2975 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計

2975 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計,經(jīng)濟(jì)型,數(shù)控系統(tǒng),研究,鉆研,設(shè)計 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 1 章 緒論 - 1 -目 錄目 錄--------------------------------------------------------------------1摘 要 -------------------------------------------------------------------2第一章 緒論-----------------------------------------------------------------2第二章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定-----------------------------------------------32.1 系統(tǒng)總體方案--------------------------------------------------------------32.2 系統(tǒng)功能模塊及其分析-------------------------------------------------------5第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計---------------------------------------------------------73.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計-----------------------------------------------------------73.2 主模塊設(shè)計----------------------------------------------------------------83.3 輸入/輸出模塊設(shè)計----------------------------------------------------------93.4 人機界面模塊設(shè)計----------------------------------------------------------113.4.1 顯示方式的確定--------------------------------------------------------113.4.2 數(shù)控操作面板外形圖設(shè)計-------------------------------------------------123.4.3 機床操作面板設(shè)計------------------------------------------------------123.5 系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計----------------------------------------------------------133.6 PLC 在 CNC 系統(tǒng)中的應(yīng)用----------------------------------------------------133.7 系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計--------------------------------------------------------15第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計--------------------------------------------------------154.1 軟件功能設(shè)計-------------------------------------------------------------154.2 軟件結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計--------------------------------------------------------164.3 人機界面及其軟件實現(xiàn)技術(shù)---------------------------------------------------174.3.1 菜單驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用---------------------------------------------------174.4 逐點比較插補法的軟件實現(xiàn)--------------------------------------------------174.4.1 直線插補原理---------------------------------------------------------174.4.2 直線插補—G01 程序設(shè)計 ------------------------------------------------204.4.3 圓弧插補原理---------------------------------------------------------234.5 快速點定位—G00 程序設(shè)計 --------------------------------------------------264.6 暫停(延遲)指令—G04 程序設(shè)計-----------------------------------------------284.7 步進(jìn)電機正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制程序設(shè)計-------------------------------------------29鳴 謝------------------------------------------------------------------30參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------30經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 1 章 緒論 - 2 -經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計第 1 章 緒論按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平,可以把數(shù)控系統(tǒng)分為高、中、低三檔,低檔數(shù)控系統(tǒng)即可認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)是相對于標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)而言的，不同時期，不同國家和地區(qū)的含義是不一樣的。根據(jù)實際機床的使用要求，合理簡化系統(tǒng)，降低成本，即可稱為經(jīng)濟(jì)型。區(qū)別于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，將功能比較齊全的數(shù)控系統(tǒng)稱為全功能數(shù)控系統(tǒng)，或稱為標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)。就其功能而言，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)一般分辨率較低，連動軸數(shù)較少，人機接口比較簡單，造價低廉，可以說得上是最經(jīng)濟(jì)的數(shù)控系統(tǒng)。所以，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)主要指開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、維修調(diào)試簡單、運行維護(hù)費用低等特點，但受步進(jìn)電動機矩頻特性的限制，精度、進(jìn)給速度、力矩三者互相制約，性能的提高受到限制。所以，開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)一般用在精度或速度要求不高，或者力矩不大的場合。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)主要同微型計算機與步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)組成，既具有一定的數(shù)控功能，又具有造價低、使用維修方便等特點。本設(shè)計就是圍繞經(jīng)濟(jì)、實用這個核心而進(jìn)行的。本系統(tǒng)硬件采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（STD）總線，大板結(jié)構(gòu)。不采用工業(yè)控制機，自行設(shè)計專用印刷主電路板。主電路板上有多個插槽，可插入 LCD 控制板、I/O 接口控制板、步進(jìn)電機控制板等，還設(shè)有一個擴展槽以便用戶擴展系統(tǒng)功能。一塊模板基本上具有一種或二種功能，實現(xiàn)了模板級的功能分散，可以根據(jù)用戶的需要對系統(tǒng)裁剪或擴展，系統(tǒng)組成靈活。本系統(tǒng)確定單微處理器開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，因其結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)專用設(shè)備的控制要求自行設(shè)計開發(fā)，周期短、費用低、見效快。選用 INTEL 公司推出的準(zhǔn) 16 位嵌入式微控制器 8098 單片機。系統(tǒng)采用獨立型 PLC，因其具有較強的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能。本系統(tǒng)采用 LCD 顯示器，圖形點陣液晶顯示器是目前在單片機系統(tǒng)中比較流行的新型顯示器件，可以顯示所有字符及圖形，由于其可以顯示漢字的特性被廣泛用于國內(nèi)智能設(shè)備中，國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)也開始廣泛采用。作為一個簡易型數(shù)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用了 20*2 帶背光字符型液晶模塊作為主顯示界面，不有用數(shù)碼管顯示或 CRT 顯示。本系統(tǒng)采用 64 鍵（8*8）行列式鍵盤，鍵盤掃描由 Intel8279 鍵盤/顯示接口芯片完成。系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮功能的需要、操作方便的需要及系統(tǒng)復(fù)雜性的要求三個之間的關(guān)系，確定系統(tǒng)的大多數(shù)按鍵為雙功能鍵，使得整個系統(tǒng)界面簡潔。本系統(tǒng)功能精簡，實用性強，系統(tǒng)功能由硬件和軟件按照經(jīng)濟(jì)性的要求適當(dāng)劃分。軟件設(shè)計具備經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)必要的基本功能：最多二軸聯(lián)動、具備基本的準(zhǔn)備功能及輔助功能、步進(jìn)電機控制能力、直線、圓弧插補能力、串行通信能力等。第 2 章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 2 章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定- 3 -2.1 系統(tǒng)總體方案計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)由程序、輸入裝置、輸出裝置、CNC 裝置、PLC、主軸驅(qū)動裝和進(jìn)給（伺服）驅(qū)動裝置組成，如圖 2-1 所示。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)具有靈活性、通用性、可靠性，易于實現(xiàn)基本的數(shù)控功能，使用、維修也較為方便，并且與外界通信的功能。 位 置 檢 測 裝 置進(jìn) 給 電 動 機床機主 軸 電 動 機單 元速 度 控 制單 元主 軸 控 制（ PLC）可 編 程 控 制 器裝 置輸 出裝 置通 信裝 置輸 入 （ N裝 置 ）控 制 裝 置數(shù) 值計 算 機圖 2-1 CNC 系統(tǒng)組成CNC 數(shù)控系統(tǒng)由以下幾個部分組成：1) 微型計算機，包括中央處理器、存儲器、I/O 接口等。2) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)，在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中為步進(jìn)電機伺服系統(tǒng)。3) 開關(guān)量控制及主軸控制，這部分涉及到 M、T、S 代碼的執(zhí)行。4) 人機接口和通信功能。5) 控制軟件。系統(tǒng)設(shè)計的目的決定了系統(tǒng)只能采用開壞控制方式。在開壞型位置控制系統(tǒng)中，只能采用步進(jìn)電機作為伺服單元。這是由步進(jìn)電機本身的特性決定的。關(guān)于步進(jìn)電機的特性等詳細(xì)內(nèi)容見其它資料。本系統(tǒng)確定為開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)專用設(shè)備的控制要求自行設(shè)計開發(fā)，周期短、費用低、見效快。開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-2 所示。在進(jìn)行開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計時，通常要考慮以下問題：1. 系統(tǒng)功能要求設(shè)計系統(tǒng)之前，應(yīng)該明確定義系統(tǒng)的功能。在定義開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)功能時，應(yīng)以必要為度，既然是經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)，應(yīng)不求最佳，但求滿意。定義系統(tǒng)時，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實用性、開發(fā)周期和開發(fā)能力等因素，對系統(tǒng)的某些功能進(jìn)行權(quán)衡，決定取舍。1) 本系統(tǒng)具有以下主要功能和要求：2) 具有兩軸聯(lián)動的軸控制功能；3) 具有基本的準(zhǔn)備功能、進(jìn)給功能、輔助功能、PLC 等；4) 具有基本的人機對話功能，如顯示、通信功能及輸入輸出設(shè)備；5) 硬件、軟件的設(shè)計均以經(jīng)濟(jì)型為平臺；經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 2 章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定- 4 -床機軟 件 主 軸 控 制主 軸 反 饋控 制 電 路開 關(guān) 量 電 動 機步 進(jìn)驅(qū) 動 電 路步 進(jìn) 伺 服I/O口 )RAMEP(CU微 機接 口通 信與接 口人 機圖 2-2 開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2. 確定控制任務(wù)及軟件、硬件任務(wù)的劃分根據(jù)系統(tǒng)功能，可以進(jìn)一步確定系統(tǒng)的基本構(gòu)成部分及各部分要完成的控制任務(wù)。對一些控制任務(wù)要確定是用硬件來完成還是用軟件來完成，如開關(guān)量的邏輯控制可以用硬件來完成，也可以用軟件來完成。復(fù)雜的邏輯控制，用軟件來完成就要經(jīng)濟(jì)一些，而且故障率低。而用軟件完成這些功能要時間，如果微處理器時間已飽和，則一些簡單的邏輯控制就必須用硬件來實現(xiàn)。3. 確定各部分的聯(lián)系確定系統(tǒng)各部分的聯(lián)系，主要指信息方面的聯(lián)系。系統(tǒng)各個組成部分之間要傳送什么信息，以什么形式傳送，需要定義清楚。4. 確定微機系統(tǒng)確定用單微機系統(tǒng)還是多微機系統(tǒng)，選擇微機型號。選擇微機型號時，要考慮經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性，同時必須考慮開發(fā)手段、支持軟件及外圍芯片等因素。由于控制功能不十分復(fù)雜，故采用單微機處理器結(jié)構(gòu)。單微處理器結(jié)構(gòu)的 CNC 系統(tǒng)具有如下一些特點：1) CNC 系統(tǒng)內(nèi)只有一個微處理器，對存儲、插補運算、輸入輸出控制、LED 顯示等功能都由它集中控制分時處理。2) 微處理器通過總線與存儲、輸入輸出控制等各種接口相連，構(gòu)成 CNC 系統(tǒng)。3) 結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)。4) 單微處理器因為只有一個微處理器集中控制， ，其功能將受到微處理器字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運算速度等因素限制。由于插補等功能由軟件來實現(xiàn)，因此數(shù)據(jù)功能的實現(xiàn)與與處理速度成為一對矛盾。選用 INTEL 公司推出的準(zhǔn) 16 位嵌入式微控制器 8098 單片機。8098 單片機性能價格比很高，8 位機接口但具有 16 位機的速度，非常適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。5. 確定軟件結(jié)構(gòu)形式CNC 軟件可以設(shè)計成不同的結(jié)構(gòu)形式。不同的軟件結(jié)構(gòu)，對各任務(wù)的安排方式也不同，管理方式也不同。常見的 CNC 軟件結(jié)構(gòu)形式有前后臺型軟件結(jié)構(gòu)和中斷軟件結(jié)構(gòu)。前后臺型軟件結(jié)構(gòu)適合于采用集中控制的單微處理器 CNC 裝置。故本設(shè)計采用前后臺型軟件結(jié)構(gòu)。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 2 章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定- 5 -2.2 系統(tǒng)功能模塊及其分析1．系統(tǒng)操作界面按照本系統(tǒng)的設(shè)計思想，系統(tǒng)的界面設(shè)計確定圖 2-3 所示：.上 下 檔上 頁下 頁回 車插 入刪 除手 動換 刀運 行暫 停復(fù) 位 限 位暫 停上 下 檔 切 換電 源圖 2-3 系統(tǒng)人機界面圖其中，30 個按鍵中的 12 個為雙功能鍵，按鍵的功能簡單說明如下：復(fù)位——系統(tǒng)在死機、工作出錯等情況下的總清鍵，使系統(tǒng)回復(fù)設(shè)計的原始狀態(tài)。運行——自動運行用戶的零件加工程序，包括程序的語法檢查、數(shù)據(jù)處理、編譯、插補運算及步進(jìn)電機控制等。暫停——自動加工的暫停，是一個乒乓鍵，按一次，加工暫停，再按一次，繼續(xù)加工。換刀——用于手工換刀，每按一次，電動刀架轉(zhuǎn)一個工位，本系統(tǒng)中為 。o90手動——與“←、↑、→、↓”配合，以實現(xiàn)動作臺的連動；在編輯程序時為光標(biāo)移動鍵。數(shù)字 1—9——均為雙功能鍵，用于程序輸入，用“上下檔”鍵進(jìn)行切換。G——準(zhǔn)備功能鍵，用于 ISO 加工程序輸入。M——輔助功能鍵，用于冷卻泵的啟/停、程序的結(jié)束等程序段的輸入。插入——用于程序編輯過程中“插入/修改”方式的切換。也是乒乓鍵，用塊光標(biāo)或下劃線光標(biāo)指示。刪除——在插入方式下，刪除當(dāng)前光標(biāo)位置前的字符；在修改方式下，刪除當(dāng)前光標(biāo)位置字符。上頁——程序上翻到上一程序段。相當(dāng) PC 機的 PageUp 鍵。下頁——程序下翻到下一程序段，與上頁鍵盤緩沖區(qū)一樣是一個屏幕編輯鍵。相當(dāng)于 PC 機的 PageDown 鍵?；剀嚒_認(rèn)鍵。Esc——相當(dāng)于 PC 機的 Esc 鍵。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 2 章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定- 6 -2．系統(tǒng)功能模塊與總體框架系統(tǒng)從總體上分為人機界面模塊、步進(jìn)電機控制模塊、LCD 顯示控制模塊、串行通信模塊及基于8098 單片機的主控模塊等 5 大模塊，如圖 2-4： 模 塊模 塊 模 塊模 塊 步 進(jìn) 電 機 控 制串 行 通 信人 機 界 面 主 控 模 塊 LCD顯 示 控 制圖 2-4 系統(tǒng)模塊與總體框圖3．模板式硬件系統(tǒng)框架為了系統(tǒng)今后的功能擴充，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性，這個經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)由 3 個相對獨立的子系統(tǒng)構(gòu)成，即：CPU 子系統(tǒng)及 I/O 子系統(tǒng)及鍵盤/顯示子系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)以 8098 為核心，擴展了 16KB 的用戶加工程序區(qū)，具有掉電保護(hù)功能；通過鍵盤管理接口芯片 8279 擴展鍵盤，利用其上下檔功能實現(xiàn)了按鍵的雙功能，簡化了鍵盤；I/O 接口孖系統(tǒng)的核心是8255，通過它擴展了步進(jìn)電機接口以及其它預(yù)留的螺紋加工用光電編碼接口等。4．系統(tǒng)軟件框架本系統(tǒng)在臨近軟件的設(shè)計過程中，力圖體現(xiàn)“加強容錯性，方便使用的原則，采用模塊化設(shè)計，全程菜單驅(qū)動，共有 5 大模塊組成：通信模塊、自動模塊、參數(shù)設(shè)置、編輯模塊、手動模塊。系統(tǒng)軟件框圖見圖 2-5：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 2 章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定- 7 -冷 啟 動系 統(tǒng) 自 檢系 統(tǒng) 初 化顯 示 主 菜 單等 待 按 健 并 判 鍵 處 理 通 信 模 塊編 輯 模 塊參 數(shù) 設(shè) 置自 動 模 塊手 動 模 塊圖 2-5 系統(tǒng)軟件原理框圖第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1 數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)控裝置是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心，其硬件結(jié)構(gòu)按 CNC 裝置中各印制電路板的插接方式可以分為大板式結(jié)構(gòu)和功能模塊式結(jié)構(gòu)。（1）大板式結(jié)構(gòu) CNC 裝置可由主電路板、位置控制板、PLC 板、圖形控制板和電源單元等組成。主電路板是大印制電路板，其它電路是小印制電路板，它們插在大印制電路板上的插槽內(nèi)而共同構(gòu)成CNC 裝置。（2）功能模塊式結(jié)構(gòu)將整個 CNC 裝置按功能劃分為模塊，硬件和軟件的設(shè)計都采用模塊化設(shè)計方法，即每一個功能模塊被做成尺寸相同的印制電路板（稱功能模板） ，相應(yīng)功能模塊的控制軟件也模塊化。從本系統(tǒng)設(shè)計目的和用戶使用角度出發(fā)，本設(shè)計選用大板式結(jié)構(gòu)。板式結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖示。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計- 8 -連 接 單 元 (DI/O)板擴 展 槽步 進(jìn) 電 機 控 制 板控 制 用 ROM板I/接 口LCD控 制 板機 床 強 電 柜位 置 控 制外部位置顯示手搖脈沖發(fā)生器T1端 子T1端 子 速 度控 制單 元X軸Y軸單 元控 制速 度 CNCN C15 RS23CCADXMDI&LCAXCNTMD10C607C8AWTROMCPU主 印 刷 板圖 3-1 主電路板結(jié)構(gòu)圖圖中主電路板（大印制電路板）上有控制核心電路、位置控制電路、紙帶閱讀機接口、速度控制量輸出接口、手搖脈沖發(fā)生器接口、I/O 控制板接口和五個小印制電路板插槽?？刂坪诵碾娐窞槲C基本系統(tǒng)，由 CPU、存儲器、定時和中斷控制電路組成，存儲器包括 ROM 和 RAM，ROM（采用 EPROM）用于固化數(shù)控系統(tǒng)軟件，RAM 存放可變數(shù)據(jù)，如堆棧數(shù)據(jù)和控制軟件暫存數(shù)據(jù)，對數(shù)控加工程序和系統(tǒng)參數(shù)等可變數(shù)據(jù)存儲區(qū)域具有掉電保護(hù)功能。五個插槽內(nèi)分別可插入用于保護(hù)數(shù)控加工程序和磁泡存儲器板，LCD 顯示控制板、I/O 接口板、步進(jìn)電機控制板等。除了上面提到的主要電路外，在 CPU 板上還包括諸如復(fù)位、STD 總線緩沖/驅(qū)動一些電路。3.2 主模塊設(shè)計1．主模塊中關(guān)鍵器件及其選型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計- 9 -（1）單片機CPU 是整個 CNC 系統(tǒng)的核心，CPU 性能的好壞直接影響著 CNC 系統(tǒng)的性能。當(dāng)前單片機價格較低、可靠性高，適用于控制。所以，選擇單片機做控制器比較合適，如 INTEL 公司的8031、8032、8096、8098 等。其中 8031、8032 為 8 位機，8096 為 16 位機，8098 為準(zhǔn) 16 位機。就本設(shè)計的任務(wù)來看，開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)選擇 8098 較為經(jīng)濟(jì)合理。據(jù)有關(guān)資料介紹，8098 的實際運算速度可達(dá) 8031 的 5--6 倍，而價格也不太高。（2）存儲器的選用存儲器應(yīng)符合以下要求：1) 系統(tǒng)掉電后可靠保存關(guān)鍵程序和數(shù)據(jù)2) 具有高可靠上電、掉電及強電磁沖擊等數(shù)據(jù)保護(hù)功能3) 讀/寫次數(shù)無限4) 讀/寫速度快，讀/寫方式簡單5) 工業(yè)化設(shè)計，適用于潮濕、震動、輻射、高低溫等惡劣環(huán)境8098 可尋址外部存貯空間為 64KB?？紤]到數(shù)控系統(tǒng)的運行環(huán)境以及數(shù)控系統(tǒng)對加工程序數(shù)據(jù)掉電保護(hù)的要求，本系統(tǒng)采用程序存貯器與數(shù)據(jù)存貯器合二為一的普林斯頓，使用了 8098 的大部分可尋址存貯空間，程序存貯器的存貯空間為 32KB、地址 0100—7FFFH，采用 32KB EPROM 芯片 27256，用于存放 CNC 系統(tǒng)的管理控制程序及數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存貯器的存貯空間為 31KB，地址 8000H—0F800H，采用 32KB SRAM 芯片 62256，用于存放 CNC 系統(tǒng)的零件程序、機床參數(shù)及系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存貯器所存數(shù)據(jù)在系統(tǒng)掉電后不應(yīng)丟失。為此對數(shù)據(jù)存貯器實行掉電保護(hù)。系統(tǒng)存貯空間分配見表 3-1。表 3-1 系統(tǒng)存貯空間分配表0FE00H~0FFFFH 空0FC00H~0FDFFH 顯示存貯器0FB00H~0FBFFH 空0FA00H~0FAFFH I/O 外設(shè)0F900H~0F9FFH 空0F800H~0F8FFH 鍵盤/顯示控制器8000H~0F7FFH 數(shù)據(jù)存貯器2080H~7FFFH 程序存貯器2012H~207FH 芯片配置字節(jié)及系統(tǒng)保留存貯單元2000H~2011H 中斷向量1FFEH~1FFFH PORT3，40100H~1FFEH 程序存貯器0000H~00FFH 內(nèi)部 RAM、堆棧指針及特殊功能寄存器2．主模塊電原理圖設(shè)計主模塊電原理圖如圖。為了提高總線負(fù)載能力，對數(shù)據(jù)總線采用雙向總線驅(qū)動器 74HC245 進(jìn)行驅(qū)動。2 片 GAL16V8 實現(xiàn)地址譯碼，產(chǎn)生接口片選信號、液晶模塊等的邏輯控制要求。3.3 輸入/輸出模塊設(shè)計1.鍵盤的選用鍵盤是輸入、修改、刪除零件程序、機床參數(shù)等數(shù)據(jù)的主要手段。本系統(tǒng)采用 64 鍵（8*8）行列式鍵經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計- 10 -盤，鍵盤掃描由 Intel8279 鍵盤/顯示接口芯片完成，接口地址為 0F800H。當(dāng)組成無 CRT 顯示的 CNC 最簡系統(tǒng)時，采用 LED 顯示塊進(jìn)行顯示，8279 芯片可提供最多 16 位的 LED 顯示控制。2. 開關(guān)量輸入/輸出CNC 裝置不僅能夠控制機床的進(jìn)給系統(tǒng)，而且還應(yīng)具有一定的開關(guān)量輸入/輸出能力。開關(guān)量輸入/輸出板主要用來控制主軸的起動與停止、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，冷卻液的開關(guān)以及接收機床限位信號。由可編程并行 I/O 擴展接口 8255、地址譯碼電路、STD 總線緩沖電路及光電耦合器組成。圖 3-3 所示為開關(guān)量輸入/輸出板的邏輯框圖。8255 接口地址為 0FAB0H~0FAB3H。8255 的 A 口和 B口編程為輸入緩沖方式，可以輸入 16 位開關(guān)量信號；C 口編程為輸出鎖存方式，可以輸出 8 位開關(guān)量信號，而且可以位控輸出。為了提高系統(tǒng)的搞干擾能力，微機與機床（強電線路）之間采用了光電耦合器。開關(guān)量輸入/輸出信號見表 3-2。表中，NC 指未連接的位線，這些位線可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行連接，以擴展系統(tǒng)的功能。3-2 開關(guān)量輸入/輸出信號表PORT A0 1 2 3 4 5 6 7正向限位 反向限位 NC NC NC NC NC NCPORT B0 1 2 3 4 5 6 7NC NC NC NC NC NC NC NC（一）輸入信號PORT C0 1 2 3 4 5 6 7主軸啟/停 主軸正/反 冷卻液開/關(guān) NC NC NC NC NC（二）輸出信號3．步進(jìn)電機控制接口x,y 兩軸采用 3 相 6 拍步進(jìn)電機，因此各需要 3 條控制口線，即圖 3-2 中的 8255 的 PA 口低 6 位。經(jīng) 74HC245 單向驅(qū)動后，通過 2 片 TLP521-4 光電隔離，形成 x,y 所需的 3 相控制信號，送往步進(jìn)電機驅(qū)動電源。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計- 11 -28930147123765404321098576234567123456784516099018765432 8BAB01APPCBSRETAWD65 XGND2CVEDIRDIRE+V9 +4V+KAIHCHCJ1ZCBATLP2-H+VEDIRKA9圖 3-2 步進(jìn)電機接口電路圖3.4 人機界面模塊設(shè)計3.4.1 顯示方式的確定1．單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用顯示方式在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，目前比較常用的顯示介質(zhì)有數(shù)碼管（LED） 、液晶顯示（LCD）及 CRT 等，在家用電器中用兵比較多的是真空熒光屏（VFD） 。2．顯示方式確定（1）顯示方式確定為字符型液晶顯示本系統(tǒng)采用 LCD 顯示器，圖形點陣液晶顯示器可以顯示所有字符及圖形，由于其可以顯示漢字的特性被廣泛用于國內(nèi)智能設(shè)備中，國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)也開始廣泛采用。作為一個簡易型數(shù)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用了 20*2 帶背光字符型液晶模塊作為主顯示界面，不有用數(shù)碼管顯示或 CRT 顯示。這樣做的目的有 3 個：A. 液晶顯示方式具有顯示容量大、可以顯示所有字符及自定義字符的能力。至于不能顯示圖形以實現(xiàn)加工曲線動態(tài)顯示的缺陷，可以通過上位機模擬住址加工來彌補。B. 液晶顯示模塊自身具有控制器，可以減輕主 CPU 的負(fù)擔(dān)。C. 使系統(tǒng)具有菜單驅(qū)動的基本素質(zhì)。采用菜單驅(qū)動方式實現(xiàn)編輯模塊的全屏幕編輯功能，達(dá)到友好的人機界面要求。（2）液晶模塊與單片機的軟硬件接口①與 8098 單片機的硬件接口該液晶模塊與 8098 單片機的接口如圖 3-3 所示.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計- 12 -譯 碼 輸 出（ 0－ ） 模 塊圖 3-3 液晶模塊與 8098 單片機接口②液晶模塊的軟件接口程序液晶模塊 LCD 的口地址定義如下：CMD_RD_LCD EQU 0D001H ；讀寫態(tài)口CMD_WR_LCD EQU 0D000H ；寫命令口DATA_RD_LCD EQU 0D003H ；讀狀態(tài)口 DATA_WR_LCD EQU 0D002H ；寫數(shù)據(jù)口RET上 下 檔 指 示接 8279的 引 腳雙 穩(wěn) 態(tài)觸 發(fā) 電 路上 下 檔 鍵圖 3-4 按鍵上下檔功能實現(xiàn)的電路原理圖（２）數(shù)控系統(tǒng)中手動方式下連動功能的程序?qū)崿F(xiàn)８２７９有３種基本工作方式：鍵盤掃描、傳感矩陣及選項卡通輸入。大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常采用鍵盤掃描方式。這２種鍵盤掃描方式的特點是：按鍵時自動消彈，并且當(dāng)鍵盤緩沖區(qū)中有鍵值時ＩＲＱ為高，否則為低。由于這個特點，單純的鍵盤掃描方式很難實現(xiàn)按鍵的連動功能。原因是：按鍵后，必須先讀取鍵值并判鍵，才能執(zhí)行相應(yīng)的動作；而此時鍵盤緩沖區(qū)的鍵值已空，因此就無法知道當(dāng)前的按鍵狀態(tài)，因而無從判斷是否執(zhí)行連動操作。通過對傳感矩陣方式的分析可知，當(dāng)傳感器的狀態(tài)有變化時過境遷最佳值引起ＩＲＱ信號變高；因此，如果將ＩＲＱ與ＣＰＵ的某一口線，例如８０３１的 P1.6 相連，就可以據(jù)此判斷按鍵的狀態(tài)變化，以實現(xiàn)連動功能。3.4.2 數(shù)控操作面板外形圖設(shè)計本數(shù)控系統(tǒng)的 NC 鍵盤與顯示器的構(gòu)成詳見設(shè)計 1 號圖紙.其中,顯示器為圖形點陣液晶顯示器, 可經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計- 13 -以顯示所有字符及圖形. 系統(tǒng)設(shè)計中充分考慮功能的需要、操作方便的需要及系統(tǒng)復(fù)雜性的要求三都之間的關(guān)系，確定系統(tǒng)的大多數(shù)按鍵為雙功能鍵，使得整個系統(tǒng)界面簡潔。3.4.3 機床操作面板設(shè)計操作面板所具有的按鍵與旋鈕：1. 電源接通與關(guān)斷. 2. 緊急停止與復(fù)位 3. 超程解除 4. 方式選擇(自動,單段, 步進(jìn) , 點動, 回零, 手搖) 5. 手動運行( 手動運行包括:手動回參考點,點動進(jìn)給,步進(jìn)進(jìn)給以及手搖脈沖發(fā)生器進(jìn)給) 6. 坐標(biāo)軸選擇 7.點動(JOG) 進(jìn)給及進(jìn)給速度選擇 8.增量(步進(jìn)) 進(jìn)給及增量倍率 9.手搖進(jìn)給及倍率 10.返回參考點 11.主軸起停與速度選擇 12.刀具夾緊/松開 13.冷卻液開/ 關(guān) 14.循環(huán)啟動 15.進(jìn)給保持 16. 機床鎖定 17.Z 軸鎖定 18.M.S.T 鎖定.急 停 手 搖 脈 沖 發(fā) 生 器9012+-主 軸 反 轉(zhuǎn)主 軸 停主 軸 正 轉(zhuǎn)-JOG快 進(jìn)+任 選 程 序 段超 程 解 除 MST鎖 定Y軸 鎖 定機 床 鎖 定空 運 行 刀 松 /刀 緊冷 卻 液 開 關(guān)進(jìn) 給 保 持循 環(huán) 程 序 增 量 倍 率坐 標(biāo) 選 擇 ZX主 軸超 程NC機 床 報 警電 源 AY主 軸 修 調(diào)進(jìn) 給 修 調(diào)方 式 選 擇 1605432回 零手 搖點 動步 進(jìn)單 段自 動開關(guān)圖 3-6 機床操作面板3.5 系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)控裝置、控制設(shè)備和機床間的接口符合“機床/數(shù)控接口”標(biāo)準(zhǔn)。如圖 3-7 所示，標(biāo)明了數(shù)控裝置、控制設(shè)備和機床間的接口范圍。數(shù)控裝置與機床及機床電器設(shè)備之間的接口分為四種類型。第 A 類：與驅(qū)動有關(guān)的連結(jié)電路，主要是與坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動和主軸驅(qū)動的連結(jié)電路。第 B 類：數(shù)控裝置與測量系統(tǒng)和測量傳感器之間的連結(jié)電路。第 C 類：電源及保護(hù)電路。第 D 類：開/關(guān)信號與代碼信號連結(jié)電路。系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)圖設(shè)計詳見設(shè)計圖紙 2 號圖紙。3.6 PLC 在 CNC 系統(tǒng)中的應(yīng)用PLC 在數(shù)控系統(tǒng)中是介于數(shù)控裝置與機床之間的中間環(huán)節(jié)，根據(jù)輸入的離散信息，在內(nèi)部進(jìn)行邏輯運算，并完成輸入∕輸出控制功能，PLC 用在 CNC 系統(tǒng)中有內(nèi)裝型和獨立型之分。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計- 14 -1.內(nèi)裝型與獨立型的比較(1) 內(nèi)裝型 PLC內(nèi)裝型 PLC 的 CNC 系統(tǒng)框圖如圖 3-8 所示。它與獨立型 PLC 相比具有如下特點：DI/O電路 冷 卻 、 排 屑換 刀 動 作輔 助 動 作電 機伺 服電 機主 軸單 元伺 服 驅(qū) 動單 元主 軸 驅(qū) 動強 電 電 路面 板機 床 操 作面 板MCRTPLN圖 3-8 內(nèi)裝型 PLC 的 CNC 系統(tǒng)框圖1) 內(nèi)裝型 PLC 的性能指標(biāo)同所從屬的 CNC 系統(tǒng)的性能、規(guī)格來確定。它的硬件和軟件部分被作為CNC 系統(tǒng)的基本功能統(tǒng)一設(shè)計。具有結(jié)構(gòu)緊湊、適配能力強等優(yōu)點。2) 內(nèi)裝型 PLC 有與 CNC 共用微處理器和具有專用微處理器兩種類型。前者利用 CNC 微處理器的余力來發(fā)揮 PLC 的功能，I∕O 點數(shù)較少；后者由于有獨立的 CPU，多用于順序程序復(fù)雜、動作速度要求快的場合。3) 內(nèi)裝型 PLC 與 CNC 其它電路通常裝在一個機箱內(nèi)，共用一個電源和地線。4) 內(nèi)裝型 PLC 的硬件電路可與 CNC 其它電路制作在同一塊印制電路板上，也可以單獨制成附加印制電路板，供用戶選擇。本系統(tǒng)采用附加印制電路板型式。5) 內(nèi)裝型 PLC，對外沒有單獨配置的輸入∕輸出電路，而使用 CNC 系統(tǒng)本身的輸入∕輸出電路。6) 采用 PLC，擴大了 CNC 內(nèi)部直接處理的窗口通信功能，可以使用梯形圖編輯和傳送高級控制功能，且造價低，提高了 CNC 的性能價格比。內(nèi)裝型 PLC 與 RLC（繼電器邏輯電路）相比，具有響應(yīng)速度快、控制精度高、可靠性高、柔性好、易與計算機聯(lián)網(wǎng)等高品質(zhì)的功能。(2) 獨立型 PLC獨立型 PLC 與 CNC 機床的關(guān)系如圖 3-9 所示。獨立型 PLC 的特點如下：1) 根據(jù)數(shù)控機床對控制功能的要求，可以靈活地選購或自行開發(fā)通用行 PLC。一般來說，數(shù)控車床、銑加工中心等單機數(shù)控設(shè)備所需 PLC 的 I/O 點數(shù)多在 128 點以下，少數(shù)復(fù)雜設(shè)備在 128 點以上，選用微型或小型 PLC 即可。而大型數(shù)控機床、FMC 或 FMS、FA、CIMS，則需要選用中型和大型PLC。2) 要進(jìn)行 PLC 與 CNC 裝置的 I/O 連接，PLC 與機床側(cè)的 I/O 連接。CNC 和 PLC 裝置均有自己的 I/O 連經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設(shè)計- 15 -接電路，需將對應(yīng)的 I/O 信號的接口電路連接起來。通用型 PLC，一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式籠箱內(nèi)。I/O 點數(shù)可通過 I/O 模塊或者插板的增減靈活配置，使得 PLC 與 CNC 的 I/O 信號的連接變得簡單。3) 可以擴大 CNC 的控制功能。在閉環(huán)（或半閉環(huán)）數(shù)控機床中，采用 D/A 和 A/D 模塊，由 CNC 控制的坐標(biāo)運動稱為插補坐標(biāo)，而由 PLC 控制的坐標(biāo)運動稱為輔助坐標(biāo)，從而擴大了 CNC 的控制功能。PLC裝 置DI/O電路 電路 電路 冷 卻 、 排 屑換 刀 動 作輔 助 動 作電 機伺 服電 機主 軸單 元伺 服 驅(qū) 動單 元主 軸 驅(qū) 動強 電 電 路面 板機 床 操 作面 板MDI/RTN圖 3-9 獨立型 PLC 的 CNC 機床系統(tǒng)框圖2. PLC 形式的確定獨立型 PLC 具有較強的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能，成為 CNC 與上級計算機聯(lián)網(wǎng)的重要設(shè)備。獨立型 PLC,具有完備的硬件與軟件,能夠獨立的完成規(guī)定的控制任務(wù).獨立型 PLC 無需由編程人員編制相應(yīng)的控制軟件，考慮到編程的工作量，本系統(tǒng)選用獨立型 PLC。為提供用戶使用 8 個輸入，8 個輸出點,及考慮系統(tǒng)本身占用輸入/輸出點數(shù)目,選用小型 PLC,因其所需 PLC 的 I/O 接口點數(shù)在 128 點以下,選取 EX40 型號獨立型 PLC.3．獨立型 PLC 與機床的信息傳遞1) PLC 向機床傳遞的信息。主要是控制機床各執(zhí)行元件的執(zhí)行信號。如電磁閥、接觸器、電磁鐵以及確保機床各運動部件狀態(tài)的信號和故障顯示。2) 機床向 PLC 傳遞的信息。主要是機床操作面板上操作元件信息。例如，各坐標(biāo)軸的正反起停、刀架回轉(zhuǎn)方向選擇、數(shù)控系統(tǒng)啟動、進(jìn)給停止等控制信息；各坐標(biāo)軸運動限位及基準(zhǔn)點越位、主軸機械變速選擇、刀架夾緊與放松等限位開關(guān)信息；系統(tǒng)故障保護(hù)、主軸調(diào)節(jié)器保護(hù)及狀態(tài)信息監(jiān)視信息；伺服系統(tǒng)運行準(zhǔn)備信息等。3.7 系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計本系統(tǒng)確定單微處理器開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，選用 INTEL 公司推出的準(zhǔn) 16 位嵌入式微控制器 8098 單片機。系統(tǒng)采用獨立型 PLC，選用圖形點陣液晶顯示器。所有要用的芯片能過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連系起來，具體電氣原理圖參見設(shè)計圖紙 1 號圖。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計- 16 -第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 軟件功能設(shè)計1.控制軸數(shù)本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn) X、Z 兩軸聯(lián)動。2．插補方式能夠完成直線、圓弧插補3.準(zhǔn)備功能G00—快速點定位G01—直線插補G02—順時針圓弧插補G03—逆時針圓弧插補G04—延時(暫停)4.進(jìn)給功能用 F 字母和后續(xù)的數(shù)值指定.由于主機的限制,本系統(tǒng)的快速進(jìn)給速度為 5M/S,用 G00 指令.5.輔助功能M00—程序中停M02—程序結(jié)束M03—主軸順時針旋轉(zhuǎn)M04—主軸逆時針旋轉(zhuǎn)M05—主軸停止M08—冷卻液開M09—冷卻液關(guān)6.補償功能包括刀具半徑和刀具長度補償及反向間隙補償7.字符顯示功能本系統(tǒng)采用 LCD 顯示器，圖形點陣液晶顯示器可以顯示所有字符及圖形.4.2 軟件結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計1.CNC 軟件結(jié)構(gòu)模式分析所謂結(jié)構(gòu)模式是指系統(tǒng)軟件的組織管理方式,即系統(tǒng)任務(wù)的劃分方式、任務(wù)調(diào)度機制、任務(wù)間的信息交換機制以及系統(tǒng)集成方法等。CNC 裝置結(jié)構(gòu)模式有前后臺型結(jié)構(gòu)模式與中斷型結(jié)構(gòu)模式。A．前后臺型結(jié)構(gòu)模式將 CNC 裝置軟件劃分成兩部分：前臺程序和后臺程序。前臺和后臺程序內(nèi)部各子任務(wù)采用的是順序調(diào)度。這種結(jié)構(gòu)在前臺和后臺內(nèi)無優(yōu)先級等級，也無搶占機制，因而，實時性差。所以該結(jié)構(gòu)適用控制功能較簡單的系統(tǒng)。B．中斷型結(jié)構(gòu)模式是將除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務(wù)模塊分別安排在不同級別的中斷服務(wù)程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件與軟件組成）對各通級中斷服務(wù)程序?qū)嵤┱{(diào)度管理。該結(jié)構(gòu)中任務(wù)的調(diào)度采用的是優(yōu)先搶占調(diào)度。這類系統(tǒng)實時性好，但模塊的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不得于對系統(tǒng)的維護(hù)和擴充。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計- 17 -2.軟件結(jié)構(gòu)確定前后臺型軟件結(jié)構(gòu)適合于采用集中控制的單微處理器 CNC 裝置，與本系統(tǒng)的單微處理器形式相符。中斷型結(jié)構(gòu)模式實時性好，但模塊的關(guān)系復(fù)雜，耦合度大，不得于對系統(tǒng)的維護(hù)和擴充。本系統(tǒng)控制功能較簡單，相比之下，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)宜選用前后臺型軟件結(jié)構(gòu)。4.3 人機界面及其軟件實現(xiàn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的用戶是廣大中小型企業(yè)或勞動密集型企業(yè).由于操作人員的技術(shù)水平和文化素質(zhì)普遍不是很高,數(shù)控系統(tǒng)又及是面向小批量零件的加工的一種機加裝備;因此,提高編輯模塊的容錯性,方便性,是十分必要的.本系統(tǒng)中主要采用了菜單驅(qū)動技術(shù)和全屏幕編輯技術(shù),實現(xiàn)了比較友好的系統(tǒng)人機界面.4.3.1 菜單驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用菜單驅(qū)動技術(shù)在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用已日益廣泛,這主要歸功于菜單化操作帶來的便捷和輕松.在本數(shù)控系統(tǒng)中,就應(yīng)用了全程菜單驅(qū)動技術(shù).現(xiàn)將這種技術(shù)在單片機系統(tǒng)上的實現(xiàn)做一簡單說明.(1)菜單驅(qū)動的物理條件要實現(xiàn)菜單驅(qū)動,顯然,系統(tǒng)首先要有菜單顯示能力.由于本系統(tǒng)采用字符液晶模塊作為顯示界面,一屏可顯示 40 字符,因此具備菜單驅(qū)動的基本條件;而且液晶模塊的反像顯示特性,可使系統(tǒng)十分容易得到菜單的光條效果,這對于完備的菜單是必須的.(2)菜單驅(qū)動的軟件實現(xiàn)以系統(tǒng)編輯模塊為例,說明菜單驅(qū)動的有條理.先看圖 4-1 編輯模塊菜單結(jié)構(gòu):子 菜 單 12子 菜 單菜 單 項圖 4-1 編輯模塊菜單結(jié)構(gòu)其程序設(shè)計思想是:選中主菜單中的 EDIT 菜單項后,顯示其下的孖菜單 111;通過光條移動選中 erase子項后,回車確認(rèn),則顯示其下的子菜單 1112;按鍵“↑↓”控制光條移動,通過回車鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作.4.4 逐點比較插補法的軟件實現(xiàn)4.4.1 直線插補原理①偏差計算公式經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計- 18 -按逐點比較法原理,必須把每一個插值點的實際位置與給定軌跡的理想位置間的誤差即偏差計算出來.根據(jù)偏差的正負(fù)決定下一步走向,逼近給定軌跡.假定加工如圖 4-2 所示:圖 4-2 第一象限直線 取直線起點為坐標(biāo)有缺點,終點坐標(biāo)( , )是已知的.M( , )為加工點,若 m 在 OA 直線上,則根據(jù)exymxy相似三角形關(guān)系可得: / = / ， 即 - =0meexey由此要嘚直線插補的偏差判別式為= - (4-1)Fyexe若 =0, m 點在 OA 直線上;F若 >0, 點在直線 OA 上方;'若 0 + x F3=F2- =-2eyΣ=74 F0 + x F5=F4- =0eyΣ=56 F=0 + x F6=F5= =-4 Σ=47 F0 + x F8=F7- =-2yΣ=29 F0 + y F10=F9- =0yΣ=0(3)4 個象限直線挺補的偏差符號及進(jìn)給方向如圖 4-3 所示.經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計- 20 -圖 4-3 4 象限直線的偏差符號與進(jìn)給方向由圖可知,第二象限的直線 OA2,其終點坐標(biāo)為(- , ),在第一象限有一條對稱于 y 軸的直線 OA1,exy其終點坐標(biāo)為( , ).當(dāng)從 O 點出發(fā),按第一象限直線 OA1 進(jìn)行插補時,若把沿 x 軸正向進(jìn)給改為 xexy軸負(fù)方向進(jìn)給,這時實際插補所得的就是第二象限直線 OA2.第二象限直線 OA2 插補時,偏差計算公式與第一象限直線 OA1 的偏差計算公式相同,判別在 x 軸的進(jìn)給方向,同理,如果插補第三象限終點為(-,- )的直線 ,只要插補終點值為( , )的第一象限的直線,而將輸出的進(jìn)給脈沖由+x 變?yōu)?x,+yexyey方向即可.以此類推,4 個象限所有的偏差計算公式和進(jìn)給方向死于下表 4-2:表 4-2 直線插補公式及進(jìn)給方向表F≥0 FZ 向進(jìn)給MOV A, #02H ；走+X 一步MOV F_ORIENT, ALCALL DISP_XZ ；顯示原坐標(biāo)LCALL MAN_MOVE ；走步LCALL DISP_XZ ；顯示新坐標(biāo)CLR CMOV A, Fz3SUBB A, Ze3MOV Fz3, AMOV A, Fz2SUBB A, Ze2MOV Fz2, AMOV A, Fz1SUBB A, Ze1MOV Fz1, A ；計算 F-Ze->FDYXXL3: CLR CMOV A, BS3SUBB A, #01HMOV BS3, AMOV A, BS2SUBB A, #00H ；終點判值減 1MOV BS2, AMOV A, BS1SUBB A, #00HMOV BS1, AORL A, BS2ORL A, BS3JNZ DYXXL2 ；判 0,未完繼續(xù)RET ；插補結(jié)束返回DYXXL4: MOV A, #04H ；走+Z 一步MOV F_ORIENT, ALCALL DISP_XZ ；顯示原坐標(biāo)LCALL MAN_MOVE ；走步LCALL DISP_XZ ；顯示新坐標(biāo)CLR CMOV A, Fz3ADD A, Xe3MOV Fz3, A經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計- 23 -MOV A, Fz2ADDC A, Xe2MOV Fz2, AMOV A, Fz1ADDC A, Xe1MOV Fz1, A ；計算 F+Xe->FLJMP DYXXL3 ；轉(zhuǎn)判終點4.4.3 圓弧插補原理①偏差計算公式以第一象限逆圓為例,討論偏差計算公式的推導(dǎo)方法.如圖 4-5。圖 4-5 第 1 象限逆圓設(shè)要加工圓弧 AB,圓弧的圓心在坐標(biāo)原點,圓弧的起點 A( , ),終點 B( , ),圓弧的半徑為 R.令0xyexy瞬時加工點為 m( , ).它與圓心的距離為 .比較 和 R,可比較比較它們的平方值. mxymR= +2Rmx2y= +0因此可得圓弧偏差判別公式如下:= - = + - (4-4)F22m2若 =0,表明加工點 m 在圓弧上;mF>0,表明加工點 m 在圓弧外;04F-x = -2 +1=-15F4x=3, =35Σ=4-1=36 06F-x = -2 +1=17F6x=3, =47xyΣ=2-1=18 >07-x = -2 +1=087=0, =48Σ=0表 4-3 圓弧插補過程(3)4 個象限圓弧插補計算公式前面以第一個逆圓為例推導(dǎo)計算公式并指出了根據(jù)偏差符號確定進(jìn)給方向.其他 3 個象限的逆圓偏差計算公式可以通過與第一象限的逆圓,順圓相比較而得到.下面先推導(dǎo)第一象限順圓的偏差計算公式.高加工點現(xiàn)處于 m( , )點,若偏差 ≥0,則沿-y 軸向mxymF進(jìn)給一步,到 m+1 點,新加工點坐標(biāo)( , -1),求出新的偏差為:mxy= -2 +11?F若偏差 <0,則沿+x 軸進(jìn)給一步,到 m+1 點,新加工點坐標(biāo)是( +1, ),新的偏差為:mF= +2 +1這樣便可以第一象限的逆圓,順圓為基準(zhǔn),推導(dǎo)其他 3 個象限的逆圓,順圓插補計算公式.下面分別是以符號 S , S , S , S 表示第 1-4 象限的順圓,以符號 N , N , N , N 表1R234R1R234R示第 1-4 象限的逆圓.所有 4 個象限 8 種圓弧的偏差計算公式和坐標(biāo)進(jìn)給方向列于下表 4-4。偏差符號 ≥0mF偏差符號 <0mF圓弧坐標(biāo)及方向進(jìn)給方向偏差計算 坐標(biāo)計算 圓弧坐標(biāo)及方向進(jìn)給方向偏差計算 坐標(biāo)計算S , N1R2-Y S , N1R4+XS , N34+Y= -21?m+1y=1?mx= -1yS , N32-X = +1?m2 +1x=1?mx=yN , S1R4-X N , S1R2+YN , S23+X= -21?mF+1x= -11?mx=yN , S 4-Y = +1?mF2 +1y=1?mx= +1y表 4-4 圓弧插補計算公式及進(jìn)給方向經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計- 26 -4.5 快速點定位—G00 程序設(shè)計快速點定位指令 G00G00 命令刀具以點位控制方式從刀具所在點以最快速度移動到坐標(biāo)系的另一點。它只是快速到位，而其運動軌跡根據(jù)具體控制系統(tǒng)設(shè)計而有所不同。如圖 4-6 所示。a圖 4-6 快速點定值從 A 到 B 有四種方式；路線 a 是以折線方式到達(dá) B 點，其初始角 α 是固定的，一般為 ；路線 b 為。45直線 AB；路線 d 和 c 則分別由 AD、DB 或 AC、CB 構(gòu)成。應(yīng)注意的是，進(jìn)給速度 F 對 G00 無效。本系統(tǒng)以折線方式到達(dá)指定點，具體編程如下：；***************************************************************************************；快速點定位子程序：QSDDW；***************************************************************************************QSDDW : CLR CMOV BX3, Xo3 ；X 坐標(biāo)起點輸入（3 個字節(jié)）MOV BX2, Xo2 ；Xo1—高 8 位，Xo2—中 8 位MOV BX1, Xo1 ；Xo3—低 8 位CLR CMOV A, Xe3SUBB A, BX3MOV BX3, AMOV A, Xe2SUBB A, BX2MOV BX2, AMOV A, Xe1SUBB A, BX1MOV BX1, A ；X 坐標(biāo)終點輸入并計算 X 方向終判值（3B）MOV BY3, Yo3 ；Y 坐標(biāo)起點輸入（3 個字節(jié)）MOV BY2, Yo2MOV BY1, Yo1CLR CMOV A, Ye3經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計