經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)【5張CAD圖紙+畢業(yè)論文】
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經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì) 第1章 緒論 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(jì)-73.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)-73.2 主模塊設(shè)計(jì)-83.3 輸入/輸出模塊設(shè)計(jì)-93.4 人機(jī)界面模塊設(shè)計(jì)-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(jì)-123.4.3 機(jī)床操作面板設(shè)計(jì)-123.5 系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-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(jì)-15第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)-154.1 軟件功能設(shè)計(jì)-154.2 軟件結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)-164.3 人機(jī)界面及其軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)-174.3.1 菜單驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用-174.4 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法的軟件實(shí)現(xiàn)-174.4.1 直線插補(bǔ)原理-174.4.2 直線插補(bǔ)G01程序設(shè)計(jì)-204.4.3 圓弧插補(bǔ)原理-234.5 快速點(diǎn)定位G00程序設(shè)計(jì)-264.6 暫停(延遲)指令G04程序設(shè)計(jì)-284.7 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速控制程序設(shè)計(jì)-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(jì)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(duì)于標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)而言的,不同時(shí)期,不同國(guó)家和地區(qū)的含義是不一樣的。根據(jù)實(shí)際機(jī)床的使用要求,合理簡(jiǎn)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(dòng)軸數(shù)較少,人機(jī)接口比較簡(jiǎn)單,造價(jià)低廉,可以說(shuō)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(kāi)環(huán)系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、維修調(diào)試簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn),但受步進(jìn)電動(dòng)機(jī)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(kāi)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(chǎng)合。 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)主要同微型計(jì)算機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成,既具有一定的數(shù)控功能,又具有造價(jià)低、使用維修方便等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)就是圍繞經(jīng)濟(jì)、實(shí)用這個(gè)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(jī),自行設(shè)計(jì)專用印刷主電路板。主電路板上有多個(gè)插槽,可插入LCD控制板、I/O接口控制板、步進(jìn)電機(jī)控制板等,還設(shè)有一個(gè)擴(kuò)展槽以便用戶擴(kuò)展系統(tǒng)功能。一塊模板基本上具有一種或二種功能,實(shí)現(xiàn)了模板級(jí)的功能分散,可以根據(jù)用戶的需要對(duì)系統(tǒng)裁剪或擴(kuò)展,系統(tǒng)組成靈活。本系統(tǒng)確定單微處理器開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng),因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以根據(jù)專用設(shè)備的控制要求自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),周期短、費(fèi)用低、見(jiàn)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(jī)。系統(tǒng)采用獨(dú)立型PLC,因其具有較強(qiáng)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(diǎn)陣液晶顯示器是目前在單片機(jī)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(guó)內(nèi)智能設(shè)備中,國(guó)內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)也開(kāi)始廣泛采用。作為一個(gè)簡(jiǎn)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(pán),鍵盤(pán)掃描由Intel8279鍵盤(pán)/顯示接口芯片完成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔。本系統(tǒng)功能精簡(jiǎn),實(shí)用性強(qiáng),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(jì)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(dòng)、具備基本的準(zhǔn)備功能及輔助功能、步進(jìn)電機(jī)控制能力、直線、圓弧插補(bǔ)能力、串行通信能力等。 - 31 -經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì) 第2章 CNC系統(tǒng)總體方案的確定第2章 CNC系統(tǒng)總體方案的確定2.1 系統(tǒng)總體方案計(jì)算機(jī)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(dòng)裝和進(jìn)給(伺服)驅(qū)動(dòng)裝置組成,如圖2-1所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有靈活性、通用性、可靠性,易于實(shí)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。圖2-1 CNC系統(tǒng)組成CNC數(shù)控系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成:1) 微型計(jì)算機(jī),包括中央處理器、存儲(chǔ)器、I/O接口等。2) 進(jìn)給伺服系統(tǒng),在開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中為步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)。3) 開(kāi)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(jī)接口和通信功能。5) 控制軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的決定了系統(tǒng)只能采用開(kāi)壞控制方式。在開(kāi)壞型位置控制系統(tǒng)中,只能采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服單元。這是由步進(jìn)電機(jī)本身的特性決定的。關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的特性等詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)其它資料。本系統(tǒng)確定為開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以根據(jù)專用設(shè)備的控制要求自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),周期短、費(fèi)用低、見(jiàn)效快。開(kāi)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(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)時(shí),通常要考慮以下問(wèn)題:1. 系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)之前,應(yīng)該明確定義系統(tǒng)的功能。在定義開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)功能時(shí),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(shí),應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、開(kāi)發(fā)周期和開(kāi)發(fā)能力等因素,對(duì)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(dòng)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(jī)對(duì)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(jì)均以經(jīng)濟(jì)型為平臺(tái);圖2-2 開(kāi)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(duì)一些控制任務(wù)要確定是用硬件來(lái)完成還是用軟件來(lái)完成,如開(kāi)關(guān)量的邏輯控制可以用硬件來(lái)完成,也可以用軟件來(lái)完成。復(fù)雜的邏輯控制,用軟件來(lái)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(shí)間,如果微處理器時(shí)間已飽和,則一些簡(jiǎn)單的邏輯控制就必須用硬件來(lái)實(shí)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(gè)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(jī)系統(tǒng)確定用單微機(jī)系統(tǒng)還是多微機(jī)系統(tǒng),選擇微機(jī)型號(hào)。選擇微機(jī)型號(hào)時(shí),要考慮經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性,同時(shí)必須考慮開(kāi)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(jī)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(diǎn):1) CNC系統(tǒng)內(nèi)只有一個(gè)微處理器,對(duì)存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、LED顯示等功能都由它集中控制分時(shí)處理。2) 微處理器通過(guò)總線與存儲(chǔ)、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(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)。4) 單微處理器因?yàn)橹挥幸粋€(gè)微處理器集中控制,其功能將受到微處理器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素限制。由于插補(bǔ)等功能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),因此數(shù)據(jù)功能的實(shí)現(xiàn)與與處理速度成為一對(duì)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(jī)。8098單片機(jī)性能價(jià)格比很高,8位機(jī)接口但具有16位機(jī)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(jì)成不同的結(jié)構(gòu)形式。不同的軟件結(jié)構(gòu),對(duì)各任務(wù)的安排方式也不同,管理方式也不同。常見(jiàn)的CNC軟件結(jié)構(gòu)形式有前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)和中斷軟件結(jié)構(gòu)。前后臺(tái)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(jì)采用前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)。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(jì)思想,系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)確定圖2-3所示: 圖2-3 系統(tǒng)人機(jī)界面圖其中,30個(gè)按鍵中的12個(gè)為雙功能鍵,按鍵的功能簡(jiǎn)單說(shuō)明如下:復(fù)位系統(tǒng)在死機(jī)、工作出錯(cuò)等情況下的總清鍵,使系統(tǒng)回復(fù)設(shè)計(jì)的原始狀態(tài)。運(yùn)行自動(dòng)運(yùn)行用戶的零件加工程序,包括程序的語(yǔ)法檢查、數(shù)據(jù)處理、編譯、插補(bǔ)運(yùn)算及步進(jìn)電機(jī)控制等。暫停自動(dòng)加工的暫停,是一個(gè)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(dòng)刀架轉(zhuǎn)一個(gè)工位,本系統(tǒng)中為。手動(dòng)與“、”配合,以實(shí)現(xiàn)動(dòng)作臺(tái)的連動(dòng);在編輯程序時(shí)為光標(biāo)移動(dòng)鍵。數(shù)字19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(guò)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(yè)程序上翻到上一程序段。相當(dāng)PC機(jī)的PageUp鍵。下頁(yè)程序下翻到下一程序段,與上頁(yè)鍵盤(pán)緩沖區(qū)一樣是一個(gè)屏幕編輯鍵。相當(dāng)于PC機(jī)的PageDown鍵?;剀嚧_認(rèn)鍵。Esc相當(dāng)于PC機(jī)的Esc鍵。2系統(tǒng)功能模塊與總體框架系統(tǒng)從總體上分為人機(jī)界面模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、LCD顯示控制模塊、串行通信模塊及基于8098單片機(jī)的主控模塊等5大模塊,如圖2-4: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(kuò)充,提高系統(tǒng)的可維護(hù)性,這個(gè)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),整個(gè)系統(tǒng)由3個(gè)相對(duì)獨(dú)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(pán)/顯示子系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)以8098為核心,擴(kuò)展了16KB的用戶加工程序區(qū),具有掉電保護(hù)功能;通過(guò)鍵盤(pán)管理接口芯片8279擴(kuò)展鍵盤(pán),利用其上下檔功能實(shí)現(xiàn)了按鍵的雙功能,簡(jiǎn)化了鍵盤(pán);I/O接口孖系統(tǒng)的核心是8255,通過(guò)它擴(kuò)展了步進(jìn)電機(jī)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(jì)過(guò)程中,力圖體現(xiàn)“加強(qiáng)容錯(cuò)性,方便使用的原則,采用模塊化設(shè)計(jì),全程菜單驅(qū)動(dòng),共有5大模塊組成:通信模塊、自動(dòng)模塊、參數(shù)設(shè)置、編輯模塊、手動(dòng)模塊。系統(tǒng)軟件框圖見(jiàn)圖2-5:圖2-5 系統(tǒng)軟件原理框圖經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì) 第3章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1數(shù)控裝置硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)控裝置是整個(gè)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(gè)CNC裝置按功能劃分為模塊,硬件和軟件的設(shè)計(jì)都采用模塊化設(shè)計(jì)方法,即每一個(gè)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(jì)目的和用戶使用角度出發(fā),本設(shè)計(jì)選用大板式結(jié)構(gòu)。板式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖示。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(jī)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(gè)小印制電路板插槽??刂坪诵碾娐窞槲C(jī)基本系統(tǒng),由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)和中斷控制電路組成,存儲(chǔ)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(duì)數(shù)控加工程序和系統(tǒng)參數(shù)等可變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域具有掉電保護(hù)功能。五個(gè)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(chǔ)器板,LCD顯示控制板、I/O接口板、步進(jìn)電機(jī)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(dòng)一些電路。3.2主模塊設(shè)計(jì)1主模塊中關(guān)鍵器件及其選型(1)單片機(jī) CPU是整個(gè)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(jī)價(jià)格較低、可靠性高,適用于控制。所以,選擇單片機(jī)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(jī),8096為16位機(jī),8098為準(zhǔn)16位機(jī)。就本設(shè)計(jì)的任務(wù)來(lái)看,開(kāi)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(shí)際運(yùn)算速度可達(dá)8031的5-6倍,而價(jià)格也不太高。(2)存儲(chǔ)器的選用存儲(chǔ)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(qiáng)電磁沖擊等數(shù)據(jù)保護(hù)功能3) 讀/寫(xiě)次數(shù)無(wú)限4) 讀/寫(xiě)速度快,讀/寫(xiě)方式簡(jiǎn)單5) 工業(yè)化設(shè)計(jì),適用于潮濕、震動(dòng)、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(yùn)行環(huán)境以及數(shù)控系統(tǒng)對(duì)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01007FFFH,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8000H0F800H,采用32KB SRAM芯片62256,用于存放CNC系統(tǒng)的零件程序、機(jī)床參數(shù)及系統(tǒng)運(yùn)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(duì)數(shù)據(jù)存貯器實(shí)行掉電保護(hù)。系統(tǒng)存貯空間分配見(jiàn)表3-1。表3-1 系統(tǒng)存貯空間分配表0FE00H0FFFFH空0FC00H0FDFFH顯示存貯器0FB00H0FBFFH空0FA00H0FAFFHI/O外設(shè)0F900H0F9FFH空0F800H0F8FFH鍵盤(pán)/顯示控制器8000H0F7FFH數(shù)據(jù)存貯器2080H7FFFH程序存貯器2012H207FH芯片配置字節(jié)及系統(tǒng)保留存貯單元2000H2011H中斷向量1FFEH1FFFHPORT3,40100H1FFEH程序存貯器0000H00FFH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(jì)主模塊電原理圖如圖。為了提高總線負(fù)載能力,對(duì)數(shù)據(jù)總線采用雙向總線驅(qū)動(dòng)器74HC245進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。2片GAL16V8實(shí)現(xiàn)地址譯碼,產(chǎn)生接口片選信號(hào)、液晶模塊等的邏輯控制要求。3.3 輸入/輸出模塊設(shè)計(jì)1.鍵盤(pán)的選用鍵盤(pán)是輸入、修改、刪除零件程序、機(jī)床參數(shù)等數(shù)據(jù)的主要手段。本系統(tǒng)采用64鍵(8*8)行列式鍵盤(pán),鍵盤(pán)掃描由Intel8279鍵盤(pán)/顯示接口芯片完成,接口地址為0F800H。當(dāng)組成無(wú)CRT顯示的CNC最簡(jiǎn)系統(tǒng)時(shí),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(kāi)關(guān)量輸入/輸出CNC裝置不僅能夠控制機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng),而且還應(yīng)具有一定的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出能力。開(kāi)關(guān)量輸入/輸出板主要用來(lái)控制主軸的起動(dòng)與停止、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),冷卻液的開(kāi)關(guān)以及接收機(jī)床限位信號(hào)。由可編程并行I/O擴(kuò)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(kāi)關(guān)量輸入/輸出板的邏輯框圖。8255接口地址為0FAB0H0FAB3H。8255的A口和B口編程為輸入緩沖方式,可以輸入16位開(kāi)關(guān)量信號(hào);C口編程為輸出鎖存方式,可以輸出8位開(kāi)關(guān)量信號(hào),而且可以位控輸出。為了提高系統(tǒng)的搞干擾能力,微機(jī)與機(jī)床(強(qiáng)電線路)之間采用了光電耦合器。開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)見(jiàn)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(kuò)展系統(tǒng)的功能。3-2開(kāi)關(guān)量輸入/輸出信號(hào)表PORT A01234567正向限位反向限位NCNCNCNCNCNCPORT B01234567NCNCNCNCNCNCNCNC (一)輸入信號(hào)PORT C01234567主軸啟/停主軸正/反冷卻液開(kāi)/關(guān)NCNCNCNCNC (二)輸出信號(hào)3步進(jìn)電機(jī)控制接口x,y兩軸采用3相6拍步進(jìn)電機(jī),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(dòng)后,通過(guò)2片TLP521-4光電隔離,形成x,y所需的3相控制信號(hào),送往步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。圖3-2 步進(jìn)電機(jī)接口電路圖3.4 人機(jī)界面模塊設(shè)計(jì)3.4.1 顯示方式的確定1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用顯示方式在單片機(jī)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(diǎn)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(guó)內(nèi)智能設(shè)備中,國(guó)內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)也開(kāi)始廣泛采用。作為一個(gè)簡(jiǎn)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(gè): 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(shí)現(xiàn)加工曲線動(dòng)態(tài)顯示的缺陷,可以通過(guò)上位機(jī)模擬住址加工來(lái)彌補(bǔ)。 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(dòng)的基本素質(zhì)。采用菜單驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)編輯模塊的全屏幕編輯功能,達(dá)到友好的人機(jī)界面要求。(2)液晶模塊與單片機(jī)的軟硬件接口與8098單片機(jī)的硬件接口該液晶模塊與8098單片機(jī)的接口如圖3-3所示.圖3-3 液晶模塊與8098單片機(jī)接口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(xiě)態(tài)口CMD_WR_LCD EQU 0D000H ;寫(xiě)命令口DATA_RD_LCD EQU 0D003H ;讀狀態(tài)口 DATA_WR_LCD EQU 0D002H ;寫(xiě)數(shù)據(jù)口RET 圖3-4 按鍵上下檔功能實(shí)現(xiàn)的電路原理圖()數(shù)控系統(tǒng)中手動(dòng)方式下連動(dòng)功能的程序?qū)崿F(xiàn)有種基本工作方式:鍵盤(pán)掃描、傳感矩陣及選項(xiàng)卡通輸入。大多數(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中,通常采用鍵盤(pán)掃描方式。這種鍵盤(pán)掃描方式的特點(diǎn)是:按鍵時(shí)自動(dòng)消彈,并且當(dāng)鍵盤(pán)緩沖區(qū)中有鍵值時(shí)為高,否則為低。由于這個(gè)特點(diǎn),單純的鍵盤(pán)掃描方式很難實(shí)現(xiàn)按鍵的連動(dòng)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(dòng)作;而此時(shí)鍵盤(pán)緩沖區(qū)的鍵值已空,因此就無(wú)法知道當(dāng)前的按鍵狀態(tài),因而無(wú)從判斷是否執(zhí)行連動(dòng)操作。通過(guò)對(duì)傳感矩陣方式的分析可知,當(dāng)傳感器的狀態(tài)有變化時(shí)過(guò)境遷最佳值引起信號(hào)變高;因此,如果將與的某一口線,例如的P1.6相連,就可以據(jù)此判斷按鍵的狀態(tài)變化,以實(shí)現(xiàn)連動(dòng)功能。3.4.2 數(shù)控操作面板外形圖設(shè)計(jì)本數(shù)控系統(tǒng)的NC鍵盤(pán)與顯示器的構(gòu)成詳見(jiàn)設(shè)計(jì)1號(hào)圖紙.其中,顯示器為圖形點(diǎn)陣液晶顯示器, 可以顯示所有字符及圖形. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔。3.4.3 機(jī)床操作面板設(shè)計(jì)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(dòng),單段, 步進(jìn), 點(diǎn)動(dòng), 回零, 手搖) 5. 手動(dòng)運(yùn)行(手動(dòng)運(yùn)行包括:手動(dòng)回參考點(diǎn),點(diǎn)動(dòng)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(diǎn)動(dòng)(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(diǎn) 11.主軸起停與速度選擇 12.刀具夾緊/松開(kāi) 13.冷卻液開(kāi)/關(guān) 14.循環(huán)啟動(dòng) 15.進(jìn)給保持 16. 機(jī)床鎖定 17.Z軸鎖定 18.M.S.T鎖定.圖3-6 機(jī)床操作面板3.5 系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)控裝置、控制設(shè)備和機(jī)床間的接口符合“機(jī)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(jī)床間的接口范圍。數(shù)控裝置與機(jī)床及機(jī)床電器設(shè)備之間的接口分為四種類型。第A類:與驅(qū)動(dòng)有關(guān)的連結(jié)電路,主要是與坐標(biāo)軸進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和主軸驅(qū)動(dòng)的連結(jié)電路。第B類:數(shù)控裝置與測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)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(kāi)/關(guān)信號(hào)與代碼信號(hào)連結(jié)電路。系統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)詳見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙2號(hào)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(jī)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(yùn)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(dú)立型之分。1.內(nèi)裝型與獨(dú)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(dú)立型PLC相比具有如下特點(diǎn):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(lái)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(jì)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、適配能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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(lái)發(fā)揮PLC的功能,IO點(diǎn)數(shù)較少;后者由于有獨(dú)立的CPU,多用于順序程序復(fù)雜、動(dòng)作速度要求快的場(chǎng)合。3) 內(nèi)裝型PLC與CNC其它電路通常裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi),共用一個(gè)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(dú)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(duì)外沒(méi)有單獨(dú)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(kuò)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(jí)控制功能,且造價(jià)低,提高了CNC的性能價(jià)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(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等高品質(zhì)的功能。(2) 獨(dú)立型PLC獨(dú)立型PLC與CNC機(jī)床的關(guān)系如圖3-9所示。獨(dú)立型PLC的特點(diǎn)如下:1) 根據(jù)數(shù)控機(jī)床對(duì)控制功能的要求,可以靈活地選購(gòu)或自行開(kāi)發(fā)通用行PLC。一般來(lái)說(shuō),數(shù)控車床、銑加工中心等單機(jī)數(shù)控設(shè)備所需PLC的I/O點(diǎn)數(shù)多在128點(diǎn)以下,少數(shù)復(fù)雜設(shè)備在128點(diǎn)以上,選用微型或小型PLC即可。而大型數(shù)控機(jī)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(jī)床側(cè)的I/O連接。CNC和PLC裝置均有自己的I/O連接電路,需將對(duì)應(yīng)的I/O信號(hào)的接口電路連接起來(lái)。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(diǎn)數(shù)可通過(guò)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(hào)的連接變得簡(jiǎn)單。3) 可以擴(kuò)大CNC的控制功能。在閉環(huán)(或半閉環(huán))數(shù)控機(jī)床中,采用D/A和A/D模塊,由CNC控制的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)稱為插補(bǔ)坐標(biāo),而由PLC控制的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)稱為輔助坐標(biāo),從而擴(kuò)大了CNC的控制功能。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì) 第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3-9 獨(dú)立型PLC的CNC機(jī)床系統(tǒng)框圖2. PLC形式的確定獨(dú)立型PLC具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能,成為CNC與上級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的重要設(shè)備。獨(dú)立型PLC,具有完備的硬件與軟件,能夠獨(dú)立的完成規(guī)定的控制任務(wù).獨(dú)立型PLC無(wú)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(dú)立型PLC。為提供用戶使用8個(gè)輸入,8個(gè)輸出點(diǎn),及考慮系統(tǒng)本身占用輸入/輸出點(diǎn)數(shù)目,選用小型PLC,因其所需PLC的I/O接口點(diǎn)數(shù)在128點(diǎn)以下,選取EX40型號(hào)獨(dú)立型PLC.3獨(dú)立型PLC與機(jī)床的信息傳遞1) PLC向機(jī)床傳遞的信息。主要是控制機(jī)床各執(zhí)行元件的執(zhí)行信號(hào)。如電磁閥、接觸器、電磁鐵以及確保機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件狀態(tài)的信號(hào)和故障顯示。2) 機(jī)床向PLC傳遞的信息。主要是機(jī)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(dòng)、進(jìn)給停止等控制信息;各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)限位及基準(zhǔn)點(diǎn)越位、主軸機(jī)械變速選擇、刀架夾緊與放松等限位開(kāi)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(yùn)行準(zhǔn)備信息等。3.7 系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)確定單微處理器開(kāi)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(jī)。系統(tǒng)采用獨(dú)立型PLC,選用圖形點(diǎn)陣液晶顯示器。所有要用的芯片能過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線連系起來(lái),具體電氣原理圖參見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙1號(hào)圖。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件功能設(shè)計(jì)1.控制軸數(shù)本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)X、Z兩軸聯(lián)動(dòng)。2插補(bǔ)方式能夠完成直線、圓弧插補(bǔ)3.準(zhǔn)備功能G00快速點(diǎn)定位G01直線插補(bǔ)G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G04延時(shí)(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(jī)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(shí)針旋轉(zhuǎn)M04主軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)M05主軸停止M08冷卻液開(kāi)M09冷卻液關(guān)6.補(bǔ)償功能包括刀具半徑和刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償及反向間隙補(bǔ)償7.字符顯示功能本系統(tǒng)采用LCD顯示器,圖形點(diǎn)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(jì)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(jī)制、任務(wù)間的信息交換機(jī)制以及系統(tǒng)集成方法等。CNC裝置結(jié)構(gòu)模式有前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式與中斷型結(jié)構(gòu)模式。A前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式將CNC裝置軟件劃分成兩部分:前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。前臺(tái)和后臺(tái)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(tái)和后臺(tái)內(nèi)無(wú)優(yōu)先級(jí)等級(jí),也無(wú)搶占機(jī)制,因而,實(shí)時(shí)性差。所以該結(jié)構(gòu)適用控制功能較簡(jiǎn)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(gè)系統(tǒng)軟件的各個(gè)任務(wù)模塊分別安排在不同級(jí)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(duì)各通級(jí)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(shí)時(shí)性好,但模塊的關(guān)系復(fù)雜,耦合度大,不得于對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。2.軟件結(jié)構(gòu)確定前后臺(tái)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(shí)時(shí)性好,但模塊的關(guān)系復(fù)雜,耦合度大,不得于對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充。本系統(tǒng)控制功能較簡(jiǎn)單,相比之下,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)宜選用前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)。4.3 人機(jī)界面及其軟件實(shí)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(dòng)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(jī)加裝備;因此,提高編輯模塊的容錯(cuò)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(dòng)技術(shù)和全屏幕編輯技術(shù),實(shí)現(xiàn)了比較友好的系統(tǒng)人機(jī)界面.4.3.1菜單驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用菜單驅(qū)動(dòng)技術(shù)在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用已日益廣泛,這主要?dú)w功于菜單化操作帶來(lái)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(dòng)技術(shù).現(xiàn)將這種技術(shù)在單片機(jī)系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)做一簡(jiǎn)單說(shuō)明.(1) 菜單驅(qū)動(dòng)的物理?xiàng)l件要實(shí)現(xiàn)菜單驅(qū)動(dòng),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(dòng)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(duì)于完備的菜單是必須的.(2) 菜單驅(qū)動(dòng)的軟件實(shí)現(xiàn)以系統(tǒng)編輯模塊為例,說(shuō)明菜單驅(qū)動(dòng)的有條理.先看圖4-1編輯模塊菜單結(jié)構(gòu):圖4-1 編輯模塊菜單結(jié)構(gòu)其程序設(shè)計(jì)思想是:選中主菜單中的EDIT菜單項(xiàng)后,顯示其下的孖菜單111;通過(guò)光條移動(dòng)選中erase子項(xiàng)后,回車確認(rèn),則顯示其下的子菜單1112;按鍵“”控制光條移動(dòng),通過(guò)回車鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作.4.4 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法的軟件實(shí)現(xiàn)4.4.1 直線插補(bǔ)原理偏差計(jì)算公式按逐點(diǎn)比較法原理,必須把每一個(gè)插值點(diǎn)的實(shí)際位置與給定軌跡的理想位置間的誤差即偏差計(jì)算出來(lái).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(diǎn)為坐標(biāo)有缺點(diǎn),終點(diǎn)坐標(biāo)(,)是已知的.M(,)為加工點(diǎn),若m在OA直線上,則根據(jù)相似三角形關(guān)系可得: /=/ , 即-=0由此要嘚直線插補(bǔ)的偏差判別式為 =- (4-1)若=0, m點(diǎn)在OA直線上;若0,點(diǎn)在直線OA上方;若0, 點(diǎn)在OA直線下方.逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)的有條理是:從第1象限直線的起點(diǎn)出發(fā),當(dāng)0時(shí),沿+x方向走一步;當(dāng)0時(shí),沿+y方向走一步.當(dāng)2方向所走的走步數(shù)與終點(diǎn)坐標(biāo)(,)相等時(shí),發(fā)出終點(diǎn)到信號(hào),停止插補(bǔ).如果直接按式(1-1)計(jì)算偏差,則要做2次乘法,1次減法,比較麻煩,因此有必要進(jìn)一步簡(jiǎn)化.對(duì)于第一象限而言,高加工點(diǎn)正處于m點(diǎn).當(dāng)0時(shí),表明m點(diǎn)在OA上或在OA上方,應(yīng)沿+x方向進(jìn)給一步,走一步以后新的坐標(biāo)值為: =+1,= 該點(diǎn)的偏差: = -=-(+1) =-=- (4-2)當(dāng)0時(shí),表明m點(diǎn)在OA的下方,應(yīng)沿+y方向進(jìn)給一步,走一步后新的坐標(biāo)為: =,=該點(diǎn)的偏差為:=-=(+1) -=-=+ (4-3)式(1-2)和式(1-3)是簡(jiǎn)化后的偏差計(jì)算公式,在式中只有加減運(yùn)算.只要將前一點(diǎn)的偏差值與等于常數(shù)的終點(diǎn)坐標(biāo)值,相加或相減,即可得到新的坐標(biāo)點(diǎn)的偏差值.加工的起點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn),起點(diǎn)的偏差為=0,隨著加工點(diǎn)前進(jìn),新加工點(diǎn)的偏差都可以由前一點(diǎn)偏差和終點(diǎn)坐標(biāo)相加或相減得到.終點(diǎn)判別方法逐點(diǎn)比較法的終點(diǎn)判斷有以下幾種方法: 設(shè)置x,y兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器.加工開(kāi)始前, x,y計(jì)數(shù)器初值為終點(diǎn)坐標(biāo),在x坐標(biāo)(或y坐標(biāo))進(jìn)給一步時(shí), x計(jì)數(shù)器(或y計(jì)數(shù)器)減1,當(dāng)2個(gè)計(jì)數(shù)器都減到0時(shí),到達(dá)終點(diǎn). 設(shè)置一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器,初值為x,y兩個(gè)坐標(biāo)給定的總步數(shù),每當(dāng)沿x或y坐標(biāo)方向進(jìn)給一步時(shí),終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減除,當(dāng)減為0時(shí),到達(dá)終點(diǎn).插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程插補(bǔ)計(jì)算時(shí),每走一步,都要進(jìn)行以下4個(gè)步驟的算術(shù)邏輯運(yùn)算. 偏差判別判別偏差F0或F0,這是邏輯運(yùn)算,根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果確定下一步進(jìn)給方向和新的偏差計(jì)算; 坐標(biāo)進(jìn)給:進(jìn)給一步后,計(jì)算新的加工點(diǎn)對(duì)給定軌跡的偏差,作為下一次偏差判別的依據(jù); 終點(diǎn)判別:進(jìn)給一步后,終點(diǎn)計(jì)數(shù)減1.判斷是否到達(dá)終點(diǎn),未到達(dá)終點(diǎn)返回第一步.(2)直線插補(bǔ)計(jì)算舉例設(shè)加工第一象限直線OA,起點(diǎn)為坐標(biāo)有原占,終點(diǎn)坐標(biāo)=6, =4,則計(jì)算過(guò)程如表4-1所示:表4-1 直線插補(bǔ)過(guò)程步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別起點(diǎn)F0=0=101F=0+xF1= F0- =0-4=-4=10-1=92F0+ xF3=F2- =-2=74F0+ xF5=F4- =0=56F=0+ xF6=F5= =-4=47F0+ xF8=F7- =-2=29F0+ yF10=F9- =0=0(3)4個(gè)象限直線挺補(bǔ)的偏差符號(hào)及進(jìn)給方向如圖4-3所示. 圖4-3 4象限直線的偏差符號(hào)與進(jìn)給方向由圖可知,第二象限的直線OA2,其終點(diǎn)坐標(biāo)為(-,),在第一象限有一條對(duì)稱于y軸的直線OA1,其終點(diǎn)坐標(biāo)為(,).當(dāng)從O點(diǎn)出發(fā),按第一象限直線OA1進(jìn)行插補(bǔ)時(shí),若把沿x軸正向進(jìn)給改為x軸負(fù)方向進(jìn)給,這時(shí)實(shí)際插補(bǔ)所得的就是第二象限直線OA2.第二象限直線OA2插補(bǔ)時(shí),偏差計(jì)算公式與第一象限直線OA1的偏差計(jì)算公式相同,判別在x軸的進(jìn)給方向,同理,如果插補(bǔ)第三象限終點(diǎn)為(-,-)的直線,只要插補(bǔ)終點(diǎn)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,+y方向即可.以此類推,4個(gè)象限所有的偏差計(jì)算公式和進(jìn)給方向死于下表4-2:表4-2 直線插補(bǔ)公式及進(jìn)給方向表F0F0直線坐標(biāo)進(jìn)給方向偏差計(jì)算直線坐標(biāo)進(jìn)給方向偏差計(jì)算,+x=-,+y=+,+y,+x4.4.2 直線插補(bǔ)G01程序設(shè)計(jì)在單片微機(jī)數(shù)字程序控制系統(tǒng)中,用插補(bǔ)計(jì)算程序完成插補(bǔ)計(jì)算,稱之為”軟件插補(bǔ)器”.下面以插補(bǔ)第1象限直線、第2象限直線為例,介紹直線插補(bǔ)計(jì)算子程序的設(shè)計(jì)。 直線插補(bǔ)子程序需3個(gè)入口參數(shù),它們是終點(diǎn)坐標(biāo)值,及總步數(shù)。這些參數(shù)由調(diào)用程序查詢數(shù)據(jù)表得到,并存入入口單元,及BS;本子程序還用一個(gè)工作單元存放走步過(guò)程中加工點(diǎn)偏差值,初態(tài)為0。根據(jù)系統(tǒng)要求,上述4個(gè)單元均為3B。另外,在數(shù)控車削系統(tǒng)中,y軸表示為z軸,以與數(shù)控加工的ISO代碼一致。 第1象限直線插補(bǔ)子程序框圖下圖所示。圖中還指出了插補(bǔ)計(jì)算的4個(gè)節(jié)拍。坐標(biāo)進(jìn)給通常是使步進(jìn)電機(jī)走一步,通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)或刀具移動(dòng)。有關(guān)步進(jìn)電機(jī)的走步(正走、反走)子程序MAN _MOVE,不做介紹。第2象限直線插補(bǔ)的程序框圖不做介紹,請(qǐng)參照第1象限子程序框圖和4象限插補(bǔ)計(jì)算與進(jìn)給方向表。圖4-4第一象限直線插補(bǔ)計(jì)算子程序框圖;*;第一象限直線插補(bǔ): DYXXL;*DYXXL: CLR C MOV Fz3,#00H MOV Fz2, #00H MOV Fz1, #00h ;偏差單元清零 MOV A, Xe3 ADD A, Ze3 MOV BS3, A MOV A, Xe2 ADDC A, Ze2 MOV BS2, A MOV A, Xe1 ADDC A, Ze1 MOV BS1, A ;計(jì)算終判值DYXXL2: MOV DPTR, #FEED%;速度標(biāo)志字 MOVX A, DPTR CJNE A, #01H, DYX_1 MOV R6, #02H SJMP DYX_5DYX_1: CJNE A, #02H, DYX_2 MOV R6, #04H SJMP DYX_5DYX_2: CJNE A, #03H, DYX_3 MOV R6, #08H SJMP DYX_5DYX_3: MOV R6, #10HDYX_5: LCALL DEL1MS ;調(diào)用延時(shí)1MS子程序 MOV A, Fz1 ;取偏差的高8位 JB ACC.7, DYXXL4 ;FZ向進(jìn)給 MOV A, #02H ;走+X一步 MOV F_ORIENT, A LCALL DISP_XZ ;顯示原坐標(biāo) LCALL MAN_MOVE ;走步 LCALL DISP_XZ ;顯示新坐標(biāo) CLR C MOV A, Fz3 SUBB A, Ze3 MOV Fz3, A MOV A, Fz2 SUBB A, Ze2 MOV Fz2, A MOV A, Fz1 SUBB A, Ze1 MOV Fz1, A ;計(jì)算F-Ze-FDYXXL3: CLR C MOV A, BS3 SUBB A, #01H MOV BS3, A MOV A, BS2 SUBB A, #00H ;終點(diǎn)判值減1 MOV BS2, A MOV A, BS1 SUBB A, #00H MOV BS1, A ORL A, BS2 ORL A, BS3 JNZ DYXXL2 ;判0,未完繼續(xù) RET ;插補(bǔ)結(jié)束返回DYXXL4: MOV A, #04H ;走+Z一步 MOV F_ORIENT, A LCALL DISP_XZ ;顯示原坐標(biāo) LCALL MAN_MOVE ;走步 LCALL DISP_XZ ;顯示新坐標(biāo) CLR C MOV A, Fz3 ADD A, Xe3 MOV Fz3, A MOV A, Fz2 ADDC A, Xe2 MOV Fz2, A MOV A, Fz1 ADDC A, Xe1 MOV Fz1, A ;計(jì)算F+Xe-F LJMP DYXXL3 ;轉(zhuǎn)判終點(diǎn)4.4.3 圓弧插補(bǔ)原理偏差計(jì)算公式以第一象限逆圓為例,討論偏差計(jì)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
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