1.1　CNC结构

CNC的主要功能是将输入数据进行解释并保存在内存中，然后向驱动系统发送指令，检测来自驱动系统的反馈信号；此外，CNC还可以发出辅助命令，如控制冷却液、主轴，以及报警灯等。图1.1展示了CNC的主要结构和工作流程，其中NCK内核是CNC系统的核心。

（1）解释器的作用是读取零件程序，解释零件程序中的ASCII文本，然后存储到数据缓冲区（块）中供插补器使用。简单地说，解释器是用于将G/M代码转换为CNC可理解的内部数据结构，解释器的设计和实现是一项庞大而全面的任务，因为编程手册中描述的编程规则或语法，以及操作手册中显示的操作概念，在开发解释器时都应考虑，所以Grbl中包括较全面的G/M代码解释器。一般来说，解释器按照NC程序顺序读取并解释一行指令块后执行该指令，但是解释指令的时间与执行命令的时间不一致，因此需要一个数据缓冲区来保存解释后的数据，同时为了防止因数据缓冲区数据不足导致机床停止，需要设置足够大的缓冲区。在多线程实时操作系统中，可以利用一个线程运行解释器，但在单线程时需要在主程序中循环运行解释器，直到所有NC程序段解释完成。现在的CNC有多种插补功能，使机床能够沿着特定路径移动轴。一个数控系统一般提供快速移动、线性插补、圆弧插补、螺旋插补等功能，对于复杂的CNC系统，还有更多的插补指令。目前Grbl中包括快速移动（G0）、线性插补（G1）和圆弧插补（G2，G3）。

（2）插补器的作用是顺序地从内部数据缓冲区中读取数据，计算每个轴在单位时间内的移动距离，并转成脉冲数量后将数据输入到另一个内部FIFO数据缓冲区。脉冲的数量是根据路径的长度决定的。在数控系统中，脉冲当量决定精度。例如，如果一个轴每个脉冲可以移动0.002毫米，则数控系统的精度就是0.002毫米；如果数控系统产生了25000个脉冲，则运动部件移动了50毫米；如果系统每秒产生8333个脉冲，则运动部件以每分钟1米的速度移动。

（3）为了防止每个轴因为速度的不连续导致机械振动和冲击，在插补数据被发送到位置控制器之前，要执行加/减速控制。这种在插补后，位置控制前进行的加速度控制称为“插值后加/减速（ADCBI型）”；此外也有一种“插值前加速/减速（ADCAI型）”的方法。

（4）数据被发送到位置控制器后，如果是闭环控制，位置控制器（通常是PID控制器）向电机驱动系统发出速度指令，从编码器得到实际位置作为反馈来保证控制精度；对于开环控制，数据（脉冲）被发送到电机驱动器。

整个CNC系统内部的主要结构和工作流程如图1.2和图1.3所示。