《数控原理与系统》课件第2章

第2章计算机数控装置2.1概述

2.2CNC装置的硬件结构

2.3CNC装置的软件结构

习题

2.1概

述

数控装置是数控系统的核心，数控装置有两种类型：一种是完全由硬件逻辑电路构成的专用硬件数控装置，即NC装置；另一种是由计算机硬件和软件组成的计算机数控装置，即CNC装置。NC装置是数控技术发展早期普遍采用的数控装置，由于NC装置本身的缺点，随着计算机技术的迅猛发展，现在NC装置已基本被CNC装置取代，因此，本章讲的数控装置主要针对CNC装置而言。

计算机数控系统由硬件和软件共同完成数控任务，其基本组成如图2-1所示。现代数控装置不仅能通过读取信息载体方式获得数控加工程序，还可以通过其它方式获得，如通过键盘方式输入和编辑数控加工程序；通过通信方式输入其它计算机程序编辑器、自动编程器、CAD/CAM系统或上位机所提供的数控加工程序。高档数控装置本身已包含一套自动编程系统或CAD/CAM系统，只需采用键盘输入相应的信息，数控装置本身就能生成数控加工程序。

图2-1数控系统的基本组成

2.1.1CNC装置的工作过程

1.输入输入CNC装置的有零件程序、控制参数和补偿量等数据。输入的形式有光电阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、连接上级计算机的DNC接口输入和网络输入。从CNC装置工作方式看，有存储工作方式输入和MDI(ManualDirectInput，手工直接输入)工作方式。CNC装置在输入过程中通常还要完成无效码删除、代码校验和代码转换等工作。输入的全部信息存放在CNC装置的内部存储器中。

2.译码不论系统工件在MDI方式还是存储器方式，都是将零件程序以一个程序段为单位进行处理的，把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工速度信息(F代码)和其它辅助信息(M、S、T代码等)按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式，并以一定的数据格式存放在指定的内存专用单元。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误会立即报警。

3.刀具补偿刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常CNC装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程，刀具补偿作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前在比较好的CNC装置中，刀具补偿的工件还包括程序段之间的自动转接和过切削判别，这就是所谓的C刀具补偿。

4.进给速度处理编程所给的刀具移动速度，是在各坐标的合成方向上的速度。速度处理首先要做的工作是根据合成速度来计算各运动坐标的分速度。在有些CNC装置中，对于机床允许的最低速度和最高速度的限制及软件的自动加减速等也在这里处理。

5.插补插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行“数据点的密化”。插补程序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，即完成从程序段起点到终点的“数据点密化”工作。

6.位置控制位置控制处在伺服回路的位置环上，这部分工作既可以由软件实现，也可以由硬件完成。它的主要任务是在每个采样周期内，将理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制伺服电机。在位置控制中通常还要完成位置回路的增益调整、各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，以提高机床的定位精度。

7.I/O处理

I/O处理主要处理CNC装置面板开关信号，机床电气信号的输入、输出和控制(如换刀、换挡、冷却等)。

8.显示

CNC装置的显示主要用于零件程序的显示、参数显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示等。有些CNC装置中还有刀具加工轨迹的静态和动态图形显示。

9.诊断现代CNC装置都具有联机诊断和脱机诊断的能力。联机诊断是指CNC装置中的自诊断程序，随时检查不正确的事件。脱机诊断是指CNC装置配备有各种脱机诊断程序，以检查存储器、外围设备(CRT、阅读机、穿孔机)、I/O接口等。脱机诊断还可以采用远程通信方式进行，即所谓的远程诊断，把用户的CNC通过网络与远程通信诊断中心的计算机相连，对CNC装置进行诊断、故障定位和修复。

2.1.2CNC装置的主要功能和特点

1.基本功能

(1)控制功能。控制功能主要反映CNC装置能够控制和同时(联动)控制的轴数。控制轴包括移动轴、回转轴以及附加轴。联动轴可以完成轮廓轨迹加工。普通数控车床只需2轴控制2轴联动；一般铣床需要3轴控制，联动有2轴半和3轴联动控制；一般加工中心为3轴联动和多轴控制。控制轴数越多，特别是同时控制轴数越多，CNC装置的功能越强。同时，CNC装置就越复杂，编制程序也越困难。

(2)准备功能。准备功能也称G功能，是指用来控制机床动作方式的功能。ISO标准中规定准备功能有G00～G99共100种，数控系统可从中选用，目前许多数控系统已用到超过G99以外的代码。准备功能用来指定机床动作方式，包括基本移动、程序暂停、平面选择、坐标设定、刀具补偿、基准点返回、固定循环、公英制转换等。它用字母G与数字组合来表示，G代码有模态(该种代码直到出现同一组的其它G代码时，一直有效，即续效)和非模态(仅在指令的程序段内有效)两种模式。

(3)插补功能。插补功能是指CNC装置可实现各种曲线轨迹插补运算的功能。如直线插补、圆弧插补和其它二次曲线与多坐标高次曲线插补。插补计算实时性很强，即CNC装置插补计算速度要能同时满足机床坐标轴对进给速度和分辨率的要求。它可用硬件或软件两种方式来实现，硬件插补方式比软件插补方式速度快，如日本FANUC公司就采用DDA硬件插补专用集成芯片。但目前由于微处理器的位数和频率的提高，大部分系统还是采用了软件插补方式，并把插补功能划分为粗、精插补两步，以满足其实时性要求。软件每次插补一个小线段称为粗插补。根据粗插补结果，将小线段分成单个脉冲输出，称为精插补。

(4)主轴功能。它是指主轴转速的功能，用字母S和2～4位数字表示。有恒转速(r/min)和表面恒线速(mm/min)两种运转方式。恒定线速度对保证车床或磨床加工工件端面及锥面质量很有意义。主轴定向准停功能使主轴在径向的某一位置准确停止，有自动换刀功能的机床必须选取有这一功能的CNC装置。

(5)进给功能。它反映了刀具进给速度，一般用F代码直接指定各轴的进给速度。主要有以下几种功能：①切削进给速度。一般进给量为1mm/min～24m/min。在选用系统时，该指标应和坐标轴移动的分辨率结合起来考虑，如24m/min的速度是在分辨率为1m时达到的。

②

同步进给速度。它指进给轴每转进给量，单位为mm/r。只有主轴上装有位置编码器(一般为脉冲编码器)的机床才能指定同步进给速度。③

快速进给速度。一般为进给速度的最高速度，它通过参数设定，用G00指令执行快速。④

进给倍率。操作面板上设置了进给倍率开关，倍率可在0%～200%之间变化，每挡间隔10%。使用倍率开关不用修改程序就可以改变进给速度。

(6)刀具功能。刀具功能包括选择的刀具数量和种类、刀具的编码方式和自动换刀的方式。用字母T和后续2～4位数字来表示。

(7)辅助功能。辅助功能是数控加工中不可缺少的辅助操作，一般从M00～M99共100种。各种型号的数控装置具有辅助功能的多少差别很大，而且有许多是自定义的。常用的辅助功能有程序停、主轴正/反转、冷却液接通和断开、换刀等。

(8)字符图形显示功能。CNC装置可配置不同尺寸的单色或彩色CRT显示器，通过软件和接口实现字符和图形显示。可以显示程序、机床参数、各种补偿量、坐标位置、故障信息、人机对话编程菜单、零件图形、动态刀具模拟轨迹等。

(9)自诊断功能。CNC装置中设置了各种诊断程序，可以防止故障的发生或扩大。不同的CNC装置设置的诊断程序不同，可以包含在系统程序中，在系统运行过程中进行检查和诊断。也可作为服务性程序，在系统运行前或故障停机后进行诊断，查找故障部位。有的CNC装置可以进行远程通信诊断。

2.选择功能

1)补偿功能

(1)刀具长度补偿、刀具半径补偿和刀尖圆弧补偿。补偿功能可以补偿刀具磨损以及换刀时刀位点的变化。

(2)工艺量的补偿。包括坐标轴的反向间隙补偿和进给传动件的传动误差补偿，如丝杠螺距补偿、进给齿条齿距误差补偿、机架的温度变形补偿等。

2)固定循环加工功能用数控机床加工零件，一些典型的加工工序，如钻孔、攻螺纹、镗孔、深孔钻削、切螺纹等，所需完成的动作循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存储在内存中，用G代码进行指定，即为固定循环指令。使用固定循环指令可以简化编程。固定循环加工指令有钻孔、镗孔、攻螺纹循环、复合加工循环等。此外，子程序和宏程序也可简化编程，并扩大编程功能。

3)通信功能

CNC装置与外界进行信息和数据交换的功能。通常CNC装置都有RS-232C接口，可与上级计算机进行通信，传送零件加工程序，有的还备有DNC接口，以利于实现直接数控。更高档的CNC装置还能与制造自动化的协议MAP相连，进入工厂通信网络，以适应FMS、FA、CIMS的要求。

4)人机对话编程功能人机对话编程功能不但有助于编制复杂零件的程序，而且可以方便编程。如蓝图编程只要输入图样上表示几何尺寸的简单命令，就能自动生成加工程序；对话式编程可根据引导图和说明进行示教编程，并具有工序、刀具、切削条件等自动选择的智能功能。

2.2CNC装置的硬件结构

2.2.1单微处理器CNC结构

1.单微处理器结构所谓单微处理器结构，是指在CNC装置中只有一个微处理器(CPU)，工作方式是集中控制，分时处理数控系统的各项任务，如存储、插补运算、输入/输出控制、CRT显示等。某些CNC装置中虽然用了两个以上的CPU，但能够控制系统总线的只是其中的一个CPU，它独占总线资源，通过总线与存储器、输入/输出控制等各种接口相连。其它的CPU则作为专用的智能部件，它们不能控制总线，也不能访问存储器。这是一种主从结构，故被归属于单微处理器结构中。单微处理器结构框图如图2-2所示，其结构简单，容易实现。

单微处理器结构的CNC装置可划分为计算机部分、位置控制部分、数据输入/输出接口及外围设备。微处理器CPU是CNC装置的核心，CPU执行系统程序，首先读取工件加工程序，对加工程序段进行译码和数据处理，然后根据处理后得到的指令，进行对该加工程序段的实时插补和机床位置伺服控制。它还将辅助动作指令通过可编程控制器(PLC)送到机床，同时接收由PLC返回的机床各部分信息并予以处理，以决定下一步的操作。

图2-2单微处理器结构组成

位置控制部分包括位置控制单元和速度控制单元。位置控制单元接收经插补运算得到的每一个坐标轴在单位时间间隔内位移量，控制伺服电动机工作，并根据接收到的实际位置反馈信号，修正位置指令，实现机床运动的准确控制。同时产生速度指令送往速度控制单元，速度控制单元将速度指令与速度反馈信号相比较，修正速度指令，用其差值去控制伺服电动机以恒定速度运转。

数据输入/输出接口与外围设备是CNC装置与操作者之间交换信息的桥梁。例如，通过MDI方式或串行通信，可将工件加工程序送入CNC装置。通过CRT显示器，可以显示工件的加工程序和其它信息。在单微处理器结构中，由于仅由一个微处理器进行集中控制，故其功能将受CPU字长、数据字节数、寻址能力和运算速度等因素的限制。如果插补等功能由软件来实现，则数控功能的实现与处理速度就成为突出的矛盾。解决矛盾的措施可以有：增加浮点协处理器、采用带有CPU的PLC和CRT等智能部件。

2.单微处理器CNC的结构特点

(1)CNC装置内只有一个微处理器，对存储、插补运算、输入/输出控制、CRT显示等功能实现集中控制和分时处理。

(2)微处理器通过总线与存储器、输入/输出控制等接口电路相连，构成CNC装置。

(3)结构简单，容易实现。

2.2.2多微处理器CNC结构多CPU结构的CNC装置是将数控机床的总任务划分为多个子任务，每个子任务均由一个独立的CPU来控制。图2-3为多微处理器CNC的组成框图。下面介绍其中几个主要模块。

图2-3多微处理器CNC的组成框图

1.多微处理器CNC的基本功能模块多微处理器结构的CNC装置，一般由基本功能模块组成，通过增加功能模块，可实现某些特殊功能。

(1) CNC管理模块。该模块管理和组织整个CNC系统各功能模块协调工作，如系统的初始化、中断管理、总线裁决、系统错误识别和处理、系统软硬件诊断等。该模块还完成数控代码编译、坐标计算和转换、刀具半径补偿、速度规划和处理等插补前的预处理。

(2) CNC插补模块。该模块根据前面的编译指令和数据进行插补计算，按规定的插补类型通过插补计算为各个坐标提供位置给定值。

(3)位置控制模块。插补后的坐标作为位置控制模块的给定值，而实际位置通过相应的传感器反馈给该模块，经过一定的算法控制，实现无超调、无滞后、高性能的位置闭环。

(4) PLC模块。零件程序中的开关功能和由机床传来的信号在这个模块中作逻辑处理，实现各功能和操作方式之间的连锁，机床电气设备的启/停、刀具交换、转台分度、工件数量和运转时间的计数等。

(5)操作面板监控和显示模块。该模块包括零件程序、参数、各种操作命令和数据的输入(如软盘、硬盘、键盘、各种开关量和模拟量的输入、上级计算机输入等)、输出(如通过软盘、硬盘、各种开关量和模拟量的输出、打印机输出)、显示(如通过LED、CRT、LCD等)所需要的各种接口电路。

(6)存储器模块。该模块作为程序和数据的主存储器，或功能模块间数据传送用的共享存储器。

2.多微处理器CNC装置的典型结构

(1)共享总线结构。

这种结构是以系统总线为中心的多微处理器CNC装置，

把组成CNC装置的各个功能部件划分为带有CPU或DMA器件的主模块和不带CPU或DMA器件的从模块(如各种RAM、ROM模块、I/O模块)两大类，如图2-4所示。所有主从模块都插在配有总线插座的机柜内，共享标准系统总线。系统总线的作用是把各个模块有效地连接在一起。按照标准协议交换各种数据和控制信息，构成完整的系统，实现各种预定的功能。

图2-4多微处理器共享总线结构框图

(2)共享存储器结构。这种结构是以存储器为中心组成的多微处理器CNC装置，采用多端口存储器来实现各CPU之间的互联和通信，每个端口都配有一套数据、地址和控制线，以供端口访问，由专门的多端口控制逻辑电路解决访问的冲突。但这种方式由于同一时刻只能有一个微处理器对多端口存储器进行读/写，所以功能复杂。当要求微处理器数量增多时，会因争用共享存储器而造成信息传输的阻塞，降低系统效率，因此扩展功能很困难。图2-5为采用多微处理器共享存储器的CNC系统框图。

图2-5多微处理器共享存储器结构

2.2.3CNC结构与典型数控系统

1.大板式结构数控系统大板式结构CNC装置可由主电路板、ROM/RAM板、PLC板、附加轴控制板和电源单元等组成。主电路板是大印刷电路板，其它电路是小印刷电路板，它们插在大印刷电路板的插槽内共同构成CNC装置，如图2-6所示。

图2-6大板式结构示意图

图2-7大板式结构FANUC6MB的系统框图

图中主电路板上有控制核心电路、位置控制电路、3个轴的位置反馈量输入接口和速度控制量输出接口、手摇脉冲发生器接口、I/O扩展板接口和6个小印刷电路板的插槽。控制核心电路为微机基本系统，由CPU、存储器、定时和中断控制电路组成。存储器包括ROM和RAM，ROM(EPROM)用于固化数控系统软件，RAM用于存储可变数据，数控加工程序和系统参数等可变数据的存储区域应具有掉电保护功能。6个插槽内可分别插入用于保存加工程序的存储器板、附加轴控制板、CRT显示控制和I/O接口板、扩展存储器板、可编程控制板及传感器控制板等。

2.模块式结构的数控系统在采用功能模块式结构的CNC装置中，将整个CNC装置按功能划分为多个功能模块，硬件和软件的设计都采用模块化设计方法。每一个功能模块被做成尺寸相同的印刷电路板(称功能模板)，相应功能模块的控制软件也模块化。这种形式的CNC系统系列产品，用户只要按需要选用各种控制单元母板及功能模板，将各功能模板插入控制单元母板的槽内，就可组成自己需要的CNC系统。常见的功能模板有CNC控制板、位置控制板、PLC板、图形板和通信板等。例如，一种功能模块式结构的全功能型铣床数控系统框图如图2-8所示，系统由CPU板、扩展存储器板、显示控制板、手轮接口板、键盘和录音机板、强电输出板、伺服接口板和三块轴反馈板等共11个模块组成，连接各模块的总线可按需选用各种工业标准总线，如工业PC总线、STD总线等。FANUC系统15系列就采用了功能模块化式结构。

图2-8模块化全功能型铣床数控系统框图

3.个人计算机式结构这类CNC系统是以工业PC机作为CNC装置的支撑平台，再由各数控机床制造厂根据数控的需要，插入自己的控制卡和数控软件构成相应的CNC装置。由于工业标准计算机的生产数量大，其生产成本很低，继而也就降低了CNC系统的成本。若工业PC机出故障，修理及更换均很容易。美国ANILAM公司和AI公司生产的CNC装置均属这种类型，图2-9所示就是一种以工业PC机为技术平台的数控系统结构框图。

图2-9以工业PC机为技术平台的数控系统结构框图

4.NC嵌入PC式结构

NC嵌入PC式结构是由开放体系结构运动控制卡结合PC机构成的。这种运动控制卡通常选用高速DSP作为CPU，具有很强的运动控制能力和PLC控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放的函数库可供用户在Windows平台下自行开发构造所需的控制系统，因而这种开放结构被广泛应用于制造业自动化控制的各个领域。如美国DehaTau公司用PMAC多轴运动控制卡构造的PMAC-NC数控系统、日本MAZAK公司用三菱电机构造的MAZATROL640CNC等。

5.软件型开放式结构这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的选择灵活性，它的CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动器和外部I/O装置之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡、CD-ROM和相应的驱动程序一样。用户可以在WindowsNT平台上，利用开放的CNC内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。与前几种数控系统相比，软件型开放式数控系统具有最高的性能价格比，因而最有生命力。其典型产品有美国MDSI公司的OpenCNC，德国PowerAutomation公司的PA8000NT等。

2.3CNC装置的软件结构

2.3.1CNC系统的软/硬件界面

CNC装置由软件和硬件组成，硬件为软件的运行提供了支持环境。CNC软件是为实现CNC系统各项功能而编制的专用软件，又称系统软件，分为管理软件和控制软件两大部分，如图2-10所示。在系统软件的控制下，CNC装置对输入的加工程序自动进行处理并发出相应的控制指令，控制机床加工工件。

图2-10CNC系统软件框图

图2-11三种典型软/硬件界面

2.3.2CNC系统的软件结构特点

1.CNC装置的多任务并行处理

CNC系统软件一般包括管理软件和控制软件两大部分。管理软件包括输入、I/O处理、显示、诊断等；而系统控制软件包括译码、刀具补偿、速度处理、插补、位置补偿等。在许多情况下，CNC的管理和控制工作必须同时进行，即所谓的并行处理。例如，当CNC系统工作在加工控制状态时，为了使操作人员能及时地了解CNC系统的工作状态，管理软件中的显示模块必须与控制软件同时运行。当CNC系统工作在NC加工方式时，管理软件中的零件程序输入模块必须与控制软件同时运行。而当控制软件运行时，其本身的一些处理模块也必须同时运行。例如，为了保证加工过程的连续性，及刀具在各程序段之间不停刀，译码、刀具补偿和速度处理模块必须与插补模块同时运行，而插补又必须与位置控制同时进行。

图2-12CNC系统的任务并行处理

2.实时中断处理

CNC系统控制软件的另一个重要特征是实时中断处理。数控机床在加工零件的过程中，有些控制任务具有较强的实时性要求。CNC系统的中断管理主要靠硬件完成，而系统的中断结构决定了系统软件的结构。其中中断类型有外部中断、内部定时中断、硬件故障中断以及程序性中断等。

(1)外部中断。主要有纸带光电阅读机读孔中断、外部监控中断(如急停、量仪到位等)和键盘操作面板输入中断。前两种中断的实时性要求很高，通常把它们放在较高的优先级上，而键盘和操作面板输入中断则放在较低的中断优先级上。

(2)内部定时中断。主要有插补周期定时中断和位置采样定时中断。在有些系统中，这两种定时中断合二为一。但在处理时，总是先处理位置控制，然后再处理插补运算。

(3)硬件故障中断。它是各种硬件故障检测装置发出的中断，如存储器出错、定时器出错、插补运算超时等。

(4)程序性中断。它是程序中出现的各种异常情况的报警中断，如各种溢出、除零等。

3.CNC系统中断结构模式在CNC系统中，中断处理是重点，工作量较大。就其采用的结构而言主要有前、后台型软件结构的中断模式与中断型软件结构的中断模式。

(1)前后台型软件结构的中断模式。在此种软件结构中，整个控制软件分为前台程序和后台程序。后台程序即背景程序其实只是一个循环运行程序，它完成管理及插补准备等功能。在背景程序的运行过程中，前台实时中断程序不断插入，与背景程序相配合，共同完成零件的加工任务。二者之间的关系如图2-13所示。

图2-13前、后台型软件结构

(2)中断型软件结构中的中断模式。中断型结构的特点是除了初始化程序之外，系统软件中所有任务模块均被安排在不同级别的中断服务程序中，整个软件就是一个大的中断系统。其管理的功能主要通过各级中断服务程序之间的相互通信来完成。表2-1所示为CNC系统各级中断的主要功能。该终端优先级共7级，其中0级为最低优先级，实际上是初始化程序；1级为主控程序，当没有其它中断时，该程序循环执行；7级为最高级。除了第4级为硬件中断(完成报警功能)之外，其余均为软件中断。

表2-1各级中断的主要功能

①

0级中断程序。0级中断程序是初始化程序，是为整个系统的正常工作做准备的。主要完成以下工作：清除RAM工作区；设置有关参数和偏移数据；初始化有关电路芯片。②

1级中断程序。1级中断程序是主控程序，即当背景程序没有其它中断时，1级中断程序始终运行。主要完成：(a)CRT显示控制；(b)ROM奇偶校验。③

2级中断服务程序。2级中断服务程序主要工作是对系统所处的各种工作状态进行处理。包括：(a)自动方式；(b)MDI方式；(c)点动增量方式；(d)手动连续进给或手轮方式；(e)示教方式；(f)编辑方式。

④

3级中断服务程序。3级中断服务程序主要完成：(a)I/O映像处理，用于PLC开关量信号控制；(b)键盘扫描和处理；(c)M、S、T处理。将辅助功能，如主轴正转及反转(M03、M04)、切削液的开关(M08、M09)、主轴转速(S指令)、换刀(M06及T指令)等控制信号输出，以控制机床动作。⑤

4级中断程序。当数控系统硬件出现故障时，由系统诊断程序进行检测，并将出错信号以指示或CRT显示出来。⑥

5级中断服务程序。主要完成：(a)插补运算；(b)坐标位置修正；(c)间隙补偿；(d)加减速控制。

⑦

6级中断服务程序。这是一种软件定时方法。通过这种定时，可以实现2级和3级的16ms定时中断，并使其相隔8ms。当2级或3级中断还没有返回时，不再发出中断请求信号。⑧

7级中断服务程序。当纸带通过光电阅读机输入时，光电阅读机每读到纸带上一排孔的信息，立即向数控系统发出一个中断请求信号，要求处理所读到的一个字符。以上是一个典型的单微处理器数控系统软件结构，该系统的位置控制由硬件处理。当位置控制用软件处理时，则位置控制程序应安排在插补同一级或更高级的中断服务程序中。

2.3.3CNC系统软件的工作过程

1.输入

CNC系统中的零件加工程序，一般是通过键盘、磁盘或可移动磁盘、DNC等方式输入的，在软件设计中，这些输入方式大都采用中断方式来完成，且每一种输入法均有一个相对应的中断服务程序。如用键盘输入时，每按一个按键，硬件就向主机CPU发出一次中断申请，若CPU响应中断，则调用一次键盘服务程序，完成相应的键盘命令的处理，键盘中断服务程序的流程图如2-14所示。

图2-14键盘中断服务程序

在CNC系统中，无论哪一种输入方法，其存储过程总是要经过零件程序的输入，然后将输入的零件程序先存放在缓冲器中，再经过缓冲器到达零件程序存储器。零件程序的存储和读取过程如图2-15所示。

图2-15程序的存取(a)零件程序存储；(b)零件程序读取

2.译码译码就是将输入的零件程序译成本系统所能识别的语言，译码的结果存放在指定的存储区内，通常称为译码结果寄存器，译码程序的功能就是把程序段中各个数据根据其前后的文字地址送到相应的寄存器中，图2-16为译码程序流程图。

图2-16译码程序流程图

译码可在正式加工前一次性将整个程序译完，并在译码过程中对程序进行语法检查，若有语法错误则报警，这种方式称为编译；另一种方式是在加工过程中进行译码，数控系统进行加工控制时，利用空闲时间来对后面的程序进行译码，这种方式称为解释。用解释方式，系统在运行用户程序之前通常也对用户程序进行扫描，进行语法检查，有错误报警。用编译方法可以节省时间，使加工控制时数控系统不至于太忙，并可以在编译的同时进行语法检查，但是需要占用较大内存。一般数控代码较简单，用解释方式占用的时间也不多，所以CNC系统常用解释方式。

3.数据处理

1)进给速度控制在开环系统中，坐标轴的运动速度是通过控制步进电机的进给脉冲频率来实现的。开环控制的速度计算是根据编程的进给速度F值来确定步进电机的进给脉冲频率。步进电机走一步，相应的坐标轴移动一个脉冲当量，进给速度F(mm/min)与进给脉冲频率的关系为

两轴联动时，各坐标轴的进给速度分别为

FX＝60fXδFY＝60fYδ

式中，、分别为X轴、Y轴的进给速度(mm/min)；、分别为X轴、Y轴步进电动机的进给脉冲频率。合成的进给速度为

F＝

在闭环或半闭环系统中，由于采用数据采样插补法进行插补计算，因此进给速度是根据编程的F值，计算出每个采样周期的轮廓步长来获得的。

2)加减速控制为了保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对传送给伺服驱动装置的进给脉冲频率或电压进行加减速控制。即在机床加速启动时，保证加在驱动电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐增大；而当机床减速停止时，保证在驱动电动机上的进给脉冲频率或电压逐渐减小。在CNC系统中，加减速控制可以在插补前进行，称为前加减速控制；也可以在插补后进行，称为后加减速控制，如图2-17所示。

图2-17前加减速和后加减速控制

前加速控制仅对指令速度F进行控制，其优点是不会影响实际插补输出的位置精度，缺点是需要预测减速点，而预测减速点的计算量较大；后加减速控制时对各轴分别进行加减速控制，不需要预测减速点，由于对各轴分别进行控制，实际各坐标轴的合成位置就可能不准确，但这种影响只是在加减速过程中才存在，进入匀速状态时这种影响就没有了。加减速实现的方式有线性加减速(匀加减速)、指数加减速和sin曲线(S)加减速。图2-18为三种加减速的特性曲线。其中，线性加减速常用于点位控制系统中；指数和S曲线加减速常用于直线和轮廓控制系统中。

图2-18加减速特性曲线(a)线性加速度；(b)指数加速度；(c) S