CNC系统的软件结构【方案】.ppt
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CNC装置的软件结构
CNC装置的软件结构1、CNC系统软件体系结构与软硬件界面现代数控系统是由硬件和软件共同组成的专用实时多任务计算机系统；CNC系统硬件（裸机）为软件的运行供应支持环境；数控系统的很多重要功能通过软件实现，分为管理软件和应用软件2类。
软件和硬件在规律上存在等价性；由硬件完成的工作，原则上也可以由软件完成；现代数控系统软件和硬件的关系不固定；硬件执行速度快，专用性强；软件执行速度慢，适应性强。
依据计算机运算速度、数控加工任务所要求的掌握精度、插补算法的运算时间及性能价格比等综合因素，确定CNC系统软件硬件设计方案。
典型软件硬件界面主要区分：“插补”和“位控”部分由硬件还是由软件实现。
2、CNC系统软件的工作过程CNC系统的工作是在硬件的支持下执行软件的全过程（输入、译码、数据处理、插补、位置掌握和诊断等过程）。
主要包括两部分信息的处理：机床的规律功能信息；零件加工程序的坐标掌握信息。
1）输入输入内容：零件程序、掌握参数和补偿数据。
输入方式：磁盘输入、光盘输入、键盘输入、通讯接口输入及连接上位计算机的DNC接口输入。
2）译码以一个程序段为单位，依据肯定的语法规章解释、翻译成计算机能够识别的数据形式，并以肯定的数据格式存放在指定的内存专用区内。
包括刀具补偿和速度掌握处理。
（1）刀具半径补偿处理刀补处理的主要工作：依据G90/G91计算零件轮廓的终点坐标值；依据R和G41/42，计算本段刀具中心轨迹的终点坐标值；依据本段与前段连接关系，进行段间连接处理。
（2）速度掌握处理加工程序给定的进给速度是合成速度，无法直接掌握。
速度处理要做的工作是依据合成速度来计算各运动坐标的分速度。
开环系统：通过掌握向步进电机输出脉冲的频率来实现。
速度计算的方法是依据程编的F值来确定该频率值。
半闭环和闭环系统：采纳数据采样方法进行插补加工，速度计算是依据程编的F值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮廓步长。
4）插补通过插补计算程序在一条曲线的已知起点和终点之间进行“数据点的密化工作”。
CNC数控系统的基本结构
△Li=F△t (i=1，2，…)
则当t→0时，折线段之和接近曲线L,即
当F为常数时，由于△ t对于一个数控系统而言恒为常数， 故△Li的长度也为常数，只不过其斜率与在L上的位置有关。
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第一节 概述
2.插补运算 在计算出△Li后，必须将其分解为x轴及Y轴移动分量△xi
另一方面，CNC系统的硬件和软件大多是采用模块化的结 构，使系统的扩充、扩展变得较方便和灵活。不仅如此，按 模块化方法组成的CNC系统基本配置部分(软件和硬件)是通 用的，不同的数控机床(如车床、铣床、磨床、加工中心、 特殊机床)只要配置相应的功能模块(软件和硬件)，就可满足 这些机床的特定控制功能。这种通用性对数控机床的培训、 学习以及维护维修也是相当方便的。
LCD(液晶显示屏)，通过软件可实现字符和图形的显示，以 方便用户的操作和使用。在CNC系统中这类功能有:菜单结 构的操作界面;零件加工程序的编辑环境;系统和机床参数、 状态、故障信息的显示、查询或修改画面等。
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第一节 概述
四、CNC系统的主要优点
1.数控功能丰富 由于CNC系统中的计算机具有较强的计算能力，因此，使
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第一节 概述
9.主轴功能 数控系统的主轴的控制功能，主要有以下几种: ·切削速度(主轴转速):刀具切削点切削速度的控制功能，
单位为m/min (r/min); .恒线速度控制:刀具切削点的切削速度为恒速控制的功能，
如端面车削的恒速控制;
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第一节 概述
4.灵活性和通用性 与早期的硬线数控系统相比，CNC系统在功能的修改和扩
数控课件——CNC系统结构及方法
1 CNC系统的结构及组成
二、CNC系统软件
3. 速度控制程序
目的是控制脉冲分配的速度，与插补计算方法有 关；速度突变时，自动进行加减速控制。
➢速度控制的常用方法 软件方法 硬件定时器
1 CNC系统的结构及组成
二、CNC系统软件
4. 系统管理程序
对各功能程序进行调度，是整个系统协调工作。
5. 诊断程序
CNC系统软件结构及控制
二、CNC系统的控制软件结构特点
2. 实时中断处理
满足时实性和多任务的要求，中断结构决定了系 统软件结构
外部中断 内部定时器中断 硬件故障中断 程序性中断
3 CNC系统软件结构及控制
三、CNC系统的控制软件及其工作过程
输入、译码、预计算、插补计算、输出、管理与诊断
1. 输入
3 CNC系统软件结构及控制
控制
译码 刀补 速度处理 插补 位置控制
初始化
显示
诊断
I/O
插补 输入 准备
插补 位控 键盘
中断 优先 级从 高到 低
3 CNC系统软件结构及控制
二、CNC系统的控制软件结构特点
1. 多任务并行处理
并行处理 指计算机在同一时间内完成两种或两种或两
种以上相同性质或性质不同的工作 多CPU、串——并转换 资源分时共享 资源重叠流水处理
CNC系统结构及方法
CNC系统组成及特点 计算机数控系统硬件结构 CNC系统软件结构及控制 CNC系统常见外设及接口 CNC系统实例
1 CNC系统的结构及组成
一、CNC系统的定义及结构
➢ 定义
CNC是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算 机内的控制程序去执行数控装置的一部分或全部功能， 在计算机之外的唯一装置是接口。
CNC系统的软件结构ppt课件
1
第3章 计算机数控系统
CNC装置的许多控制任务，如零件程序的输入与译码、刀
具半径的补偿、插补运算、位置控制以及精度补偿等。从逻辑
上讲，这些任务可看成是一个个的功能模块， 模块之间存在
耦合关系；从时间上来讲，各功能模块之间存在一个时序配合。
在许多情况下，某些功能模块必须同时运行， 同时运行的模
块是由具体的加工控制要求所决定。例如，在加工零件的同时，
10
第3章 计算机数控系统 2） 并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两 种或两种以上性质相同或不同的工作。 并行处理的优点能提高 运行速度。在单CPU的CNC装置中，主要采用CPU分时共享的 原则来解决多任务的同时运行。各任务何时占用CPU及各任务 占用CPU时间的长短，是首先要解决的两个时间分配问题。 在 CNC装置中，各任务占用CPU使用循环轮流和中断优先相结合 的办法来解决。图3-15是一个典型的CNC装置各任务分享CPU的 时间分配图
5
第3章 计算机数控系统
图 3-13 三种典型的软、 硬件界面关系
6
第3章 计算机数控系统
2． 系统软件的内容及结构类型 CNC系统是一个专用的实时多任务系统，CNC装置通常作为 一个独立的过程控制单元用于工业自动化生产中。 因此，它 的系统软件包括管理和控制两大部分，如图3-14所示。管理部 分包括输入、I／O处理、通信、显示、诊断以及加工程序的编 制管理等程序； 控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、 插补和位置控制等软件。数控的基本功能由这些功能子程序实 现。 这是任何一个计算机数控系统所必须具备的，功能增加， 自程序就增加。
的并行处理关系如图3-12所示，具有并行处理的两模块之间用
双向箭头表示。
2
第3章 计算机数控系统
CNC装置的许多控制任务，如零件程序的输入与译码、刀
具半径的补偿、插补运算、位置控制以及精度补偿等。从逻辑
上讲，这些任务可看成是一个个的功能模块， 模块之间存在
耦合关系；从时间上来讲，各功能模块之间存在一个时序配合。
在许多情况下，某些功能模块必须同时运行， 同时运行的模
块是由具体的加工控制要求所决定。例如，在加工零件的同时，
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第3章 计算机数控系统 2） 并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两 种或两种以上性质相同或不同的工作。 并行处理的优点能提高 运行速度。在单CPU的CNC装置中，主要采用CPU分时共享的 原则来解决多任务的同时运行。各任务何时占用CPU及各任务 占用CPU时间的长短，是首先要解决的两个时间分配问题。 在 CNC装置中，各任务占用CPU使用循环轮流和中断优先相结合 的办法来解决。图3-15是一个典型的CNC装置各任务分享CPU的 时间分配图
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第3章 计算机数控系统
图 3-13 三种典型的软、 硬件界面关系
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第3章 计算机数控系统
2． 系统软件的内容及结构类型 CNC系统是一个专用的实时多任务系统，CNC装置通常作为 一个独立的过程控制单元用于工业自动化生产中。 因此，它 的系统软件包括管理和控制两大部分，如图3-14所示。管理部 分包括输入、I／O处理、通信、显示、诊断以及加工程序的编 制管理等程序； 控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、 插补和位置控制等软件。数控的基本功能由这些功能子程序实 现。 这是任何一个计算机数控系统所必须具备的，功能增加， 自程序就增加。
的并行处理关系如图3-12所示，具有并行处理的两模块之间用
双向箭头表示。
2
CNC系统的软件结构
网络化
通过网络连接，实现多台 CNC系统的协同作业，提 高生产线的整体效率。
绿色环保
注重节能减排，采用新型 加工技术和环保材料，降 低生产过程中的环境污染 。
02
CNC系统的硬件结构
数控机床的结构
机械本体
包括床身、主轴、进给系统、 刀具系统等。
数控系统
数控装置、可编程控制器（PLC） 、主轴驱动系统、进给伺服系统等 。
数据管理：CNC系统可以存储和管理加 工数据，方便对生产过程进行监控和优 化。
故障诊断与排除：CNC系统具有故障自 诊断功能，能够快速定位并排除故障。
功能
加工过程控制：CNC系统可以控制机床 的运动轨迹，实现复杂零件的加工。
CNC系统的发展趋势
01
02
03
智能化
未来的CNC系统将更加智 能化，能够自适应调整加 工参数，提高加工效率和 精度。
输入输出设备与接口
输入设备
键盘、鼠标、触摸屏等，用于输 入数控代码、手动数据输入等。
输出设备
显示器、打印机等，用于显示机 床运行状态、加工过程等信息。
接口
包括与外部设备的接口，如计算 机接口、网络接口等，以及与机 床各个部件的接口，如伺服驱动
接口、变频器接口等。
03
CNC系统的软件结构
系统软件
操作系统
提供基本的系统功能，如进程管理、内存管 理、文件系统管理等。
网络通信软件
实现CNC系统与其他设备之间的数据交换和 通信。
数据库管理系统
用于存储和管理CNC系统的数据，包括机床 参数、加工工艺参数等。
设备驱动程序
与硬件设备交互，实现CNC系统的控制和监 测功能。
应用软件
CNC装置的软件结构
另一种是由程序产生的中断信号，称为软件中断，这是由2ms的实 时时钟在软件中分频得出的（如第2，3，5级）。硬件中断请求又称 作外中断，要接受中断控制器（如Intel8259A）的统一管理，由中断 控制器进行优先排队和嵌套处理；而软件中断是由软件中断指令产生 的中断，每出现4次2ms时钟中断时，产生第5级8ms软件中断，每出 现8次2ms时钟中断时，分别产生第3级和第2级16ms软件中断，各 软件中断的优先顺序由程序决定。因为软件中断有既不使用中断控制 器，也不能被屏蔽的特点，因此为了将软件中断的优先级嵌入硬件中 断的优先级中，在软件中断服务程序的开始，要通过改变屏蔽优先级 比其低的中断软件中断返回前，再恢复初始屏蔽状态。
2
工作方式选择及预处理
16ms软件定时
3
PLC控制，M、S、T处理
16ms软件定时
4 参数、变量、数据储存器控制
硬件DMA
5
插补运算，位置控制，补偿
8ms软件定时
6
监控和急停信号，定时2、3、 5
2 ms软件定时
7 ARS键盘输入及RS232C输入
硬件随机
8
纸带阅读机
硬件随机
9
报警
串行传送报警
10
RAN校验，电源断开
功能说明 主要完成数据输入和零件加工程序的编辑 单端工作方式是加工工作方式，在加工完成一个程序段后停顿， 等待执行下一步
用来处理坐标轴的点动和机床回原点的操作 自动工作方式也是加工工作方式，在加工一个程序段后不停顿，直到整个 零件程序执行完毕为止
图3-14 背景程序结构 图3-14 背景程序结构
加工工作方式在背景程序中处于主导地位。在操作前的准备工作（如由键盘方式 调出零件程序、由手动方式使刀架回到机床原点）完成后，一般便进入加工方式。 在加工工作方式下，背景程序要完成程序段的读入、译码和数据处理（如刀具补偿） 等插补前的准备工作，如此逐个程序段的进行处理，直到整个零件程序执行完毕为 止。自动循环工作方式如图3-15所示。在正常情况下，背景程序在1→2→3→4中 循环。 实时中断服务程序是系统的核心。实时控制的任务包括位置伺服、面板扫描、PLC 控制、实时诊断和插补。在实时中断服务程序中，各种程序按优先级排队，按时间 先后顺序执行。每次中断有严格的最大运行时间限制，如果前一次中断尚未完成， 又发生了新的中断，说明发生服务重叠，系统进入“急停”状态。实时中断服务程 序流程如图3-16所示。 前台后软件结构的特点：前台程序是一个中断服务程序，用以完成全部的实时功能； 后台程序是一个循环运行程序，管理软件和插补准备在这里完成。后台程序运行时， 实时中断程序不断插入，前后台程序相配合，共同完成零件的加工任务。 前台后软件结构的缺点是程序模块间依赖关系复杂，功能扩展困难，程序运行时资 源不能合理协调。例如，当插补运算没有数据时，而后台程序正在运行图形显示， 使插补处于等待状态，只有当图形显示处理完后，CPU才有时间进行插补准备，向 插补缓冲区写数据时会产生停滞。
CNC培训PPT课件
利用仿真软件对每个案例的加工过程进行 模拟，展示加工过程中的动态效果，加深 学员对加工过程的理解。
针对模拟过程中出现的问题，提供相应的 解决方案和优化措施，帮助学员掌握实际 加工中可能遇到的问题及应对方法。
学员自主设计零件加工流程体验
设计任务布置
给学员布置自主设计零件加工 流程的任务，要求学员根据所 学知识，独立完成零件的加工
M代码编程
M代码是CNC机床编程中用于控制机床辅助功能的语言，如换刀、冷却液开关等。M代码 通常与G代码配合使用，实现完整的加工过程控制。
选用建议
根据加工需求和机床型号选择合适的编程语言。对于初学者和简单加工需求，建议选用G 代码编程；对于高级用户和复杂加工需求，可以考虑使用更高级的编程语言，如 Heidenhain、Siemens等。
表达对CNC技术未来职业发展的期望和计划，如不ANKS.
切削用量选择方法
通过试验和经验公式，结合机床性能、刀具耐用度和加工效率等因素，确定最佳 切削用量组合。
刀具选用、磨损和寿命管理策略分享
刀具选用原则
根据工件材料、加工要求和机床 性能，选用合适的刀具材料、结 构和几何参数，以确保加工质量
和刀具耐用度。
刀具磨损管理
通过定期检测刀具磨损情况，及时 更换或修磨刀具，避免因刀具磨损 导致的加工质量问题和机床故障。
设备维护与保养知
05
识普及
设备日常检查项目清单提供
电气系统检查
检查电气线路、开 关、指示灯等是否 正常。
切削液系统检查
检查切削液的浓度 、PH值及有无杂质 。
设备外观检查
确认设备外观是否 完好，有无损坏或 变形。
液压系统检查
检查液压油的油位 、油质及有无泄漏 。
计算机数控装置PPT课件
选择功能
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13
3.2 CNC装置的硬件结构
CNC装置硬件结构类型 单机或主从结构模块的功能介绍 多主结构的CNC装置硬件简介
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14
CNC装置硬件结构类型
按印刷线路板的结构 分
– All-In-One式结构 – 多功能模块式结构
按微处理器的个数分
– 单处理器式 – 多处理器式
按制造方式分
– 该平台提供CNC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
计和开发。
.
8
CNC装置的组成和工作原理
数控加工程序
应用软件
控制软件
管理软件 操作系统
硬件
被控设备
接
口
机床 机器人
测量机
......
CNC装置. 的系统平台
9
三、CNC装置的工作过程
通过各种输入方式，接受机床加工零件 的各种数据信息，经过CNC装置译码， 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 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 制，使各个坐标轴能精确地走到所要求 的位置。
.
11
CNC装置的优点
灵活性和通用性
– 功能的修改和扩充、实用性方面
功能丰富
– 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）
可靠性高 使用维护方便 易于实现机电一体化
.
12
CNC装置的功能
基本功能
– 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 具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自 诊断功能、通信功能
第三章 计算机数控装置
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3.2 CNC装置的硬件结构
CNC装置硬件结构类型 单机或主从结构模块的功能介绍 多主结构的CNC装置硬件简介
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14
CNC装置硬件结构类型
按印刷线路板的结构 分
– All-In-One式结构 – 多功能模块式结构
按微处理器的个数分
– 单处理器式 – 多处理器式
按制造方式分
– 该平台提供CNC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
计和开发。
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8
CNC装置的组成和工作原理
数控加工程序
应用软件
控制软件
管理软件 操作系统
硬件
被控设备
接
口
机床 机器人
测量机
......
CNC装置. 的系统平台
9
三、CNC装置的工作过程
通过各种输入方式，接受机床加工零件 的各种数据信息，经过CNC装置译码， 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 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 制，使各个坐标轴能精确地走到所要求 的位置。
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CNC装置的优点
灵活性和通用性
– 功能的修改和扩充、实用性方面
功能丰富
– 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）
可靠性高 使用维护方便 易于实现机电一体化
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CNC装置的功能
基本功能
– 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 具管理功能、补偿功能、人机对话功能、自 诊断功能、通信功能
第三章 计算机数控装置
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精选
第3章 计算机数控系统
图 3-14 CNC装置软件任务分解
精选
第3章 计算机数控系统 不同的系统软件结构中对这些子程序的安排方式不同， 管理方式亦不同。在单微处理器数控系统中，常采用前后台型 的软件结构和中断型的软件结构。在多微处理器数控系统中将 微处理器作为一个功能单元利用上面的思想构成相应的软件结 构类型，各个CPU分别承担一定的任务，它们之间的通信依靠 共享总线和共享存储器进行协调。在子系统较多时，也可采用 相互通信的方法。无论何种类型的结构，CNC装置的软件结构 都具有多任务并行处理和多重实时中断的特点。
精选
第3章 计算机数控系统
3．
1） CNC
数控加工时，CNC装置要完成许多任务，图3-14反映了它 的多任务性。在多数情况下，管理和控制的某些工作必须同 时进行。例如，为使操作人员能及时来了解CNC装置的工作状 态，显示模块必须与控制软件同时运行；当在插补加工运行 时，管理软件中的零件程序输入模块必须与控制软件同时运 行。而当控制软件运行时，其本身的一些处理模块也必须同 时运行，例如，为了保证加工过程的连续性，即刀具在各程 序之间不停刀，译码、刀具补偿和速度处理模块必须与插补 模块同时运行，而插补程序又必须与位置控制程序同时进行。
1） CNC
CNC系统有外部中断、 内部定时中断、 硬件故障中断和 程序性中断等几种类型。
精选
第3章 计算机数控系统
(1) 外部中断主要有光电阅读机中断、外部监控中断（如 紧急停、量仪到位等）和键盘、操作面板输入中断。前两种中 断的实时性要求很高，将它们放在较高的优先级上。
要求CNC装置能显示其工作状态，如零件程序的执行过程、参
数变化和刀具运动轨迹等，以方便操作者。 这时，在控制软
件运行时管理软件中的显示模块也必须同时运行；在控制软件
运行过程中，其本身的一些功能也必须同时运行。为使刀具运
行连续进行， 在各程序段之间无停顿， 则要求译码、刀具补
偿和速度处理必须与插补同时进行。CNC装置各功能模块之间
精选
第3章 计算机数控系统 2） 并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两 种或两种以上性质相同或不同的工作。 并行处理的优点能提高 运行速度。在单CPU的CNC装置中，主要采用CPU分时共享的 原则来解决多任务的同时运行。各任务何时占用CPU及各任务 占用CPU时间的长短，是首先要解决的两个时间分配问题。 在 CNC装置中，各任务占用CPU使用循环轮流和中断优先相结合 的办法来解决。图3-15是一个典型的CNC装置各任务分享CPU的 时间分配图
精选
第3章 计算机数控系统 在现代CNC装置中，软件和硬件的界面关系是固定的。 早期的NC装置中，数控系统的全部功能都由硬件来实现，随 着计算机技术的发展，计算机参与了数控系统的工作，构成 了计算机数控（CNC）系统，数控工作便由软件来完成。随着 产品、功能要求的不同，软件和硬件界面是不一样的，三种 典型CNC装置的软、 硬件界面关系如图3-13所示。
精选
第3章 计算机数控系统 图 3-13 三种典型精的选 软、 硬件界面关系
第3章 计算机数控系统
2． 系统软件的内容及结构类型 CNC系统是一个专用的实时多任务系统，CNC装置通常作为 一个独立的过程控制单元用于工业自动化生产中。 因此，它 的系统软件包括管理和控制两大部分，如图3-14所示。管理部 分包括输入、I／O处理、通信、显示、诊断以及加工程序的编 制管理等程序； 控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、 插补和位置控制等软件。数控的基本功能由这些功能子程序实 现。 这是任何一个计算机数控系统所必须具备的，功能增加， 自程序就增加。
的并行处理关系如图3-12所示，具有并行处理的两模块ห้องสมุดไป่ตู้间用
双向箭头表示。
精选
第3章 计算机数控系统
图 3-12 并行处理关系
精选
第3章 计算机数控系统 3.2.2 CNC
1． CNC装置软件、 CNC装置的软件结构取决于软件和硬件的分工，也取决于 软件本身的工作性质。硬件为软件运行提供了支持环境。软件 和硬件在逻辑上是等价的，由硬件能完成的工作原则上也可以 由软件完成。硬件处理速度快， 但造价高， 软件设计灵活， 适应性强，但处理速度慢。所以，在CNC装置中，软、硬件的 分工是由性价比决定的。
第3章 计算机数控系统
3.2CNC系统的软件结构
3.2.1 CNC系统软件概述 CNC系统是一个典型而又复杂的实时控制系统， 能对信息
作出快速处理和响应。一个实时控制系统包括受控系统和控制 系统两大部分。受控系统由硬件设备组成，如电机及其驱动； 控制系统（在此为CNC装置）由软件及其支持硬件组成， 共同 完成数控的基本功能。
精选
第3章 计算机数控系统
CNC装置的许多控制任务，如零件程序的输入与译码、刀
具半径的补偿、插补运算、位置控制以及精度补偿等。从逻辑
上讲，这些任务可看成是一个个的功能模块， 模块之间存在
耦合关系；从时间上来讲，各功能模块之间存在一个时序配合。
在许多情况下，某些功能模块必须同时运行， 同时运行的模
块是由具体的加工控制要求所决定。例如，在加工零件的同时，
精选
第3章 计算机数控系统
4． 实时中断处理
CNC系统软件结构的另一个特点是实时中断处理。CNC系统 程序以零件加工为对象，每个程序有许多子程序，它们按预定 的顺序反复执行，各步骤间关系十分密切， 有许多子程序实 时性很强，这就决定了中断成为整个系统不可少的重要组成部 分。CNC系统的中断管理主要靠硬件完成， 而系统的终端结构 决定了软件结构。
精选
第3章 计算机数控系统
图3-15 CNC装置分时共享CPU的时间分配
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第3章 计算机数控系统
在完成初始化任务后，系统自动进入时间分配循环中， 在循环中依次轮流处理各任务。而对系统中一些实时性很强的 任务则按优先级排队，分别处于不同中断优先级上作为环外任 务，环外任务可以随时中断环内任务的执行。每个任务允许占 用CPU的时间受到一定的限制，对于某些占有CPU时间较多的任 务，如插补准备（包括译码、刀具半径补偿和速度处理等）可 以在其中的某些地方设置断点，当程序运行到断点处时，自动 让出CPU， 等到下一个运行时间里自动跳到断点处继续执行。
第3章 计算机数控系统
图 3-14 CNC装置软件任务分解
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第3章 计算机数控系统 不同的系统软件结构中对这些子程序的安排方式不同， 管理方式亦不同。在单微处理器数控系统中，常采用前后台型 的软件结构和中断型的软件结构。在多微处理器数控系统中将 微处理器作为一个功能单元利用上面的思想构成相应的软件结 构类型，各个CPU分别承担一定的任务，它们之间的通信依靠 共享总线和共享存储器进行协调。在子系统较多时，也可采用 相互通信的方法。无论何种类型的结构，CNC装置的软件结构 都具有多任务并行处理和多重实时中断的特点。
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第3章 计算机数控系统
3．
1） CNC
数控加工时，CNC装置要完成许多任务，图3-14反映了它 的多任务性。在多数情况下，管理和控制的某些工作必须同 时进行。例如，为使操作人员能及时来了解CNC装置的工作状 态，显示模块必须与控制软件同时运行；当在插补加工运行 时，管理软件中的零件程序输入模块必须与控制软件同时运 行。而当控制软件运行时，其本身的一些处理模块也必须同 时运行，例如，为了保证加工过程的连续性，即刀具在各程 序之间不停刀，译码、刀具补偿和速度处理模块必须与插补 模块同时运行，而插补程序又必须与位置控制程序同时进行。
1） CNC
CNC系统有外部中断、 内部定时中断、 硬件故障中断和 程序性中断等几种类型。
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第3章 计算机数控系统
(1) 外部中断主要有光电阅读机中断、外部监控中断（如 紧急停、量仪到位等）和键盘、操作面板输入中断。前两种中 断的实时性要求很高，将它们放在较高的优先级上。
要求CNC装置能显示其工作状态，如零件程序的执行过程、参
数变化和刀具运动轨迹等，以方便操作者。 这时，在控制软
件运行时管理软件中的显示模块也必须同时运行；在控制软件
运行过程中，其本身的一些功能也必须同时运行。为使刀具运
行连续进行， 在各程序段之间无停顿， 则要求译码、刀具补
偿和速度处理必须与插补同时进行。CNC装置各功能模块之间
精选
第3章 计算机数控系统 2） 并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两 种或两种以上性质相同或不同的工作。 并行处理的优点能提高 运行速度。在单CPU的CNC装置中，主要采用CPU分时共享的 原则来解决多任务的同时运行。各任务何时占用CPU及各任务 占用CPU时间的长短，是首先要解决的两个时间分配问题。 在 CNC装置中，各任务占用CPU使用循环轮流和中断优先相结合 的办法来解决。图3-15是一个典型的CNC装置各任务分享CPU的 时间分配图
精选
第3章 计算机数控系统 在现代CNC装置中，软件和硬件的界面关系是固定的。 早期的NC装置中，数控系统的全部功能都由硬件来实现，随 着计算机技术的发展，计算机参与了数控系统的工作，构成 了计算机数控（CNC）系统，数控工作便由软件来完成。随着 产品、功能要求的不同，软件和硬件界面是不一样的，三种 典型CNC装置的软、 硬件界面关系如图3-13所示。
精选
第3章 计算机数控系统 图 3-13 三种典型精的选 软、 硬件界面关系
第3章 计算机数控系统
2． 系统软件的内容及结构类型 CNC系统是一个专用的实时多任务系统，CNC装置通常作为 一个独立的过程控制单元用于工业自动化生产中。 因此，它 的系统软件包括管理和控制两大部分，如图3-14所示。管理部 分包括输入、I／O处理、通信、显示、诊断以及加工程序的编 制管理等程序； 控制部分包括译码、刀具补偿、速度处理、 插补和位置控制等软件。数控的基本功能由这些功能子程序实 现。 这是任何一个计算机数控系统所必须具备的，功能增加， 自程序就增加。
的并行处理关系如图3-12所示，具有并行处理的两模块ห้องสมุดไป่ตู้间用
双向箭头表示。
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图 3-12 并行处理关系
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第3章 计算机数控系统 3.2.2 CNC
1． CNC装置软件、 CNC装置的软件结构取决于软件和硬件的分工，也取决于 软件本身的工作性质。硬件为软件运行提供了支持环境。软件 和硬件在逻辑上是等价的，由硬件能完成的工作原则上也可以 由软件完成。硬件处理速度快， 但造价高， 软件设计灵活， 适应性强，但处理速度慢。所以，在CNC装置中，软、硬件的 分工是由性价比决定的。
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3.2CNC系统的软件结构
3.2.1 CNC系统软件概述 CNC系统是一个典型而又复杂的实时控制系统， 能对信息
作出快速处理和响应。一个实时控制系统包括受控系统和控制 系统两大部分。受控系统由硬件设备组成，如电机及其驱动； 控制系统（在此为CNC装置）由软件及其支持硬件组成， 共同 完成数控的基本功能。
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CNC装置的许多控制任务，如零件程序的输入与译码、刀
具半径的补偿、插补运算、位置控制以及精度补偿等。从逻辑
上讲，这些任务可看成是一个个的功能模块， 模块之间存在
耦合关系；从时间上来讲，各功能模块之间存在一个时序配合。
在许多情况下，某些功能模块必须同时运行， 同时运行的模
块是由具体的加工控制要求所决定。例如，在加工零件的同时，
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4． 实时中断处理
CNC系统软件结构的另一个特点是实时中断处理。CNC系统 程序以零件加工为对象，每个程序有许多子程序，它们按预定 的顺序反复执行，各步骤间关系十分密切， 有许多子程序实 时性很强，这就决定了中断成为整个系统不可少的重要组成部 分。CNC系统的中断管理主要靠硬件完成， 而系统的终端结构 决定了软件结构。
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图3-15 CNC装置分时共享CPU的时间分配
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在完成初始化任务后，系统自动进入时间分配循环中， 在循环中依次轮流处理各任务。而对系统中一些实时性很强的 任务则按优先级排队，分别处于不同中断优先级上作为环外任 务，环外任务可以随时中断环内任务的执行。每个任务允许占 用CPU的时间受到一定的限制，对于某些占有CPU时间较多的任 务，如插补准备（包括译码、刀具半径补偿和速度处理等）可 以在其中的某些地方设置断点，当程序运行到断点处时，自动 让出CPU， 等到下一个运行时间里自动跳到断点处继续执行。