2975 經濟型數控系統(tǒng)研究與設計

2975 經濟型數控系統(tǒng)研究與設計,經濟型,數控系統(tǒng),研究,鉆研,設計 實習報告   這次能有機會去工廠實習，我感到非常榮幸。雖然只有幾個月的時間，但是在這段時間里，對于一些平常理論的東西，有了感性的認識，感覺到受益匪淺。  以下是我在實習期間的一些總結以及心得體會。在以后開展自身的工作，以及在對客戶的溝通應對上，希望能有所借鑒。  一、工廠的總體規(guī)模水平  銳鍵科技位于東莞常平鎮(zhèn)，占地 24600 平米，員工 600 多人。近十多年的制造歷史已經發(fā)展成一家具有專業(yè)規(guī)模的木制品專家，在東莞制造業(yè)發(fā)達的地區(qū)也小有名氣。  走進廠區(qū)，只見潔凈整齊的環(huán)境和次序井然的工作程序。雖然是國內的制造廠家，但是，到了車間，看過那些先進的流水線，那些熟練的技術水平，完全會感覺到現代化的管理。作為木質產品的制造廠，一些諸如木屑的飛揚，機器的喧囂以及混合著的膠水味油漆味等問題，都是難免存在的，但是工廠已經把這些都盡可能的減少到最低限度了。走在車間，這些大多的木制廠家所面臨的嚴重問題似乎在我們工廠并沒有太大的困擾，反而是那些管理和效率吸引了大多的參觀者。  工廠有自己的作息時間，并且都會嚴格遵守。就連中午休息間隙，每個工人都會把自己得區(qū)域整理得井然有序，這樣的自覺整理也是工廠之所以能保持潔凈的原因之一。在用餐問題上，工廠也有自己的特色。那就是上至高層主管下至普通工人，吃的飯菜一律相同，沒有任何的特殊化。   二、學習過程  如下幾點是在工廠實習期間，就我的工作需要，主要學習到的一些知識以及由此得一心得。  （一）木材的選用  工廠最常用的木材還是紅木（非洲花梨木） ，楓木（美國） ，胡桃木。大多都是從國外進口，這也就是為什么我司的報價要比國內同等廠家的價格要高的原因——正是“一分價錢一分貨” 。  MDF 板也是常用的材質之一。我司很多產品也都可以選用 MDF 貼木皮來達到仿實木的效果。對于一些想節(jié)省成本的客戶來說可以推薦一用。 這些常規(guī)木材在倉庫里都備有一定數量的庫存，其他的木材也有備量，但是一般都要盡量推薦選用常規(guī)木材（除非客戶定購的產品數量龐大值得工廠采購另外一些昂貴的木材） ，這對于工廠的加工技術、生產周期、生長成本等都會有所幫助。  （二）加工方面  工廠所采用的機器都比較先進，一般來說都是機器自動操作，比如 CNC 數控機，萬能圓鋸機,立軸機等。所以，只要操作得當，人員安排合理，一般都能產生較高的效率（一般來說，都需要熟練人工） 。  雖然說工廠對于大多數的木制產品都能生產，但是以后在和客戶溝通過程中，在盡量滿足客戶要求的同時，還要盡量站在工廠的立場上考慮。比如，可以向客戶推薦一些外形相同，但是做法簡單，結構清晰的樣品。這對于工廠來說不但可以降低成本，而且還可以提高效率。 （三）噴漆加工 白身加工完成以后，應盡快轉入噴漆車間，否則木材會變形。噴漆的流程為：著色（給產品上底色）――底漆――面漆。噴底漆到噴面漆的過程中還要有磨砂的工藝。 底漆又 NC 漆和 PU 漆之分。工廠常采用的底漆是 NC 漆，因為 PU 漆的成本要比 NC高，而且如果噴 PU 漆的話要求的環(huán)境也比較高，必須有無塵房才可以。一般都會推薦客戶用 NC 漆. 噴漆加工的時間一般為兩天左右。但是雖然所花費的時間不長，但是一張訂單的完成，工廠都會把每道環(huán)節(jié)都會安排到位。因此，在和客戶確認訂單的時候，一定要把每個要求都確認完整。有些客戶在白身做完以后，油漆沒有確定，這樣擱在一邊的話，不但產品容易變形，而且也影響了訂單的進度，給工廠帶來了不必要的麻煩。 （四）鐳射和絲印  目前工廠的最大鐳射尺寸為：320×320mm，最小為： 1.5×1.5mm  鐳射后可以上色，最常見的是上黑色，上完黑色，可以使鐳射圖案更清晰。但是一般不推薦客戶鐳射后上色，這樣的話會增加成本。鐳射的費用是視鐳射圖案的復雜程度而言的，一般來說都是每件產品 1 塊錢。 絲印也是常用的一種方法，但是它的要求是絲印的表面要光滑。  要求鐳射或者絲印的話都會要求客戶提供圖片，最好是電子文檔。  （五）包裝  包裝是成品完工前的最后一道工序，也是一個產品比較重要的組成部分。包裝工序包含了產品的簡單組裝、包皮、包絨布、五金件的裝配、包裝物的制作、對產品的前道工序的品檢、產品的包裝。  質量是品質的保證。因此，我們工廠對質量也有嚴格的把關。一般一道包裝的流水線上都有二到三個品檢人員進行嚴格的產品檢驗，從產品的去塵、五金和玻璃制品的質檢到最后的裝箱，每個細節(jié)都會有工人嚴格的操作標準。對于一些外銷客戶來說，對于產品都會比較挑剔，但工廠都會滿足這些的要求。這也就是為什么我們工廠的產品會有質量的保障，在產品上很少出現質量紕漏的原因。 而同樣是國內訂單的話，往往會有一些刁蠻的客戶，在產品沒有品質問題的時候卻還要挑一些小“瑕疵” 。對于這些問題，我覺得除了要和客戶解釋清有些是因為木質品本身的問題之外，還要讓他們了解我們工廠對于質量方面的控制要求是達到了國內先進水平的，很多質量問題的產生很可能實在運輸過程中的碰撞和野蠻運輸。  當然，為了避免在運輸途中的損壞，在采用一般的安全包裝下，除了用一些常規(guī)包裝物（紙盒、紙箱、禮盒、海綿、保力龍、珍珠棉、拷貝紙、氣泡袋、膠帶等）外，還可以在紙箱六個面用保力龍 板保護。  （六）其他配件  五金是常用到的配件。因此，對于一些常規(guī)的五金件，諸如一些合葉、銅扣、銅腳等，工廠都會采購一定的數量以備庫存。另外像一些在筆上五金件，工廠自己也有制造的能力，很多都可以獨立完成。  另外像 EVA 之類的，也都需要另外采購。   三、心得體會  這次的實習，讓我了解到了工廠的規(guī)模水平、生產流程以及一些常規(guī)產品的制作，在以后的業(yè)務操作中相信會有較大的幫助。  另外我覺得一方面在工廠供貨給我們的同時，另一方面也要積極配合工廠，把雙方的工作都做好。同時，自己也還要不斷的學習產品的知識，服務好客戶。公司整體的業(yè)務水平提高了，才能開創(chuàng)出良好的業(yè)績經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 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)設計---------------------------------------------------------73.1 控制系統(tǒng)硬件設計-----------------------------------------------------------73.2 主模塊設計----------------------------------------------------------------83.3 輸入/輸出模塊設計----------------------------------------------------------93.4 人機界面模塊設計----------------------------------------------------------113.4.1 顯示方式的確定--------------------------------------------------------113.4.2 數控操作面板外形圖設計-------------------------------------------------123.4.3 機床操作面板設計------------------------------------------------------123.5 系統(tǒng)安裝結構設計----------------------------------------------------------133.6 PLC 在 CNC 系統(tǒng)中的應用----------------------------------------------------133.7 系統(tǒng)電氣原理圖設計--------------------------------------------------------15第四章 系統(tǒng)軟件設計--------------------------------------------------------154.1 軟件功能設計-------------------------------------------------------------154.2 軟件結構分析、設計--------------------------------------------------------164.3 人機界面及其軟件實現技術---------------------------------------------------174.3.1 菜單驅動技術的應用---------------------------------------------------174.4 逐點比較插補法的軟件實現--------------------------------------------------174.4.1 直線插補原理---------------------------------------------------------174.4.2 直線插補—G01 程序設計 ------------------------------------------------204.4.3 圓弧插補原理---------------------------------------------------------234.5 快速點定位—G00 程序設計 --------------------------------------------------264.6 暫停(延遲)指令—G04 程序設計-----------------------------------------------284.7 步進電機正反轉及轉速控制程序設計-------------------------------------------29鳴 謝------------------------------------------------------------------30參考文獻------------------------------------------------------------------30經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 1 章 緒論 - 2 -經濟型數控系統(tǒng)研究與設計第 1 章 緒論按數控系統(tǒng)的功能水平,可以把數控系統(tǒng)分為高、中、低三檔,低檔數控系統(tǒng)即可認為是經濟型數控系統(tǒng)。經濟型數控系統(tǒng)是相對于標準型數控系統(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，即可稱為經濟型。區(qū)別于經濟型數控系統(tǒng)，將功能比較齊全的數控系統(tǒng)稱為全功能數控系統(tǒng)，或稱為標準型數控系統(tǒng)。就其功能而言，經濟型數控系統(tǒng)一般分辨率較低，連動軸數較少，人機接口比較簡單，造價低廉，可以說得上是最經濟的數控系統(tǒng)。所以，經濟型數控系統(tǒng)主要指開環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)數控系統(tǒng)具有結構簡單、造價低、維修調試簡單、運行維護費用低等特點，但受步進電動機矩頻特性的限制，精度、進給速度、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。經濟型數控系統(tǒng)主要同微型計算機與步進電機驅動系統(tǒng)組成，既具有一定的數控功能，又具有造價低、使用維修方便等特點。本設計就是圍繞經濟、實用這個核心而進行的。本系統(tǒng)硬件采用工業(yè)標準（STD）總線，大板結構。不采用工業(yè)控制機，自行設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、步進電機控制板等，還設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，實現了模板級的功能分散，可以根據用戶的需要對系統(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)數控系統(tǒng)，因其結構簡單，可以根據專用設備的控制要求自行設計開發(fā)，周期短、費用低、見效快。選用 INTEL 公司推出的準 16 位嵌入式微控制器 8098 單片機。系統(tǒng)采用獨立型 PLC，因其具有較強的數據處理、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智能設備中，國內的數控系統(tǒng)也開始廣泛采用。作為一個簡易型數控系統(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)設計中充分考慮功能的需要、操作方便的需要及系統(tǒng)復雜性的要求三個之間的關系，確定系統(tǒng)的大多數按鍵為雙功能鍵，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濟性的要求適當劃分。軟件設計具備經濟型數控系統(tǒng)必要的基本功能：最多二軸聯(lián)動、具備基本的準備功能及輔助功能、步進電機控制能力、直線、圓弧插補能力、串行通信能力等。第 2 章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 2 章 CNC 系統(tǒng)總體方案的確定- 3 -2.1 系統(tǒng)總體方案計算機數控（CNC）系統(tǒng)由程序、輸入裝置、輸出裝置、CNC 裝置、PLC、主軸驅動裝和進給（伺服）驅動裝置組成，如圖 2-1 所示。系統(tǒng)設計應具有靈活性、通用性、可靠性，易于實現基本的數控功能，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 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 值計 算 機圖 2-1 CNC 系統(tǒng)組成CNC 數控系統(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) 進給伺服系統(tǒng)，在開環(huán)數控系統(tǒng)中為步進電機伺服系統(tǒng)。3) 開關量控制及主軸控制，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，只能采用步進電機作為伺服單元。這是由步進電機本身的特性決定的。關于步進電機的特性等詳細內容見其它資料。本系統(tǒng)確定為開環(huán)數控系統(tǒng)，其結構簡單，可以根據專用設備的控制要求自行設計開發(fā)，周期短、費用低、見效快。開環(huán)數控系統(tǒng)結構框圖如圖 2-2 所示。在進行開環(huán)數控系統(tǒng)的總體設計時，通常要考慮以下問題：1. 系統(tǒng)功能要求設計系統(tǒng)之前，應該明確定義系統(tǒng)的功能。在定義開環(huán)數控系統(tǒng)功能時，應以必要為度，既然是經濟型系統(tǒng)，應不求最佳，但求滿意。定義系統(tǒng)時，應綜合考慮經濟性、實用性、開發(fā)周期和開發(fā)能力等因素，對系統(tǒng)的某些功能進行權衡，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) 具有基本的準備功能、進給功能、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備；5) 硬件、軟件的設計均以經濟型為平臺；經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 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 量 電 動 機步 進驅 動 電 路步 進 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)結構2. 確定控制任務及軟件、硬件任務的劃分根據系統(tǒng)功能，可以進一步確定系統(tǒng)的基本構成部分及各部分要完成的控制任務。對一些控制任務要確定是用硬件來完成還是用軟件來完成，如開關量的邏輯控制可以用硬件來完成，也可以用軟件來完成。復雜的邏輯控制，用軟件來完成就要經濟一些，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。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，要考慮經濟性和先進性，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雜，故采用單微機處理器結構。單微處理器結構的 CNC 系統(tǒng)具有如下一些特點：1) CNC 系統(tǒng)內只有一個微處理器，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，構成 CNC 系統(tǒng)。3) 結構簡單、容易實現。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、數據寬度、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，因此數據功能的實現與與處理速度成為一對矛盾。選用 INTEL 公司推出的準 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，非常適用于經濟型數控系統(tǒng)。5. 確定軟件結構形式CNC 軟件可以設計成不同的結構形式。不同的軟件結構，對各任務的安排方式也不同，管理方式也不同。常見的 CNC 軟件結構形式有前后臺型軟件結構和中斷軟件結構。前后臺型軟件結構適合于采用集中控制的單微處理器 CNC 裝置。故本設計采用前后臺型軟件結構。經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 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)的設計思想，系統(tǒng)的界面設計確定圖 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 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)回復設計的原始狀態(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、數據處理、編譯、插補運算及步進電機控制等。暫?！詣蛹庸さ臅和＃且粋€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，電動刀架轉一個工位，本系統(tǒng)中為 。o90手動——與“←、↑、→、↓”配合，以實現動作臺的連動；在編輯程序時為光標移動鍵。數字 1—9——均為雙功能鍵，用于程序輸入，用“上下檔”鍵進行切換。G——準備功能鍵，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，用塊光標或下劃線光標指示。刪除——在插入方式下，刪除當前光標位置前的字符；在修改方式下，刪除當前光標位置字符。上頁——程序上翻到上一程序段。相當 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。相當于 PC 機的 PageDown 鍵?；剀嚒_認鍵。Esc——相當于 PC 機的 Esc 鍵。經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 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 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)的可維護性，這個經濟型數控系統(tǒng)采用模塊化設計，整個系統(tǒng)由 3 個相對獨立的子系統(tǒng)構成，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，通過它擴展了步進電機接口以及其它預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)在臨近軟件的設計過程中，力圖體現“加強容錯性，方便使用的原則，采用模塊化設計，全程菜單驅動，共有 5 大模塊組成：通信模塊、自動模塊、參數設置、編輯模塊、手動模塊。系統(tǒng)軟件框圖見圖 2-5：經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 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 設 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)設計3.1 數控裝置硬件結構設計數控裝置是整個數控系統(tǒng)的核心，其硬件結構按 CNC 裝置中各印制電路板的插接方式可以分為大板式結構和功能模塊式結構。（1）大板式結構 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而共同構成CNC 裝置。（2）功能模塊式結構將整個 CNC 裝置按功能劃分為模塊，硬件和軟件的設計都采用模塊化設計方法，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） ，相應功能模塊的控制軟件也模塊化。從本系統(tǒng)設計目的和用戶使用角度出發(fā)，本設計選用大板式結構。板式結構設計如圖示。經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設計- 8 -連 接 單 元 (DI/O)板擴 展 槽步 進 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 主電路板結構圖圖中主電路板（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）用于固化數控系統(tǒng)軟件，RAM 存放可變數據，如堆棧數據和控制軟件暫存數據，對數控加工程序和系統(tǒng)參數等可變數據存儲區(qū)域具有掉電保護功能。五個插槽內分別可插入用于保護數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 板上還包括諸如復位、STD 總線緩沖/驅動一些電路。3.2 主模塊設計1．主模塊中關鍵器件及其選型經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設計- 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 16 位機。就本設計的任務來看，開環(huán)數控系統(tǒng)選擇 8098 較為經濟合理。據有關資料介紹，8098 的實際運算速度可達 8031 的 5--6 倍，而價格也不太高。（2）存儲器的選用存儲器應符合以下要求：1) 系統(tǒng)掉電后可靠保存關鍵程序和數據2) 具有高可靠上電、掉電及強電磁沖擊等數據保護功能3) 讀/寫次數無限4) 讀/寫速度快，讀/寫方式簡單5) 工業(yè)化設計，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]到數控系統(tǒng)的運行環(huán)境以及數控系統(tǒng)對加工程序數據掉電保護的要求，本系統(tǒng)采用程序存貯器與數據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據。數據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、機床參數及系統(tǒng)運行數據。數據存貯器所存數據在系統(tǒng)掉電后不應丟失。為此對數據存貯器實行掉電保護。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0F900H~0F9FFH 空0F800H~0F8FFH 鍵盤/顯示控制器8000H~0F7FFH 數據存貯器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 內部 RAM、堆棧指針及特殊功能寄存器2．主模塊電原理圖設計主模塊電原理圖如圖。為了提高總線負載能力，對數據總線采用雙向總線驅動器 74HC245 進行驅動。2 片 GAL16V8 實現地址譯碼，產生接口片選信號、液晶模塊等的邏輯控制要求。3.3 輸入/輸出模塊設計1.鍵盤的選用鍵盤是輸入、修改、刪除零件程序、機床參數等數據的主要手段。本系統(tǒng)采用 64 鍵（8*8）行列式鍵經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設計- 10 -盤，鍵盤掃描由 Intel8279 鍵盤/顯示接口芯片完成，接口地址為 0F800H。當組成無 CRT 顯示的 CNC 最簡系統(tǒng)時，采用 LED 顯示塊進行顯示，8279 芯片可提供最多 16 位的 LED 顯示控制。2. 開關量輸入/輸出CNC 裝置不僅能夠控制機床的進給系統(tǒng)，而且還應具有一定的開關量輸入/輸出能力。開關量輸入/輸出板主要用來控制主軸的起動與停止、正轉與反轉，冷卻液的開關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 位開關量信號；C 口編程為輸出鎖存方式，可以輸出 8 位開關量信號，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，這些位線可以根據用戶要求進行連接，以擴展系統(tǒng)的功能。3-2 開關量輸入/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 NC NC NC NC NC（二）輸出信號3．步進電機控制接口x,y 兩軸采用 3 相 6 拍步進電機，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 74HC245 單向驅動后，通過 2 片 TLP521-4 光電隔離，形成 x,y 所需的 3 相控制信號，送往步進電機驅動電源。經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設計- 11 -28930147123765404321098576234567123456784516099018765432 8BAB01APPCBSRETAWD65 XGND2CVEDIRDIRE+V9 +4V+KAIHCHCJ1ZCBATLP2-H+VEDIRKA9圖 3-2 步進電機接口電路圖3.4 人機界面模塊設計3.4.1 顯示方式的確定1．單片機應用系統(tǒng)中常用顯示方式在單片機應用系統(tǒng)中，目前比較常用的顯示介質有數碼管（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智能設備中，國內的數控系統(tǒng)也開始廣泛采用。作為一個簡易型數控系統(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 的負擔。C. 使系統(tǒng)具有菜單驅動的基本素質。采用菜單驅動方式實現編輯模塊的全屏幕編輯功能，達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.經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設計- 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 ；寫數據口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的電路原理圖（２）數控系統(tǒng)中手動方式下連動功能的程序實現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。大多數應用系統(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，就可以據此判斷按鍵的狀態(tài)變化，以實現連動功能。3.4.2 數控操作面板外形圖設計本數控系統(tǒng)的 NC 鍵盤與顯示器的構成詳見設計 1 號圖紙.其中,顯示器為圖形點陣液晶顯示器, 可經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設計- 13 -以顯示所有字符及圖形. 系統(tǒng)設計中充分考慮功能的需要、操作方便的需要及系統(tǒng)復雜性的要求三都之間的關系，確定系統(tǒng)的大多數按鍵為雙功能鍵，使得整個系統(tǒng)界面簡潔。3.4.3 機床操作面板設計操作面板所具有的按鍵與旋鈕：1. 電源接通與關斷. 2. 緊急停止與復位 3. 超程解除 4. 方式選擇(自動,單段, 步進 , 點動, 回零, 手搖) 5. 手動運行( 手動運行包括:手動回參考點,點動進給,步進進給以及手搖脈沖發(fā)生器進給) 6. 坐標軸選擇 7.點動(JOG) 進給及進給速度選擇 8.增量(步進) 進給及增量倍率 9.手搖進給及倍率 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 14.循環(huán)啟動 15.進給保持 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 轉主 軸 停主 軸 正 轉-JOG快 進+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 關進 給 保 持循 環(huán) 程 序 增 量 倍 率坐 標 選 擇 ZX主 軸超 程NC機 床 報 警電 源 AY主 軸 修 調進 給 修 調方 式 選 擇 1605432回 零手 搖點 動步 進單 段自 動開關圖 3-6 機床操作面板3.5 系統(tǒng)安裝結構設計數控裝置、控制設備和機床間的接口符合“機床/數控接口”標準。如圖 3-7 所示，標明了數控裝置、控制設備和機床間的接口范圍。數控裝置與機床及機床電器設備之間的接口分為四種類型。第 A 類：與驅動有關的連結電路，主要是與坐標軸進給驅動和主軸驅動的連結電路。第 B 類：數控裝置與測量系統(tǒng)和測量傳感器之間的連結電路。第 C 類：電源及保護電路。第 D 類：開/關信號與代碼信號連結電路。系統(tǒng)安裝結構圖設計詳見設計圖紙 2 號圖紙。3.6 PLC 在 CNC 系統(tǒng)中的應用PLC 在數控系統(tǒng)中是介于數控裝置與機床之間的中間環(huán)節(jié)，根據輸入的離散信息，在內部進行邏輯運算，并完成輸入∕輸出控制功能，PLC 用在 CNC 系統(tǒng)中有內裝型和獨立型之分。經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設計- 14 -1.內裝型與獨立型的比較(1) 內裝型 PLC內裝型 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 動單 元主 軸 驅 動強 電 電 路面 板機 床 操 作面 板MCRTPLN圖 3-8 內裝型 PLC 的 CNC 系統(tǒng)框圖1) 內裝型 PLC 的性能指標同所從屬的 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)一設計。具有結構緊湊、適配能力強等優(yōu)點。2) 內裝型 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 點數較少；后者由于有獨立的 CPU，多用于順序程序復雜、動作速度要求快的場合。3) 內裝型 PLC 與 CNC 其它電路通常裝在一個機箱內，共用一個電源和地線。4) 內裝型 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。內裝型 PLC 與 RLC（繼電器邏輯電路）相比，具有響應速度快、控制精度高、可靠性高、柔性好、易與計算機聯(lián)網等高品質的功能。(2) 獨立型 PLC獨立型 PLC 與 CNC 機床的關系如圖 3-9 所示。獨立型 PLC 的特點如下：1) 根據數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，數控車床、銑加工中心等單機數控設備所需 PLC 的 I/O 點數多在 128 點以下，少數復雜設備在 128 點以上，選用微型或小型 PLC 即可。而大型數控機床、FMC 或 FMS、FA、CIMS，則需要選用中型和大型PLC。2) 要進行 PLC 與 CNC 裝置的 I/O 連接，PLC 與機床側的 I/O 連接。CNC 和 PLC 裝置均有自己的 I/O 連經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 3 章 硬件系統(tǒng)設計- 15 -接電路，需將對應的 I/O 信號的接口電路連接起來。通用型 PLC，一般采用模塊化結構，裝在插板式籠箱內。I/O 點數可通過 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)）數控機床中，采用 D/A 和 A/D 模塊，由 CNC 控制的坐標運動稱為插補坐標，而由 PLC 控制的坐標運動稱為輔助坐標，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 動單 元主 軸 驅 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 具有較強的數據處理、通信和診斷功能，成為 CNC 與上級計算機聯(lián)網的重要設備。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.獨立型 PLC 無需由編程人員編制相應的控制軟件，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/輸出點數目,選用小型 PLC,因其所需 PLC 的 I/O 接口點數在 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，各坐標軸的正反起停、刀架回轉方向選擇、數控系統(tǒng)啟動、進給停止等控制信息；各坐標軸運動限位及基準點越位、主軸機械變速選擇、刀架夾緊與放松等限位開關信息；系統(tǒng)故障保護、主軸調節(jié)器保護及狀態(tài)信息監(jiān)視信息；伺服系統(tǒng)運行準備信息等。3.7 系統(tǒng)電氣原理圖設計本系統(tǒng)確定單微處理器開環(huán)數控系統(tǒng)，選用 INTEL 公司推出的準 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、數據總線和控制總線連系起來，具體電氣原理圖參見設計圖紙 1 號圖。經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設計- 16 -第四章 系統(tǒng)軟件設計4.1 軟件功能設計1.控制軸數本系統(tǒng)能夠實現 X、Z 兩軸聯(lián)動。2．插補方式能夠完成直線、圓弧插補3.準備功能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.進給功能用 F 字母和后續(xù)的數值指定.由于主機的限制,本系統(tǒng)的快速進給速度為 5M/S,用 G00 指令.5.輔助功能M00—程序中停M02—程序結束M03—主軸順時針旋轉M04—主軸逆時針旋轉M05—主軸停止M08—冷卻液開M09—冷卻液關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 軟件結構分析、設計1.CNC 軟件結構模式分析所謂結構模式是指系統(tǒng)軟件的組織管理方式,即系統(tǒng)任務的劃分方式、任務調度機制、任務間的信息交換機制以及系統(tǒng)集成方法等。CNC 裝置結構模式有前后臺型結構模式與中斷型結構模式。A．前后臺型結構模式將 CNC 裝置軟件劃分成兩部分：前臺程序和后臺程序。前臺和后臺程序內部各子任務采用的是順序調度。這種結構在前臺和后臺內無優(yōu)先級等級，也無搶占機制，因而，實時性差。所以該結構適用控制功能較簡單的系統(tǒng)。B．中斷型結構模式是將除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務模塊分別安排在不同級別的中斷服務程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件與軟件組成）對各通級中斷服務程序實施調度管理。該結構中任務的調度采用的是優(yōu)先搶占調度。這類系統(tǒng)實時性好，但模塊的關系復雜，耦合度大，不得于對系統(tǒng)的維護和擴充。經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設計- 17 -2.軟件結構確定前后臺型軟件結構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。中斷型結構模式實時性好，但模塊的關系復雜，耦合度大，不得于對系統(tǒng)的維護和擴充。本系統(tǒng)控制功能較簡單，相比之下，經濟型數控系統(tǒng)宜選用前后臺型軟件結構。4.3 人機界面及其軟件實現技術經濟型數控系統(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水平和文化素質普遍不是很高,數控系統(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動技術和全屏幕編輯技術,實現了比較友好的系統(tǒng)人機界面.4.3.1 菜單驅動技術的應用菜單驅動技術在單片機系統(tǒng)中的應用已日益廣泛,這主要歸功于菜單化操作帶來的便捷和輕松.在本數控系統(tǒng)中,就應用了全程菜單驅動技術.現將這種技術在單片機系統(tǒng)上的實現做一簡單說明.(1)菜單驅動的物理條件要實現菜單驅動,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)菜單驅動的軟件實現以系統(tǒng)編輯模塊為例,說明菜單驅動的有條理.先看圖 4-1 編輯模塊菜單結構:子 菜 單 12子 菜 單菜 單 項圖 4-1 編輯模塊菜單結構其程序設計思想是: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,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)行相應的操作.4.4 逐點比較插補法的軟件實現4.4.1 直線插補原理①偏差計算公式經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設計- 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.根據偏差的正負決定下一步走向,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 取直線起點為坐標有缺點,終點坐標( , )是已知的.M( , )為加工點,若 m 在 OA 直線上,則根據exymxy相似三角形關系可得: / = / ， 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給方向如圖 4-3 所示.經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設計- 20 -圖 4-3 4 象限直線的偏差符號與進給方向由圖可知,第二象限的直線 OA2,其終點坐標為(- , ),在第一象限有一條對稱于 y 軸的直線 OA1,exy其終點坐標為( , ).當從 O 點出發(fā),按第一象限直線 OA1 進行插補時,若把沿 x 軸正向進給改為 xexy軸負方向進給,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給方向死于下表 4-2:表 4-2 直線插補公式及進給方向表F≥0 FZ 向進給MOV A, #02H ；走+X 一步MOV F_ORIENT, ALCALL DISP_XZ ；顯示原坐標LCALL MAN_MOVE ；走步LCALL DISP_XZ ；顯示新坐標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 ；插補結束返回DYXXL4: MOV A, #04H ；走+Z 一步MOV F_ORIENT, ALCALL DISP_XZ ；顯示原坐標LCALL MAN_MOVE ；走步LCALL DISP_XZ ；顯示新坐標CLR CMOV A, Fz3ADD A, Xe3MOV Fz3, A經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設計- 23 -MOV A, Fz2ADDC A, Xe2MOV Fz2, AMOV A, Fz1ADDC A, Xe1MOV Fz1, A ；計算 F+Xe->FLJMP DYXXL3 ；轉判終點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方法.如圖 4-5。圖 4-5 第 1 象限逆圓設要加工圓弧 AB,圓弧的圓心在坐標原點,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計算公式并指出了根據偏差符號確定進給方向.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.下面先推導第一象限順圓的偏差計算公式.高加工點現處于 m( , )點,若偏差 ≥0,則沿-y 軸向mxymF進給一步,到 m+1 點,新加工點坐標( , -1),求出新的偏差為:mxy= -2 +11?F若偏差 <0,則沿+x 軸進給一步,到 m+1 點,新加工點坐標是( +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,推導其他 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進給方向列于下表 4-4。偏差符號 ≥0mF偏差符號 <0mF圓弧坐標及方向進給方向偏差計算 坐標計算 圓弧坐標及方向進給方向偏差計算 坐標計算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給方向經濟型數控系統(tǒng)研究與設計 第 4 章 軟件系統(tǒng)設計- 26 -4.5 快速點定位—G00 程序設計快速點定位指令 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系的另一點。它只是快速到位，而其運動軌跡根據具體控制系統(tǒng)設計而有所不同。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 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 構成。應注意的是，進給速度 F 對 G00 無效。本系統(tǒng)以折線方式到達指定點，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 坐標終點輸入并計算 X 方向終判值（3B）MOV BY3, Yo3 ；Y 坐標起點輸入（3 個字節(jié)）MOV BY2, Yo2MOV BY1, Yo1CLR CMOV A, Ye3經濟型數控系統(tǒng)研究與設計