CNC系统的软件结构【方案】.ppt

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。

《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。