第三节CNC系统的软件结构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，所以是根据编程的F值计算出每个采样周期的轮廓步长，而获得进给速度。数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中，速度计算的任务是确定一个插补周期的轮廓步长，即一个插补周期T内的位移量。式中F—程编给出的合成进给速度（mm/min）；T—插补周期（ms）；ΔL—每个插补周期小直线段的长度（μm）。以上给出的是稳定状态下的进给速度处理关系。当机床起动、停止或加工过程中改变进给速度时，系统应自动进行加减速处理。第30页，共74页，星期日，2025年，2月5日第三节CNC系统的软件结构(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，即在机床加速起动时，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少。在CNC系统中，加减速控制多数采用软件来实现。加减速控制可以在插补前进行，称之为前加减速控制；也可以在插补后进行，称为后加减速控制，如同3-20所示。图3-20前加减速和后加减速控制第31页，共74页，星期日，2025年，2月5日第三节CNC系统的软件结构前加减速控制仅对编程指令速度F进行控制，其优点是不会影响实际插补输出的位置精度，其缺点是需要预测减速点，而预测减速点的计算量较大；后加减速控制是对各轴分别进行加减速控制，不需要预测减速点，由于对各坐标轴分别进行控制，实际各坐标轴的合成位置可能不准确，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）、指数加减速和正弦曲线加减速方式，图3-21为三种加减速方式的特性曲线。其中线性加减速方式常用于点位控制系统中，指数和S曲线加减速方式常用于直线和轮廓控制系统中。图3-21加减速特性曲线a）线性加减速b）指数加减速c）S曲线加减速第32页，共74页，星期日，2025年，2月5日第三节CNC系统的软件结构(3)反向间隙及丝杠螺距补偿位置精度是数控机床最重要的一项指标，通过反向间隙补偿可提高数控机床的位置精度。在点位、直线控制系统中，位置精度中的定位精度影响工件的尺寸精度；在轮廓控制系统中，定位精度影响工件轮廓加工精度。反向间隙又称失动量，是由进给机械传动链中的导轨副间隙、丝杠螺母副间隙及齿轮副齿隙、丝杠及传动轴的扭转、压缩变形以及其他构件的弹性变形等因素综合引起的。由于反向间隙的存在，当进给电动机转向改变时，会出现电动机空转一定角度而工作台不移动的现象。反向间隙补偿是在电动机改变转向时，让电动机多转动一个角度，消除间隙后才正式计算坐标运动的值，即空走不计入坐标运动。丝杠螺距累计误差是在丝杠制造和装配过程中产生的，呈周期性的变化规律。位置误差补偿是通过对机床全行程的离线测量，得到定位误差曲线，在误差达到一个脉冲当量的位置处设定正或负的补偿值。当机床坐标轴运动到该位置时，系统将坐标值加或减一个脉冲当量，从而将实际定位误差控制在一定的精度范围内，位置误差补偿数据作为机床参数存入数控系统中。图3-22所示为某数控机床一坐标轴位置误差补偿前后的定位误差曲线。第33页，共74页，星期日，2025年，2月5日第三节CNC系统的软件结构图3-22定位误差曲线a)补偿前b)补偿后第34页，共74页，星期日，2025年，2月5日第三节CNC系统的软件结构4．插补运算插补运算是CNC系统中最重要的计算工作之一。在实际的CNC系统中，常采用粗、精插补相结合的方法，即把插补功能分成软件插补与硬件插补两部分。数控系统控制软件把刀具轨迹分割成若干段，而硬件电路再在各段的起点和终点之间进行数据的“密化”，使刀具轨迹在允许的误差之内，即软件实现粗插补，硬件实现精插补。5．输出输出控制主要完成伺服控制及M、S、T等辅助功能。伺服控制包括数控系统向驱动装置发出模拟速度控制信号或一串脉冲指令，同时接受位置反馈信号，实现位置控制。S功能用于主轴转速控制，数控系统将译码后的信息传送给主轴控制系统，由主轴控制系统对主轴进行控制。M、T功能主要涉及到开关量的逻辑控制，用PLC处理。数控系统只需将译码后的信息适