬件结构键盘 CRT 阅读机 穿孔机 DNC主控 计算机 主控制 面板 辅助控 制面板RAM处理 机前 面板伺服 输出调速 环节 I 位 置 反 馈MR工业 处理机直流开关 输入接口I/O多 路接口 直流电磁 驱动接口 主轴伺服 入出接口 机 床7M系统的硬件结构CRT/MDI操作面板 模块(CPU)通信模块 (CPU)自动编程 模块(CPU)主存储 器模块FANUC通信模块 (CPU) PLC模块 (CPU)BUS位置控制 模块(CPU) 主轴控 制模块I/O单元驱动伺服单元主轴单元§ 5.2一、I/O接口I/O接口及通讯功能1.概述 I/O接口是CNC系统与外界交换信息必不可少 的手段,不同的输入、输出设备与CNC系统相接，采用与其相应的I/O接口电路和接口芯片。2.输入接口：接受机床操作面板的按钮信号及机 床的各种限位开关信号。 3.输出接口：将各种工作状态灯信息送到机床操 作面板,把控制机床动作信号送到强电箱。设备辅助控制接口的硬件逻辑图光离 电器 隔件 系 统 总 线 数 字 接 口 计 数 器 光离 电器 隔件条理电路功率放大开关量 转换计数脉冲 滤波整形脉冲量 转换A/D D/A转换传感元件功率放大模拟量 转换4.分类数字量I/O 工业用I/O 二、通讯接口 作用：主要用于CPU和外设之间，系统和系统模拟量I/O 外设控制器之间的相互通讯。通讯接口板上的接口采用标准接口?如：并行接口IEEE-488,串行接口RS-232C§ 5.3CNC与PLC一.数控机床的强电逻辑控制1.基本概念 是介与数控装置和机床机械、液压部件之间的控制系统。 2.主要作用 接收数控装置输出的住运动变速等指令信 号，经必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，以完成指令所规定的动作。二.可编程逻辑控制器PLC 概述?固态逻辑电子器件的出现提高了系统的稳定性、响应速度，功耗小、寿命长，但仍属于硬线方式。 ?1969年美国数字设备公司研制了PDP－14型PLC器件，填充了继电器逻辑和微处理之间的地带。 ?由于微型计算机的运用和发展，为逻辑控制开辟了广阔的前景，以微处理器为基础的新一代PLC，不仅对传统的数字领域产生了巨大影响，并且对整个计算机辅助制造产生威力。PLC的基本结构外部设备 通讯功能 外 部 供 电 电 源 功 能人机接口 通讯功能操作者 设计人员应的 用执 程行 序 信号处理功能操作系统功能 应用程序存储 数 据 存 储至传感器和执行器的接口功能PLC的典型结构处理器电源 存贮器I/O子系统D/A输出 离散量输出 A/D输入电机、电磁线 圈可控硅、指 示灯等 按纽、限位开 关旋转变压器中央处理器外设接口离散量输入程序 设定器显 示PLC的组成1.PLC微处理器处理器的结构与计算机的CPU结构类似。差别： 一般计算机的数据处理能力强 PLC以逻辑运算为原则设计的,数据处理 能力较弱。运算控制比较简单，指令数 目少，为了用户采用梯形图编程方式。2.I/O子系统 I/O子系统是PLC对外的接口，被控设 备的I/O信号接到相应的I/O组件上。作用完成电信号电平转换、处理器电路与 外界的隔离、数/模和模/数转换以及故障指示等功能。PLC的一般工作原理1.用户根据采用的梯形图编制程序，通过程序设 定器转换为及其指令目的码，在CPU的控制下 进入EPROM只读存储器。梯形图如图CR1 CR2PB1CR3PB12.在启动程序运行后，处理机不断的进行循环 扫描，顺序的从PROM中取相应程序的机器 码，译码执行。PLC的分类 1.内装型PLC1).什么是内装型PLCCNC系统的生产厂家为实现数控机床的顺序 控制，而将CNC和PLC综合起来设计。 2).内装型PLC的特点※ 内装型PLC是CNC装置的一部分，它与CNC中CPU的信息交换是在CNC内部进行的。※ 内装型PLC是CNC不能独立工作，是CNC装置的一个功能模块，是CNC装置功能的扩展。3).带内装型PLC的CNC系统总线结构 扩展设备 驱动器 存储器 PC 操 作 面 板 总线连接 I/O 线 存储器 总 CPU 线 I/O 编辑器 AS511CPU接口 输入设备NC总伺服接口测量回路调节信号4).具有内装型PC的CNC机床系统结构CNC装置 CRT/MDI面板PCI/O 电路机床操作 面板强电电路 主轴速度 控制单元 MNC速度控 制单元5).举例 .在硬件上，内装型PLC与CNC装置共用一个CPU 西门子公司的 SINUMERIK 810、820等数控系统 .在硬件上，内装型PLC也可是单独的CPU♂ FANUC的0系统和15系统♂ 美国A-B公司的8400系统和8600系统 这种PLC的硬件和软件整体结构上合理、实用，性能价格比高，适用于类型变化不大数控机床。2.独立型PLC1).什么是独立型PLC由专业化生产厂家生产的PLC产品来实现 顺序控制，称为独立型PLC。 2).独立型PLC的特点 ※ 独立于CNC装置，具有完备的硬件和软件功能，能够独立完成规定的控制任务。※ 独立型PLC的生产厂家较多，品种、类型丰富，使用户由较大的选择余地。3).具有独立型PLC的CNC机床系统结构CNC装置 PC装置CRT/MDI 面板NCI/O 电 路I/O 电 路PCI/O 电 路机床操作 面板强电电路主轴速度 控制单元M速度控制单元4).主要功能输入/输出信号接口技术规范程序存储容量 预算和控制功能5).举例♀A-B公司的PLC系列产品 ♀ FANUC公司的PMC-J系列产品 ♀西门子公司的SIMATIC S5、S7系列产品 ♀ Canada ? Entertron公司SK-1600PLC系列产品PLC实例 试设计 三相异步电机 正反停控制的 继电器电路X11 X12 X13Zc右图为该设计 的主电路图 y0Fc控制电路ZA TAFCR ZCZCFA FC ZC FCI/O连接图ZA P01 FA P02 TA P03 TA P04 P42 P41 FC ZCPLCCOMCOM上图中：LOAD ORPTA:停止按钮RJ:热继电器FA:反转按钮ZA:正转按钮 ZC、FC:电动机接触器其语句表如右部所示程序运行AND,NOT AND AND,NOT OUT LOAD OR AND,NOT AND ANDNOT OUT ENDP P0 P P PPLC的发展与应用?PLC首先应用于汽车工业，由于适用于逻辑控制，很快被应用到数控机床中,品种剧增，功能愈强。?1973年出现了第二代PLC，在价格上可以与继电器相匹敌，在功能方面增加了加、减、乘、除功能。?TEXAS公司的TI-510内存容量仅0.5K,输入126点， 输出8点，定时器/计数器共16个。?美国A-B公司的PLC-3容量为96K，字长16位，I/O 分别为点，定时器/计数器共达32768个， 68条指令，还具有PID功能。PC的现状和发展方向 高性能CPU过程控 制领域机械控 制领域工程 领域网络 领域工程 领域人机接口 智能化CAM/CAD系统化 网络化三、可编程逻辑控制器PLC与CNC工作过程如下：1.计算机扫描各个输入数据源，获得的数据以表格方式存入存贮器中。2.计算机通过I/O总线向PLC有关的输入数据和控制信息，存入PLC的RAM之中。3.计算机向PLC发送“启动命令”，PLC对启动命令的响应是将其“忙录”标志置1，并启动其程序 计数器。4.上述的过程一直继续到所有的逻辑方式被解出， 即全部的指令被执行。5.当计算机检测到PLC的“完成”标志时，便读出PLC的输出RAM中的内容，并将数据存入存贮器表中。 6.计算机执行另一个输入序列循环，向PLC传递数据，启动PLC。暂存RAM用作中间结果储存，与硬线系统 的继电器等价，是系统内部的媒介信息。带有PLC的CNC框图如图所示输出转换 器电路 系统 计算机 输出转换 器电路 输入/输出 总线 总线连接 器时钟双向数据总线及控制总线PLC处理机PLC存贮器I/O总线接口§5.4CNC装置的显示模块§1分为三种类型： 文字显示概述1.计算机图形显示，从显示器件上显示的内容讲，文字,数字及简单的字符拼凑的简单图形图形显示 可以显示各种线条和各类图形形势显示 更为广泛的一种显示，字符和各种线条、图形,连同某些背景信息在一起的显示。 2.CNC的CRT显示 属于文字显示，CNC的CRT显示的控制结构是小型机或微型机内存中所存放的显示程序和档案。 CRT系统内有缓冲存储器及显示控制器。亦有显示器内带微型机的，成为智能终端。 CNC的显示结构如图1所示CNC的CRT显示原理缓冲 存储器CNC 计 算 机接 口显示 控制器CRTCRT系统3.CRT显示的特点 不仅显示直观，便于修改，而且可以进行 人机对话，是计算机数控中的外围设备。4.显示卡CRT的主要作用?接收来自CPU的控制命令和显示用的数据 ?经与CRT扫描信号调制后，产生CRT显示器所需要的视频信号。?由CRT的电子枪对屏幕进行扫描，从而产 生所需的画面。§2CRT的工作原理屏幕上的如象显示，是利用阴极射线管 中高速电子束的不断扫描来实现的。1.高速电子束撞击荧光屏表面的磷光物，对应位置就出现光点，光点的亮度决定于电子束的强度。 2.为了使电子束能够有规律的从左到右、自上而下地移动，以构成一帧完整幕面，必须加上偏转电路，电子束这种移动称为扫描。3.在电子束扫描过程中，利用图象信号不断控 制电子数的强度，荧光屏上就出现黑白图象。 4.图像信号必须与扫描过程密切配合，否则， 屏幕上就会杂乱无章，不会显示清晰的图像。 同 步 图象信号与扫描过程的密切配合光 栅扫描过程在荧光屏上形成的一行行光点逐行扫描形成帧面的动画逐行扫描形成帧面的示意图 0 第1线 第2线 第3线水平逆程(消隐)水平正程(显示)开始垂直逆程§3显示程序的结构CNC的显示方式的分类 1.加工状态下的CRT显示 包括加工的数据段，加工时尺寸大小，主轴转速，进刀速度及加工状态的显示。2.非加工状态下的CRT显示显示内存中已储存的零件程序，目录表等此时，只需按适当的键盘命令即可进行。§5.5华中Ⅰ型数控系统硬件介绍华中Ⅰ型是我国“八五”科技攻关中开发的高中档数控系统，它由华中理工大学开发完成。华中Ⅰ型在当时PC速度还不是太快的情况下，通过优化软件算法，在PC单处理器上实现了多主轴、 多通道控制及高速加工能力，达到了国外高档多 处理系统的性能。华中Ⅰ型的硬件组成如下图所示它由IPC及功能接口板组成。NC键盘 CPU卡网卡（选用） 软驱/硬盘 CRT/TFT显示BUS PC多功能卡光隔离 输入/输出 4/8/16口 串行通信卡手摇脉冲主轴控制 操作面板X轴伺服 Y轴伺服Z轴伺服M M M返 回第六节§6.1 §1 概述典型CNC系统实例7360系统美国Allen－Bradley公司出品的7360系统 是用来控制车床的计算机数控系统。 ★ 系统的核心是一台字长为16位的小型计算机。 主存储器最小容量为8K，电源为交流115伏， 采用半导体为存储元件，还专门准备了一台蓄电池电源。7360CNC的功能 ? 具备与普通NC系统同样的功能，例如定位 插补、延时、车螺纹、绝对和增量编程等。 ? 进行端面恒速车削，即随着车削半径的增大或减小，主轴的转速相应地降低和增高。 进给的指定方式可以有三种： J用机床滑板每分移动的毫米或时数编程 J用进给速度数FRN编程。FRN=V/DJ主轴每转滑板移动距离代表进给速度§2一、7360的控制面板7360系统的硬件（一）、主控制面板 1.荧光屏（CRT）显示器可显示16行，每行64个字符2.手动数据输入（MDI）操作 可输入、编辑、存储程序的数据 3.其他操纵按钮键盘 CRT 阅读机 穿孔机RAM处理 机前 面板伺服 输出调速 环节 IMR工业 处理机位 置 反 馈7360CNC系 统硬件框图DNC主控 计算机 主控制 面板辅助控 制面板直流开关 输入接口I/O多 路接口直流电磁 驱动接口机 床主轴伺服 入出接口（二）、辅助控制面板 （三）、专为计算机用的控制面板 二、7360系统的接口? ? ? ? ?UPK算术逻辑部件 UPJ控制器插件 UPG存储器插件，每块8K,最多可用4块 UPI控制器接口 UPH存储器接口?UEA外部设备接口三、工业处理机 算术逻辑部件 功能：完成算术运算和逻辑运算，采用TTL中规模集成电路和提前进位方式。 输入部分功能：接受通用外设和专用外部送来的信号。 输 出 部 分 功能：向通用外设和专用外部输出相应的命令。主 存 储 器 采用半导体存储器，用以存储程序、指令和数据， 根据需要可从8K扩充到32K。控 制 部 分 功能：根据指令要求控制各部分使能协调工作。三、工业处理机指令系统共86条指令? ?移位指令20条 存储器访问指令14条? ?输入输出指令23条变换跳步指令19条§2一、概述7360系统的软件美国Allen－Bradley公司的7360系统是 典型的数字采样实时过程控制系统。 二、组成 各种控制功能都被当作任务，编制成为 独立的程序模块，通过系统程序，讲各 功能联系成为一个整体。1、背景程序功能：根据开关命令所确定的系统工作方式，进行任务调度。背景程序的工作方式系统初始化，等待紧停复位 背景 程序 工作方式选择 键盘 服务程序 自动 服务程序 字段 服务程序 手动 服务程序10.24ms实时中断2.中断服务程序(前台程序) 优先级 1 2 3 4 5 中断名称 掉电及电源 恢复自起动 存储奇偶错 阅读机 实时时钟 键盘 主 要 功 能 掉电时显示掉电信息,停止处 理机,电源恢复时显示接电 信息,进入初始化程序 显示出错地址，停止处理机 输入一个字符发生一次中断， 对读入的字符进行处理和储存 位置控制,实时监控和插补 输入一个字符发生一次中断， 对读入的字符进行处理和储存§6.27M 系 统§1概况? 7M系统是一种高精度、高性能的闭环CNC系统 ? NC系统由日本富士康FANUC公司和西门子公司联合设计，于1976年共同研制成功。? 硬件由西门子负责,系统软件由FANUC负责 ? 主要用于控制铣床和加工中心。? 是当时世界上最先进数控系统之一§2CRT/MDI操作面板 模块(CPU)7M系统的硬件通信模块 (CPU)自动编程 模块(CPU)主存储 器模块FANUC通信模块 (CPU) PLC模块 (CPU)BUS位置控制 模块(CPU) 主轴控 制模块I/O单元驱动伺服单元主轴单元一、概述7M是16位字长的微处理机数控系统，是以位电式高速微处理器(CPU)为核心，用数据总线方式与存贮器和各种接口,合成一个完整的数控系统. 二、基本组成包括以下几部分部件 :1、中央处理单元CPU和存贮器 CPU通过内部数据总线与内部存贮器相连接，存 贮器用于存放控制程序,工作参数和工作数据。内 部数据总线经双向缓冲器接到数据总线.2、位置控制器 包括位置控制装置、位置检测装置和脉冲计数器。3、纸带阅读机接口功能 通过数据总线，CPU控制纸带阅读机输入零件程序。4、数控操作面板接口作用:接收数控面板的按键信号。5、输入输出接口 输入接口用作接收机床操作面板的各开关按钮信号和机床的各种开关信号。输出接口用作把机床工作的各种状态灯信送到 机床操作面板，还把控制机床动作的信号送到强 电箱带动相应的电器。 6、外部操作面板接口 功能与数控面板相仿，可以放置在操作者认为方便的地方，以便操作控制数控装置。7、纸带存贮器、穿孔机和电传机接口 功能：存放纸带的零件程序，逐段执行对零件进行加工。 8、CRT接口，控制和显示单元CRT可显示数控程序，数控加工中心的瞬时数据，各种设定参数和故障情况等内容。 9、工程师面板功能:调试7M的测试仪器,用于调试微程序和控制程序,维修时可用来检查故障。§37M系统的软件7M数控装置的软件由22K控制程序,固化在ROM中(三座标两联动系统为20K);4K CRT控制程序； 诊断程序(由专用的诊断纸带输入)组成，整个程序 总体结构简单，功能强，程序精炼严密。1、控制程序控制程序采用中断型软件结构,整个程序就是一个大的多重中断系统,中断一共有八级,0级到7级,0级是最低级,7级是最高级。2、各部分程序简述 1) 初始化程序 每次开机后,首先执行初始化程序,为整个系统的 正常工作做准备,主要完成以下三项工作： ① 对RAM中工作寄存器初始化；② 进行ROM奇偶校验；③ 设置一些加工所需的初始状态。初始化程序执行完后返回到0级中断2)第0级中断(硬件)控制CRT显示,中断请求始终存在,即总是进行 CRT显示,除非有别的级中断请求产生。3)第1级中断(软件、16ms定时)第1级中断按工作内容细分为13个口子,系统采 用依次查询的工作方式来完成第1级中断。4)第2级中断(软件16ms定时)功能:对机床控制台的输入信号处理,NC键盘监控,穿孔机操作处理,强光信号处理和输出信号处理。5)6)第3级中断(硬件、8ms软定时)第4级中断(软件、8ms定时)7)第5级中断(硬或软件&需要时&) 分为三个阶段: ━ 输入代码的有效性判别━ 代码的具体处理━ 结束处理 8) 第6级中断(4ms时钟)完成位置控制,4ms定时计时和存贮器奇偶校验工作。9)第7级中断(硬件)功能：最高级中断, 监控测试台, 进行存贮器数据读、写程序调试处理。 3、零件加工过程举例 新零件的首件一般要先通过空运行来检查编程 是否正确，若有错，要对源程序进行编辑纠正， 重新修改后的程序可穿成纸带以备后用，若编程 正确，即可按照： 开机→纸带输入→加工这一工作过程进行零件加工。返 回第三章习题 第三章 习题3-1 3-2 机床数控系统主要由哪几部分组成？ 计算机数控系统（CNC系统）由哪些部分构成？ 各部分的功能如何？ 3-3 CNC系统中微机的控制功能有哪些？3-43-5CNC系统中微机译码程序功能是什么？工业控制计算机与通用计算机相比，有什么 显著特点？3-6 CNC系统常用的软件插补方法中，有一种是 数据采样法。计算机执行插补程序输出的是数据 而不脉冲。这种方法适用于（）。 ①开环控制系统 ③点位控制系统 ②闭环控制系统 ④连续控制系统3-7 提高CNC系统可靠性,可采取哪些措施？①采用单片机 ③提高时钟频率 ⑤采用光电隔离电路 ②采用双CPU ④采用模块化结构3-8CNC系统中的微机部分，主要由微处理 、 和 三条器（CPU）、内部存储器（RAM和ROM）和 I/O接口电路组成。由 信号线联接。 题型变换：CNC系统中的微机部分，主要由、和组成。由数据总线、地址总线和控制总线三条信号线联接。 3-9 什么叫微处理器、微机、微机系统？3-10 微机I/O接口电路常由哪几部分组成？3-11 CNC中I/O控制通道应具备哪些基本功能？ 3-12 光电隔离电路（如采用达林顿或可探硅输 出型光电耦合器件）的主要作用是什么？ 3-13 试绘出采用软件实现环形分配与采用硬件 环形分配器的步进电机控制通道组成框图。 3-14 CNC系统控制软件主要由哪些部分组成？ 3-15 什么是微机数控系统的模块化设计？ 3-16 采用标准总线模板组成系统时的优缺点有哪些？3-17将一台普通车床改造成经济型数控车床其主电动机仍为手动控制，但方刀架要能自动转位(90°、180°270°、0°)，试用框图表明， 组成一个完整的数控系统需要哪些基本的硬 件电路和设备？3-18机床I/O控制回路中的接口软件是（）①插补程序②系统管理程序③系统的编译程序 ④伺服控制程序3-19在中断型系统软件结构中，各种功能程序被安排成优先级别不同的中断服务程序，下列程 序中被安排成最高级别的应是（）。①CRT显示②伺服系统位置控制 ③插补运算及转段处理 ④译码、刀具中心轨迹计算 3-20 实现控制系统的模块化设计的必要条件是为。而模块化设计工作可归结的选用。3-21目前CNC系统控制软件基本上有两种常用和 。的典型结构，即 3-22微机控制系统的模块化，按照功能，总线标 、 、 以及 等。准模块可分为3-23 CNC系统常用的软件插补方法中，有一种是数据采样法。计算机执行插补程序输出的是数据而不脉冲。这种方法适用于（）。①开环控制系统 ③点位控制系统 ②闭环控制系统 ④连续控制系统1什么叫插补？ 数控装置根据输入的零件程序的信息，将 程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空 间进行数据密化，用一个个输出脉冲把这一 空间填补起来，从而形成要求的轮廓轨迹，这种“数据密化”机能就称为“插补”。2插补器有几种分类方法？可分为哪几类？ 答：有两种分类方法：（1）根据插补器的结构，可分为硬件插补器和软件插补器。（2）根据被插被的曲线，可分为直线插被器、圆弧插补器、抛物线 插被器及高次曲线插被器等，大多数数控 机床只有直线插补器和圆弧插补器。3常用的插补方法有哪些？答：有逐点比较插被法和数字积分插补法。4试述逐点比较法的插补过程。 答：逐步比较插补法是通过逐点比较刀具与所 加工曲线的相对位置，确定刀具的进给方向，以 加工出所需的零件廓形。可以用一个插补循环所 包括的四个节白描述插补过程。 其流程如图所示偏差判别 N进给偏差计算终点判别 Y 加工结束各节拍的功能如下： （1）偏差判别：判断加工点对规定图形的偏离位置，使刀具沿减小偏差的方向进给。（2）进给：按照上面确定的进给方向，以确定的进给量进行，进行加工。 （3）偏差计算：进给一步以后，计算新加工点有 无偏差？即计算新加工点偏离工件廓形的情况。 （4）终点判别：判断是滞到达终点？若没有到达 终点，再回到第一节拍，重新开始一个插补 循环；如到达终点，则停止插补，加工完毕。5偏差函数的作用是什么？答：偏差函数反映了刀具偏离曲线的情况，即偏差函数的正负反映出刀具与曲线的相对位置关系，这种关系是：? F ( x, y ) ? 0 ? ? F ( x, y ) ? 0 ? F ( x, y ) ? 0 ?刀具在曲线上方 刀具在曲线上 刀具在曲线下方能使刀具沿减小偏差的方向进给。6逐点比较法直线插补的偏差函数是如何确定的? 它与刀具位置有何关系？答：偏差函数的确定应该反映出刀具偏离 工件廓形曲线的情况。设工件廓形为斜线OA, 以斜线起点为原点，建立XOY坐标系,OA与X轴 夹角为α 。如加工点为 P1(X1,Y1),P1点在斜 线OA的上方，则 OP1与X轴夹角 α 1,α 1&α ; 加工点 P2(X2,Y2)在斜线 OA下方，则OP2与X 轴α 2,α 2 & α ;故可以用α i和α 的比较来 反映加工偏差，但因计算机无法判断角度的 大小，故需构造一个偏差函数F。如α i&α ，则F=α i-α &0；α i&α ，则F=α i-α = 0。这里，只需知道F的正负，即可判断加工点在斜线 的上方、下方或正好在斜线上，并不需要知道F的数值，因而可以将F数作以下变换yi ya y i x a ? y a xi F? ? ? xi xa xi x aF ? ? i ? ? ? F ? tg? i ? tg?上式中分母恒为正，故分子决定F的正负，故F ? y i x a ? y a xi（偏差函数）7.逐点比较法直线插补时刀具进给方向如何确定？ 偏差值如何计算？ 答：逐点比较法直线插补时，刀具总是沿着 减小偏差的方向进给，即使加工点尽量 靠近工件廓形直线。 题型变换：欲加工第一象限的斜线（起始点在 坐标原点），用逐点比较法直线插补，若偏差 函数大于零，说明加工点在( )。①坐标原点③斜线下方②斜线上方④斜线上方8 逐点比较直线插补时，怎样判断直线是否加工完毕？答：用逐点比较插补法加工直线，插补循环数与刀具沿X、Y轴已走的总步数相等。因此， 直线加工结束的条件为 式中：i ―― 插补循环数； N ―― 刀具沿X、Y轴走的总步数。i=N9 直线的起点坐标在原点O(0，0)，终点A的 坐标为A（9，4）试用逐点比较法对直线 进行插补，并画出插补轨迹。 答： 加工直线OAA点坐标（9，4）插补循环数N=9+4=13，插补运算过程如表所示。脉冲偏差判别方向偏差计算终点差别01 2 F0=0 F1=-4&0 +X +YF0=0F1=F0-ya=0-4=-4 F2=F1+xa=-4+9=5i=0i=0+1=1&N i=1+1=2&N3 45 6F2=5&0 F3=1&0F4=-3&0 F5=6&0+X +X+Y +XF3=F2-ya=5-4=1 F4=F3-ya=1-4=-3F5=F4+xa=-3+9=6 F6=F5-ya=6-4=2i=2+1=3&N i=3+1=4&Ni=4+1=5&N i=5+1=6&N脉冲偏差判别 方向偏差计算终点差别78 9F6=2&0F7=-2&0 F8=7&0+X+Y +XF7=F6-ya=2-4=-2F8=F7+xa=-2=9=7 F9=F8-ya=7-4=3i=6+1=7&Ni=7+1=8&N i=8+1=9&N1011 12F9=3&0F10=-1&0 F11=8&0+X+Y +XF10=F9-ya=3-4=-1F11=F10+xa=1+9=8i=9+1=10&Ni=10+1=11&NF12=F11-ya=8-4=4 i=11+1=12&N13F12=6&0+XF13=F12-ya=4-4=0 i=12+1=13=N10圆弧插补时偏差函数如何定义？它与刀具位置有何关系？答：圆弧AB的圆心是坐标原点0，半径R，加工 点T到圆心的距离和圆弧半径相比较表示偏差。 偏差函数是 F=x? -R? +y?偏差函数和加工点（刀具）位置的关系如下：F&0，即 Rr-R&0，表示刀具在圆外；F=0，即 Rr-R=0，表示刀具在圆上； F&0，即 Rr-R&0，表示刀具在圆内。11数字积分插被法适用于什么场合？答：数字积分插补法不仅可以实现一次、二次甚至高次曲线的插补，而且易于实现多坐标联动控制，只要输入不多几个数据，就 能加工出较为复杂的轮廓曲线，因此DDA 方法已被广泛应用。缺点是：在加工直线 过程中，刀具速度变化范围较大。12插补运算中，DDA法是指( ①比较积分插被法 ②单步追踪插补法 ③数字积分插被法 ④农点比较插被法)答： ③13数字积分法直线插被的被积函数是什么？ 如何判断终点？答：直线插补的被积函数是??tq ? fx ? xa ? ? l ? ? f ? ??tq y ? y l ?式中： xe ,ye ―直线终点A的坐标。为简化，令vΔ tq/l=1 ，则被积函数变成? f x ? xo ? f y ? yo ?14数字积分法圆弧插补的被积函数是什么？ 如何判断终点？答：数字积分法圆弧插补的被积函数为令? f x ? ??tqy / R ? f y ? ??tqx / R ? ??tq ?1 R则被积函数可简化为 式中：x.y――刀具的坐标。? fx ? y ? fy ? x ?15圆弧插补时进给方向如何确定？偏差值如何计算？答：圆弧分顺圆和逆圆两种，圆弧插补时的进给方向是根据圆弧所在象限、顺圆或 逆圆以及加工点位置确定的。每个加工 点的进给方向都要使刀具尽量逼近圆弧。16圆弧插补时，如何差别终点？答：圆弧AB起点 A(xa,ya),终点B(xb,yb), 加工完这段圆弧，刀具在X方向应走的步数 |xb-xa|,在Y方向应走的步数为|yb-ya|，总共走的步数应为N=|xb-xa|+|yb-ya|，当插补循环数i等于总步数N时,i=N, 即到达终点，加工完毕 。17试画出逐点比较法直线插被的程序框图。 初始化xe、ye Y,n=xe+ye, F=0N +y方向走一步F?0？+x方向走一步F← F － Yen-1→n n＝0F ← F + XeN YEnd答：上图是逐点比较法插补第一象限直线的程序框图。插补其它象限的直线时，需修改进给方向和偏差计算公式。图中e是插被循环数，是直线终点坐标。N是加工完直线时刀具沿X、Y轴应进 给的总步数。 在上图中，去掉了偏差函数的下标，并用箭头 代替等号，更符合计算机编程的表示方法。18 若插补器所用寄存器的长度为n位，能插补的最大直线尺寸是直线终点的纵、 横坐标均应小于（）n-1① 2 ③ 2n-1n-2②2 ④2-1 -1n-2答：②19 用逐点比较法插补第二、三、四象限的 直线时，应该如何计算偏差？ 答：将四个象限中直线插补的偏差计算归纳如表所示。 直线所 在象限 SL1,SL3F≥0 进 给 偏差计算Fi+1=Fi-yaF&0 进 给 偏差计算Fi+1=Fi+xa △Y△XSL2,SL4△YFi+1=Fi-xa△XFi+1=Fi+ya3-1机床数控系统主要由哪几部分组成？答：主要由以下几部分组成：零件加工程序 的输入、数据处理(例如数制转换、刀具半径补偿等)、插补计算和伺服机构的控制。3-2计算机数控系统（CNC系统）由哪些部分构成？各部分的功能如何？答：主要由微型计算机、计算机接口电路、 伺服系统及外部输入/输出（I/O）设备组成。 （1）微型计算机：微机是CNC系统的核心， 其主要作用有： ①、输入和存储零件加工程序； ②、计算刀具运动轨迹；③、插补运算；④、伺服系统的控制。(2)计算机接口电路：作用传递和转换计算机与 外界联系的信息，并将计算机与外界隔离，起保护作用。(3)伺服系统：伺服系统是计算机和机床的联系环节，由执行机构和驱动电路、检测装置等组成。(4)外部输入/输出设备：主要包括键盘、显示器、操作控制面板、外部存储设备、光电阅读机和纸带穿孔机等。3-3CNC系统中微机的控制功能有哪些？答：主要包括以下几方面： （1）记忆功能。（2）信息处理功能。（3）内部控制功能。 （4）输入/输出功能。 （5）适应环境的功能。3-4CNC系统中微机译码程序的功能是什么？答：译码程序的功能是将输入的零件轮廓信息、 加工速度及辅助功能进行识别处理。将这引起零件程序翻译成计算机能够识别的代码。3-5 工业控制计算机与通用计算机相比，有什么显著特点？答：根据数控机床的特殊要求，具有两个显著特点：（1）高可靠性：工业生产一般要求CNC系统具有 很强的抗干扰能力，能在比较恶劣的环境中可靠地工作，要求CNC系统具有较高的平均无故障率和很短的修复时间。 （2）编程简单，操作方便。以方便用户使用。3-6 CNC系统常用的软件插补方法中，有一种是数据采样法。计算机执行插补程序输出的是 数据而不脉冲。这种方法适用于（）。 ①开环控制系统 ②闭环控制系统 ③点位控制系统④连续控制系统答：③3-7 提高CNC系统可靠性，可采取哪些措施？ ①采用单片机 ②采用双CPU ③提高时钟频率④采用模块化结构⑤采用光电隔离电路答：④ ⑤3-8CNC系统中的微机部分，需要由微处理器（CPU）、内部存储器（RAM和ROM）和I/O接口电路组成。由联接。、和三条信号线答：数据总线 地址总线 控制总线3-10机床I/O控制部分根据机床与微机之间传送信息形式的不同，I/O控制被划分为、和三种。答：数字量I/O 开关量I/O 模拟量I/O3-9什么叫微处理器、微机、微机系统？答：微处理器是指具有完整的计算机中央处理部件（CPU）功能的一片或少数几片大规模集成电路。微处理器也叫微处理机；微机是指微型计算机，是以微处理机做为CPU的电子计算机，微机除包含微 处理器以外，还必须包含内部存储器（RAM、ROM） I/O接口和系统总线。微机系统是以微机为主体构 成的系统，在这个系统中，除包含微型计算机以外, 还包含计算机外设、系统软件和电源。3-10微机I/O接口电路常由哪几部分组成？答：微机中I/O接口应包括I/O接口硬件电路和软件两方面的内容。根据选用不同的I/O设备或接口芯片，I/O的操作方式不同，因而应用程序亦不可。如入 口地址、接口芯片初始化状态设备、工作方式选择 等。I/O硬件电路主要由地址译码、I/O读写译码和 I/O接口芯片（如数据缓冲器和数据锁存器等）组 成。3-11CNC系统中I/O控制通道应具备哪些基本功能？答:（1）可靠地传递输入输出信息； （2）能进行相应的信息转换（如A/D、D/A、电平转换、数字量转开关量、弱电转换强电等）；（3）阻断干扰信号进入计算机。3-12光电隔离电路（如采用达林顿或可探硅输出型光电耦合器件）的主要作用是什么？ 答：（1）使微机与强电部件不共地， 阻断干扰信号的传导。 （2）可以进行信号电平转换。 （3）提高驱动能力。3-13 试绘出采用软件实现环形分配与采用硬件 环形分配器的步进电机控制通道组成图。微 机输 出 端 口光电隔离电路 光电隔离电路 光电隔离电路A相放大电路AB 步进 B相放大电路 电机 CC相放大电路 A相放大电路输 出 端 口光电隔离电路光电隔离电路环 形 分 配 器AB 步进 B相放大电路 电机 CC相放大电路3-14 CNC系统控制软件主要由哪些部分组成？答：主要由以下七部分组成。 （1）系统管理程序； （2）零件加工源程序的输入、输出设备的管理程序； （3）机床手动控制程序； （4）系统的编译程序； （5）插补程序；（6）伺服控制开关量控制程序；（7）系统自检程序。3-15什么是微机数控系统的模块化设计？答：模块化设计方法是把控制根据功能划分成 具有一种或几种独立功能的单元模板，组成一个模块网络，配上相应的控制软件，组成一个完整的控制系统。3-16采用标准总线模板组成系统时的优缺点有哪些？答：其优点是： （1）提高设计效率，缩短设计、制造周期； （2）提高系统的可靠性；（3）便于调试和维修 （4）能适应技术发展需要;（5）经济上合理。其缺点是： （1）系统硬件模块化，增强了许多插接环节，在有 振动的情况下，易出现故障； （2）插接件之间有接触电阻，在不利工作环境下工 作时，会出现腐蚀损坏； （3）标准化模板会对某些用户有不需要的多余功能， 而使系统的成本提高。3-17 将一台普通车床改造成经济型数控车床其主电动机仍为手动控制，但方刀架要能自动转位(90°、180°、270°、0°)试用框图表明，组成一个完整的数控系统需要哪些基本的硬件电路和设备？答：如下图所示。PA0PA1 16题 光电 答案 隔离PA2PA3环形 分配器 环形 分配器 功率 放大器功率 放大器Z向步 进电机微 处 理 机光电 隔离 光电 隔离 PC口 LED功率 放大器交流 控制x向步 进电机交流 电机I/O PA4 接 口PB口 PC口到位信号刀架 回转键盘3-18机床I/O控制回路中的接口软件是（）。①插补程序②系统管理程序 ③系统的编译程序 ④伺服控制程序答：④3-19在中断型系统软件结构中，各种功能程序被安排成优先级别不同的中断服务程序，下列程序中被安排成最高级别的应是（）。 ①CRT显示 ②伺服系统位置控制 ③插补运算及转段处理 ④译码、刀具中心轨迹计算答：②3-20实现控制系统的模块化设计的必要条件是 可归结为 。而模块化设计工作 的选用。答：总线的标准化 功能模块3-21 目前CNC系统控制软件基本上有两种常用的典型结构，即 和 。答：前后台型 中断型3-22及微机控制系统的模块化，按照功能，、 、 以 等。总线标准模块可分为答： CUP模板 存储器板 I/O模板 专用模板3-23 CNC系统常用的软件插补方法中，有一种是数据采样法。计算机执行插补程序输出的是数据而不脉冲。这种方法适用于（）。①开环控制系统②闭环控制系统 ③点位控制系统 ④连续控制系统答：③
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