数控技术及数控机床电子教案6.ppt

《数控技术及数控机床》课程 第三章 计算机数控系统 （下） 3.4 CNC系统的控制软件 CNC系统的控制软件是一系列完成各种各样功能的程序集合。设计这些程序的目的是为了充分发挥和完善计算机的硬件功能，使软件和硬件结合，形成一个具有规定功能的计算机控制系统。因此，了解控制软件的功能和实现方法对掌握CNC系统的工作原理是至关重要的。 3.4.1 CNC控制软件的组成 图3.28所示为典型的CNC系统控制软件组成形式。一个CNC系统控制软件主要由以下部分组成： 系统总控程序； 工件加工程序的输入和输出管理； 工件加工程序的编辑； 机床手动调整的控制； 工件加工程序的解释和执行； 插补运算； 伺服系统； 系统自检。 3.4.2 CNC控制软件的结构 本节中将讨论如何将控制软件中的程序模块组合到一起，构成整体的控制软件的方式。CNC系统控制软件的构成方式，或者说软件的结构，主要有前后台型和中断驱动型两种。下面分别予以介绍。 1. 前后台型 如图3.31所示为一个典型的前后台结构的CNC控制程序的框图。 2. 中断驱动型 这种结构的控制程序实质上是一个多重中断系统。CNC系统中插补、进给、程序的输入/输出和显示、操作面板开关状态的改变等操作，都是通过识别不同的中断并执行对应的中断服务程序来实现的。 * 中国地质大学远程教学 3.3 CNC系统中的插补运算 3.3.3 数字积分插补法 数字积分法又称数字积分分析法DDA(Digital differential Analyzer)，是在数字积分器的基础上建立起来的一种插补算法。数字积分法的优点是，易于实现多坐标联动，较容易地实现二次曲线、高次曲线的插补，并具有运算速度快，应用广泛等特点。 如图2-8所示，从时刻到t求函数曲线所包围的面积时，可用积分公式表示，如果将0～t的时间划分成时间间隔为的有限区间，当足够小时，可得近似公式 1．数字积分法基本原理 若 取“1”，上式简化为， 3.3 CNC系统中的插补运算 3.3.3 数字积分插补法 2．数字积分直线插补 设在平面中有一直线OA，其起点坐标为坐标原点O，终点坐为 ，则该直线的方程为 ，将方程化为对时间t的参数方程，再求积分可得： 上式积分用累加的形式近似表达为： 动点从原点出发走向终点的过程，可以看作是各坐标轴每经过一个单位时间间隔t，分别以增量kXe及kYe同时累加的结果。 3.3 CNC系统中的插补运算 3.3.3 数字积分插补法 若经过m次累加后，x和y分别到达终点 ，即有下式成立： 由此可见，比例系数k与累加器之间有如下关系： 即 关键是如何选择m、k 上式表明，若寄存器位数是n，则直线整个插补过程要进行2n 次累加才能到达终点。 设累加器有n位，则 3.3 CNC系统中的插补运算 3.3.3 数字积分插补法 图2-9 直线DDA插补器框图 图2-9为直线的插补框图，它由两个数字积分器组成，每个坐标轴的积分器由累加器和被积函数寄存器组成，被积函数寄存器存放终点坐标值，每经过一个时间间隔 ，将被积函数值向各自的累加器中累加，当累加结果超出寄存器容量时，就溢出一个脉冲，若寄存器位数为n，经过2n次累加后，每个坐标轴的溢出脉冲总数就等于该坐标的被积函数值，从而控制刀具到达终点。 例2-5 设有一直线OA，起点为原点O，终点A坐标为(4,6)，试用数字积分法进行插补计算并画出走步轨迹。 解：选取累加器和寄存器的位数为3位，即n=3，则累加次数 插补前，余数寄存器=0。x被积函数寄存器=4，y被积函数寄存器=6。其插补过程如表2-7所示。插补轨迹如图2-10所示。 图2-10 DDA直线插补实例 3.3 CNC系统中的插补运算 3.3.3 数字积分插补法 3.3 CNC系统中的插补运算 3.3.3 数字积分插补法 3．数字积分圆弧插补法 圆心为坐标原点的圆弧方程式为 可得圆的参数方程为　　　 　　　　 对t微分得、方向上的速度分量为 用累加器来近似积分为 圆弧插补时，x轴的被积函数值等于动点y坐标的瞬时值，y轴的被积函数值等于动点x坐标的瞬时值。 3.3 CNC系统中的插补运算 3.3.3 数字积分插补法 3．数字积分圆弧插补法 圆弧插补与直线插补比较 （1）直线插补时为常数累加，而圆弧插补时为变量累加。 （2）圆弧插补时，x轴动点坐标值累加的溢出脉冲作为y轴的进