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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

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
.
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
.
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。
.
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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
.
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

4-数控系统软件及软件结构解析

前后台型结构模式的特点
任务调度机制: 优先抢占调度和循环调度。前台程序的调度是优先抢占式的；前台和后台程序内部各子任务采用的是顺序调度。
信息交换:缓冲区。
实时性差:在前台和后台程序内无优先级等级、也无抢占机制。该结构仅适用于控制功能较简单的系统。早期的CNC系统大都采用这种结构。
2、中断型结构模式
1、多任务性
CNC任务管理任务来自控制任务零人输故
... 件显机入障
程示交输诊
序处互出断
管理交管处
理
互理理
刀
机
编具插位床主
译半补置输轴
处径运控入控
理补算制输制
偿
出
...
CNC软件在工作中这些任务不是顺序执行的，而往往需要多任务并行处理。
比如：在机床加工过程中(执行控制任务)，显示屏要实时显示加工状态(管理任务)。
数控系统软件及软件结构
主要内容
一、CNC系统软件的特点
1、多任务性 2、多任务的并行处理 3、实时性 4、优先抢占调度机制
二、CNC系统软件的结构模式
一、CNC系统软件的特点
CNC装置是典型的实时多任务控制系统，CNC装置的系统软件则可看成是一个专用实时多任务操作系统。
CNC系统软件的主要特点为： 1、多任务性 2、多任务的并行处理 3、实时性 4、优先抢占调度机制
在本模式中，设计者只须考虑模块自身功能的实现，然后按规则挂到实时操作系统上，而模块间的调用关系、信息交换方式等功能都由实时操作系统来实现。从而弱化了模块间的耦合关系。
B、系统的开放性和可维护性好
从本质上讲，前述结构模式采用的是单一流程加中断控制的机制，一旦开发完毕，系统将是的完全封闭（对系统的开发者也是如此），若想对系统进行功能扩充和修改将是困难的。

CNC系统的软件结构教学课件ppt

2023
《cnc系统的软件结构教学课件ppt》
contents
目录
• 介绍CNC系统 • CNC系统的软件结构概述 • CNC系统的软件结构设计 • CNC系统的软件结构实现 • CNC系统的软件结构评估与验证 • CNC系统的软件结构教学案例 • CNC系统的软件结构研究展望
01
介绍CNC系统
软件结构实现
根据该CNC加工中心的控制系统和软件架构，详细阐述其软件结构、功能模块以及各模块之间的相互关系与实现过程。
某CNC系统的软件结构优化与改进建议
软件结构优化
针对某具体型号的CNC系统，分析现有软件结构存在的问题，提出优化方案及实施步骤。
改进建议
根据优化后的软件结构，提出进一步改进的建议和措施，包括提高软件可靠性、降低故障率、提升使用效率等。
基于Linux操作系统
Linux操作系统具有开放、稳定和高效的特点，适用于CNC系统的软件结构实现。
基于Qt图形界面库
Qt是一种跨平台的C图形用户界面应用程序开发框架，可用于实现CNC系统的图形界面部分。
软件结构的实现流程
根据工艺流程和设备要求，进行软件结构设计，确定软件结构框架。
根据控制流程，进行程序编写和调试，实现CNC 系统的各项控制功能。
性能验证
验证软件的性能是否满足要求，例如通过压力测试等方式验证。
安全验证
验证软件的安全性，例如通过漏洞扫描、安全测试等方式验证。
软件结构的性能测试和结果分析
性能测试
通过测试用例的设计和执行，测试软件的响应时间、吞吐量、稳定性等性能指标。
结果分析
对性能测试的结果进行分析，例如对比性能指标、分析瓶颈原因等，为软件的优化和改进提供依据。

计算机数控装置的硬件结构与软件结构PPT(33张)

天津工业大学
20
③数据处理程序刀具半径和长度补偿、速度处理、辅助功能等处理。
天津工业大学
2
从外部特征来看，CNC系统是由硬件（通用硬件和专用硬件）和软件（专用）两大部分组成的。
CNC系统平台
天津工业大学
3
PC+CNC+PLC
天津工业大学
4
统工作过程
输入→译码→数据处理→插补→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→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。
天津工业大学
6
4.2 CNC装置的硬件结构
按其中含有CPU的多少可分为：单微处理机结构和多微处理机结构；
按电路板的结构特点可分为：大板结构和模块化结构。
天津工业大学
7
单微处理器结构
以一个CPU（中央处理器）为核心，CPU通过总线与存储器和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成数控加工各个任务。
第4章计算机数控装置
4.1 概述 4.2 计算机数控装置的硬件结构 4.3 计算机数控装置的软件结构 4.4 数控机床的可编程控制器 4.5 典型的CNC系统简介
天津工业大学
1
4.1 概述
从自动控制的角度来看，CNC系统是一种位置、速度（还包括电流）控制系统，其本质上是以多执行部件(各运动轴)的位移量、速度为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机控制系统。
天津工业大学
14
结构特征
面向公共存储器设计，即采用多端口来实现各主模块之间的互连和通讯；
采用多端口控制逻辑来解决多个模块同时访问多端口存储器冲突的矛盾。

CNC装置软件结构

CNC装置软件结构CNC装置的软件是为完成CNC数控机床的各项功能而特地设计和编制的，是一种专用软件，结构取决于软件的分工，也取决于软件本身的工作特点。

软件功能是CNC装置的功能体现。

一些厂商生产的CNC 装置，硬件设计好后基本不变，而软件功能不断升级，以满意制造业进展的要求。

一、CNC装置软硬件的分工在CNC装置中，软件和硬件的分工由性能价格比打算的。

现代CNC 装置中，软件和硬件的分工是不固定的。

图4-7为数控系统软硬件分工的4种形式。

二、CNC装置软件结构的特点系统的掌握部分包括：译码、刀具补偿、速度处理、插补和位置掌握等软件。

如图4-8 所示。

CNC系统是一个专用的实时多任务计算机掌握系统，它的掌握软件也采纳了计算机软件技术中的很多先进技术。

其中多任务并行处理和多重实时中断两项技术的运用是CNC装置软件结构的特点。

1．多任务并行处理(1) CNC装置的多任务性CNC装置系统软件分为管理软件和掌握软件两部分。

多任务是指在数控加工时系统软件必需同时进行掌握与管理工作。

例如，为了便于操作人员能准时把握CNC的工作状态，管理软件中的显示模块必需与掌握模块同时运行；当CNC处于NC工作方式时，管理软件中的零件程序输入模块必需与掌握软件同时运行。

(2) 并行处理并行处理是计算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相同的工作。

如为了保证加工过程的连续性，即刀具在各程序段间不停刀，译码、刀补和速度处理模块必需与插补模块同时运行，而插补又要与位置掌握必需同时进行等，这种任务并行处理关系如图4-9 所示。

运用并行处理技术可以提高运算速度。

并行处理方法：资源共享(软件设计)：“分时共享”，多个用户按时间挨次使用同一套设备。

资源重复(硬件设计)：通过增加资源提高运算速度。

时间重叠(软件设计)：依据流水线处理技术，使多个处理过程在时间上错开，轮番使用同一套设备。

2. 实时中断处理CNC装置软件结构的另一个特点是实时中断处理。

9.3 CNC装置的软件结构

③数据处理程序——刀具半径补偿
刀具半径补偿方法： B刀补：对加工轮廓的连接都是以园弧进行的。但无法满足实际应用中的许多要求，现在用得较少。 C刀补采用直线作为轮廓之间的过渡，因此，它的尖角性好，并丐它可自劢预报（在内轮廓加工时）过切，以避免产生过切
刀具编程轨迹
G41
C”
A CB
9.3 CNC系统的软件结构
②中断型结构此结构除了初始化程序之外，整个系统软件的各
个任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由中断管理系统（由硬件和软件组成）对各级中断服务程序实施调度管理。整个软件就是一个大的中断管理系统。
9.3 CNC系统的软件结构
Ⅰ、中断优先级安排
开机初始化
9.3 CNC系统的软件结构
③数据处理程序——刀具半径补偿
刀补处理的主要工作：根据G90/G91计算零件轮 Y
廓的终点坐标值。
G41
根据R和G41/42，计算本
段刀具中心轨迹的终点坐标值。
根据本段与前段连接关系，
进行段间连接处理。
R
B（XB，YB）
G42
A（XA，YA）
X
9.3 CNC系统的软件结构
资源分时共享（单CPU）资源重叠流水处理（多CPU）
9.3 CNC系统的软件结构
②多重实时中断处理中断：中止现行程序去执行另一个程序，待另一个程序处理
完毕后，再返回继续执行原程序。多重中断：将中断按级别优先权排队，高级中断源能中断低
级的中断处理，等高级中断处理完毕后，再返回接着处理低级中断尚未完成的工作。
据某一数学函数如直线、圆弧、高阶函数，来确定其多个中间点位置坐标的运算过程。
插补程序以系统规定的插补周期△t定时运行，在每个插补周期运行一次，在每个插补周期内，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常，经过若干次插补周期后，插补加工完一个程序段轨迹。

CNC系统

1.微处理器和总线
表2-1 几种常用总线的主要技术指标
第二节 CNC系统的硬件结构
2.存储器 3.位置控制器 4.可编程序控制器接口
三、输入/输出接口 CNC系统通过各种输入/输出接口与外界进行信息的交换，其中包括开关量输入/输出接口、模拟量输入/输出接口、数控通信接口和其他标准计算机设备输入/输出接口等。 1)进行电平转换和功率放大。 2)防止干扰。 3)进行D/A和A/D转换。 1. MDI接口 2. LED接口
型计算机执行其存储器内的程序来实现数控功能。二、CNC系统的组成 CNC系统包括硬件系统和软件系统两部分。
图2-1 CNC装置的硬件系统框图
第一节概
述
图2-2 CNC装置的软件系统框图
三、CNC机床的组成
第一节概
述
配备了CNC系统的机床，称为CNC机床。
图2-3
CNC机床的组成框图
四、CNC系统的工作过程 CNC系统的工作就是在硬件系统的支持下，由软件系统完成控制功能的全过程。 1.加工程序的输入 2.译码
间采用松耦合，由多重操作系统有效地实现并行处理。 1)功能模块。 ①CNC管理模块。该模块负有管理和组织整个CNC系统工作过程的职能，如系统的初始化、中断管理、总线裁决、系统出错识别和处理、系统软件和硬件诊断等。 ②CNC插补模块。该模块对工件加工程序进行译码、刀具补偿、坐标位移量计算和进给速度处理等插补前的预处理工作，然后按给定的插补类型和轨迹坐标进行插补计算，向各个坐标轴发出位置指令值。
第二节 CNC系统的硬件结构
③位置控制模块。该模块将插补后的坐标位置指令值与检测单元反馈回来的坐标位置实际值进行比较，并自动进行加/减速、回基准点、伺服系统滞后量的监视和漂移补偿，最后得到速度控制的

《CNC系统的软件结构》教案

《CNC系统的软件结构》教案教案：CNC系统的软件结构一、教学目标：1.了解CNC系统的软件结构及其功能。

2.掌握CNC系统软件结构的基本原理和运行过程。

3.能够进行CNC系统软件的基本设置和调试。

二、教学重点：1.软件结构的组成部分及其功能。

2.软件结构的运行过程和原理。

三、教学难点：1.软件结构的运行过程和原理的理解。

2.软件结构的实际应用和调试。

四、教学方法：1.讲授结合实例。

2.讨论与实践相结合。

五、教学准备：1.教学PPT。

C系统及其软件。

六、教学过程：一、引入课题（5分钟）教师介绍CNC系统的软件结构的重要性和作用，并引入今天的教学内容。

二、讲授软件结构的组成部分（20分钟）1.解释CNC系统软件的组成部分：操作系统、控制系统、图形化界面、刀具路径规划与插补、驱动系统等。

2.详细讲解各个组成部分的功能和相互之间的关系。

三、讲解软件结构的运行过程和原理（30分钟）1.阐述软件结构的运行过程：输入指令、数据处理、信号输出。

2.讲解软件结构的原理：根据刀具轨迹和速度要求，进行路径规划和插补计算，然后将控制指令转换为驱动信号输出。

四、实例分析和讨论（30分钟）1.举例说明软件结构在CNC系统中的应用。

2.分析实例中的问题和可能的解决方法。

3.学生互动讨论，提出自己的观点和问题。

五、实践操作和调试（15分钟）学生通过实践操作，运行CNC系统软件，并进行相关的设置和调试。

六、课堂小结（5分钟）教师总结本节课的重点内容，并展望下一节课的教学内容。

七、课后作业1.复习本节课的内容。

2.了解一款CNC系统的软件结构和功能，并写一篇小论文进行分析。

八、教学反思通过该教案，学生可以初步了解CNC系统的软件结构及其功能，掌握基本的设置和调试方法。

然而，由于时间有限，在实践操作和调试上可能会稍显匆忙，建议将实践操作时间适当延长，以保证学生能够更好地掌握相关技能。

CNC系统软件结构模式

CNC系统软件结构模式结构模式：指系统软件的组织管理方式，即系统任务的划分方式、任务调度机制、任务间的信息交换机制以及系统集成方法等。

结构模式的功能：组织和协调各个任务的执行，使之满足一定的时序配合要求和逻辑关系，以满足CNC系统的各种控制要求。

1.前后台型结构模式该模式将CNC系统软件划分成两部分：前台程序: 主要完成插补运算、位置控制、故障诊断等实时性很强的任务，它是一个实时中断服务程序。

后台程序(背景程序): 完成显示、零件加工程序的编辑管理、系统的输入/输出、插补预处理（译码、刀补处理、速度预处理)等弱实时性的任务，它是一个循环运行的程序，其在运行过程中，不断地定时被前台中断程序所打断，前后台相互配合来完成零件的加工任务。

前后台程序运行关系图·前后台型结构模式的特点任务调度机制: 优先抢占调度和循环调度。

前台程序的调度是优先抢占式的；前台和后台程序内部各子任务采用的是顺序调度。

信息交换:缓冲区。

前台和后台程序之间以及内部各子任务之间的。

实时性差。

在前台和后台程序内无优先级等级、也无抢占机制。

该结构仅适用于控制功能较简单的系统。

早期的CNC系统大都采用这种结构。

2.中断型结构模式这种结构是将除了初始化程序之外，整个系统软件的各个任务模块分别安排在不同级别的中断服务程序中，然后由中断管理系统（由硬件和软件组成）对各级中断服务程序实施调度管理。

整个软件就是一个大的中断管理系统。

中断型软件系统结构图·中断型结构模式的特点任务调度机制：抢占式优先调度。

信息交换：缓冲区。

实时性好。

由于中断级别较多（最多可达8级），强实时性任务可安排在优先级较高的中断服务程序中。

模块间的关系复杂，耦合度大，不利于对系统的维护和扩充。

80～90年代初的CNC系统大多采用这种结构。

3.基于实时操作系统的结构模式实时操作系统（Real Time Operating System RTOS）是操作系统的一个重要分支，它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（如优先级抢占调度、时间片轮转调度等）、任务间的通信机制（如邮箱、消息队列、信号灯等）等功能。