第三节数控系统的软件结构

速 度 预 处 理
插 补 处 理
位 控 处 理
伺 服 驱 动
PLC控制
译码缓冲区
插补缓冲区
在系统软件中各程序间的数据交换方式一般都是通 过缓冲区进行的。当前程序段被解释完后便将该段 的数据信息送入缓冲区组中空闲的一个。后续程序 （如刀补程序）从该缓冲区组中获取程序信息进行 工作。
译码
⒈ 译码(解释)
将用文本格式（通常用ASCII码）表达的零件加工程序， 以程序段为单位转换成后续程序（本例是指刀补处理程 序）所要求的数据结构（格式）。
数据结构示例：
Struct PROG_BUFFER {
char buf_state； //缓冲区状态，0 空；1 准备好。
int block_num； //以BCD码的形式存放本程序段号。
第三节 CNC系统软件结构
主要内容
CNC系统软件是一个典型而又复杂的实时系统。 本节将从系统内数据流的角度来分析CNC装置的 数据转换过程，介绍系统软硬件界面的关系， 并从多任务性和实时性的角度来分析CNC系统软 件的结构特点。
一、 CNC装置的数据转换流程
CNC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。
5.位置控制处理
插补输出 △X1△Y1
指令位置 X1新Y1新
+
+
+
-
X1旧Y1旧
X2新Y2新 实际位置
跟随误差 △X3△Y3
速度指令 VX、VY
f（）
+ +
X2旧Y2旧
反馈位置增量 △X2、△Y2
位置控制转换流程
5.位置控制处理
位置控制完成以下几步计算：
计算新的位置指令坐标值：
X1新= X1旧+△X1；Y1新= Y1旧 +△Y1；
double COOR[20]；//存放尺寸指令的数值（μm）。
int F,S；
//F（mm/min）S（r/min）。
char G0；
//以标志形式存放G指令。
char G1；
char M0；
//以标志形式存放M指令。
char M1；
char T；
//存放本段换刀的刀具号。
char D；
//存放刀具补偿的刀具半径值。
}；
以标志形式存放G指令示例
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
G00 0:无该指令; 1:有该指令 G01 0:无该指令; 11 :有该指令 G02 0:无该指令; 1:有该指令 G03 0:无该指令; 1:有该指令 G06 0:无该指令; 1:有该指令 G90/G91 0:G90; 1:G91
主要功能是根据加工程序给定的进给速度，计 算在每个插补周期内的合成移动量，供插补程 序使用。
3. 速度预处理
速度处理程序主要完成以下几步计算：
L
α
计算本段总位移量：
直线：合成位移量L；
圆弧：总角位移量α。
该数供插补程序判断减速起点和终点之用。
计算每个插补周期内的合成进给量：
ΔL= FΔt/60
｝00：G40； 11：G40 01：G41； 10；G42
N06 G90 G41 D11 G01 X200 Y300 F200 ；
①②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧⑨
Struct PROG_BUFFER char buf_state； int block_num； double COOR[20]；
int F,S； char G0；
计算新的位置实际坐标值：
X2新= X2旧+△X2；Y2新= Y2旧 +△Y2
计算跟随误差(指令位置值— 实际位置值)：
△X3= X1新- X2新； △Y3= Y1新- Y2新；
计算速度指令值：
VX=f（△X3）； VY=f（△Y3）
f( )是位置环的调节控制算法，具体的算法视具 体系统而定。这一步在有些系统中是采用硬件来实 现的。VX、VY送给伺服驱动单元，控制电机运行， 实现CNC装置的轨迹控制。
刀补处理的主要工作：
Y
根 据 G90/G91 计 算 零 件 轮 廓 的终点坐标值。
根据R和G41/4ຫໍສະໝຸດ ，计算本段 刀具中心轨迹的终点 （P’e/P〃e）坐标值。
根据本段与前段连接关系， 进行段间连接处理。
G41
Pe
P’e
R
Pe(200,300)
P”e G42 P0(72,148)
X
3. 速度预处理
数控加工及信息处理过程
零件程序
控制面板
零件缓冲器(BS) 译码(DS)
数据处理(CS)
传送AS
工作寄存器(AR)
机床 坐标
轴
命令信号 反馈信号
插补 伺服控制
调度
控
回 显示
制
答
信
信
号
号
机床逻辑控制
限位开关
执行电器
机床 强电 部分
CNC装置的数据转换流程图
刀补缓冲区
运行缓冲区
位置反馈
加
工
译
程
序
码
刀 补 处 理
软件设计灵活，适应性强，但处理速度相 对较慢。
功能界面划分的准则：系统的性能价格比
数控系统功能界面的几种划分：
ⅠⅡ Ⅲ Ⅳ
程 序
硬 件
输 入
预 处 理
插 补 运 算
位 置 控 制
速 度 控 制
伺 服 电 机
软件 软件
硬件 硬件
软件
软件
位置检测
硬件
（μm）
式中：F--进给速度值（mm/min）；△t--数控系统的插补周期（ms）
4. 插补计算
主要功能： 计算插补周期的实际合成位移量： △L1=△L*修调值
分解△L1 →（△X1、△Y1）
将△L1按插补的线形（直线，圆弧等）和本插补点
所在的位置分解到各个进给轴，作为各轴的位置 控制指令（△X1、△Y1）。 经插补计算后的数据存放在运行缓冲区中，以供位置控 制程序之用。插补模块以系统规定的插补周期△t定时运行。
二、 CNC装置软件和硬件的功能界面
合理确定CNC装置软件硬件的功能分担就是所 谓的软件和硬件的功能界面划分的概念。
在信息处理方面，软件与硬件在逻辑上是等 价的，即硬件能完成的功能从理论上讲也可 以用软件来完成。
硬件和软件在实现各种功能时的特点：
硬件处理速度快，但灵活性差，实现复杂 控制的功能困难。
…… char D； }；
{
0：(开始)；1（；）⑨ 06（N06）① COOR[1]=200000；（X200）⑥ COOR[2]=300000；（Y300）⑦ F=200；（F200）⑧ D5=0；（G90）② D6,D7=0,1（G41）③ D1=1；（G01）⑤
D=11（D11）④
刀补处理(计算刀具中心轨迹)