X值
50
Y值
0
Z值
0
I值
50
J值
0
K值
Байду номын сангаас
100
F值
图4-9 不按字符格式的译码数据存放格式
2． 保留字符格式的存放方法
Struct PROG_BUFFER{char buf_state； //0：空， 1：有数据
int block_num； //程序段号
double COORD[20]； //尺寸字的数值，单位为μm
驱动器数/光纤环
66 42 21
2 4 6 通讯周期 图4-6 每个光纤环路能控制的驱动器个数
图4-7 SERCOS通讯原理
控制器和伺服驱动器间的通讯包括三种情况：
1． 控制器发出同步信息，各伺服驱动器以此 同步信息为保证同步通讯的时间基准；
2． 控制器向环路中的所有伺服驱动器发送同 步数据（Cycle Data）和伺服数据（Serve
图4-11 数控装置的任务
驱动器构成通讯回路。通讯以循环方式进行，每个循 环的时间可设定为62μs、125μs、250μs或其整数倍。
循环时间的长短以保证控制器和伺服驱动器间的同步 通讯为前提。图中的Master表示运动控制器，Slave i表 示连接在控制环路中的第i个伺服驱动器，MST表示同 步信息，ATi表示第i个伺服驱动器发送的数据，MDT为 控制器发送到网络上的数据。
M
图4-3 单微处理机数控装置的结构图
图4-4 数控装置的物理结构（FANUC-6MB）
三、基于网络的数控装置 图4-5 基于网络的数控系统结构图
数控装置各功能模块间的通讯是按照SERCOS（Serial Communication System）协议进行的。图4-7表示了 SERCOS协议通讯的原理。由一个控制器和若干个伺服
（一）译码
译码就是把用ASCⅡ码编写的零件加工程序翻译成数 控系统要求的数据格式，并存
放到译码缓冲区中，准备为后续程序使用。译码后的数 据有两种存放格式。
1． 不按字符格式的存放方法 M03 G03 X100. Y50. I0 J50. F100.；
高4位 低4位 说明
1
3
G03
2
3
M03
100
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第四章 数控装置
第一节 概 述
一、数控装置的作用 数控装置的主要作用是，读入数控加工程序，将其 转换成控制机床运动和辅助功能要求的格式，分别送 给进给电机控制单元、主轴电机控制单元和PLC，具 有内置PLC功能的数控装置本身具有逻辑量解算功能， 直接将解算结果送给机床强电控制系统。具有闭环控 制功能的数控系统还会读入机床位置检测装置发出的 实际位置信号，与指令位置比较后，用其差值控制机 床的移动，可以获得较高的位置控制精度。
Data）；
3． 伺服驱动器将要发送的数据送到相应的时 间槽（Time Slots）。通讯按照NRZI编码的HDLC 协议进行。
第三节 数控软件
一、 数控软件的数据转换流程
译
刀补
速度控 位
码
处理
制
置
插补处 控
理
制
位置反 馈
伺服驱 动
PLC 控 制
加工程序
译码缓冲区 刀补缓冲区 运行缓冲区 图4-8 数控装置软件的数据转换流程
（四）插补处理
1． 根据速度倍率值计算本次插补周期的实际 合成位移量；
2． 计算新的坐标位置； 3． 将合成位移分解到各个坐标方向，得到各 个坐标轴的位置控制指令。
插补程序的实时性
（五）位置控制
插补输出 + 指令位置 +
Δx2，Δy2
-
+
-
X2新，Y2新
-
实际位置
位控输出 Δx3，Δy3 + 实际位置增
第二节 数控装置的硬件结构
一、由单片机组成的数控装置
二、单微处理机数控装置
纸带机 RS232 接口 接口
CRT/M DI接口
CPU
手摇轮 接口
ROM 接口
RAM 接口
PLC 接口
MST 功能
位控 单元
D/A
速度 单元
M
位控 单元
D/A
速度 单元
M
位控 单元
D/A
速度 单元
M
主轴 单元
D/A
速度 单元
int F，S； //进给速度和主轴速度
char G_flag； //以标志形式存放的G指令
char G1；
//G指令表
...
char M_flag； //以标志形式存放的M指令
char M1；
//M指令表
...
char T；
//刀具代号
char D；
//刀具半径值
}；
（二）刀补 刀补处理程序主要进行以下几项工作：
位置控制是强实时性任务，所有计算必须在位置控制周 期（伺服周期）内完成。伺服周期可以等于插补周期，
也可以是插补周期的整数分之一。
二、 数控软件的特点
（一）多任务与并行处理技术 1． 数控装置的多任务性
数控装置
管理
控制
输 I/O 显 诊 通 译 刀 速 插 位
处
具度
置
理
补处
控
入
示断讯 码 偿 理 补 制
X2旧，Y2旧
X1新，Y1新 +
量Δx1，Δy1
X1旧，Y1旧
图4-10 位置控制算法原理
1． 计算新的指令坐标位置 X2新 = X2旧 + Δx2 Y2新 = Y2旧 + Δy2
2． 计算实际坐标位置 X1新 = X1旧 + Δx1 Y1新 = Y1旧 + Δy1
3． 计算位置控制输出值 Δx3 = X2新 - X1新 Δy3 = Y2新 – Y1新
二、数控装置软件和硬件的功能界面
输
数据
插
位
速
伺服
入
处理
补
控
控
电机
程序
测量
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
硬件
软件
Ⅳ
图4-1 几种典型的软硬件界面的划分
软硬件功能界面问题：哪些功能由软件来实现，哪 些功能由硬件来实现，或怎样确定软件和硬件在数控 装置中所承担的任务。
四种功能界面的划分，代表了不同时期的数控装置 产品。数控装置发展的趋势是软件承担的任务越来越 多。这主要是由于计算机的运算处理能力不断增强， 使软件运行的速度大大提高的结果。这种趋势并不是 一成不变的，随着电子技术的发展，硬件的成本也在 不断降低，如果硬件的制造可以做到象软件一样灵活， 能够根据特殊需求，专门制做的时候，硬件所担负的 功能还会逐步增加。
1． 计算本段零件轮廓的终点坐标值； 2． 根据刀具的半径值和刀具补偿方向，计算出本段 刀具中心轨迹的终点位置； 3． 根据本段和下一段的转接关系进行段间处理。 （三）速度预处理 速度预处理程序主要完成以下几步计算： 1．计算本程序段总位移量 2．计算每个插补周期内的合成进给量 ΔL=FΔt/60（μm） 式中，F — 进给速度值（mm/min）； Δt — 数控系统的插补周期（ms）。