【文章內(nèi)容簡介】 　直線輪廓加工，X、Y軸位移變化圖中兩軸的位移直線斜率相等，這與計(jì)算出的兩軸的實(shí)際穩(wěn)定速度相符。，當(dāng)兩軸增益、匹配時(shí)，△KS = 0，ε=0，這說明當(dāng)兩軸的系統(tǒng)增益相等時(shí)，跟隨誤差、對輪廓精度無影響。刀具的實(shí)際位置仍在直線輪廓上，只是較指令位置有一定的滯后。在兩軸的指令速度等于輪廓加工速度的分量，且兩軸的進(jìn)給系統(tǒng)增益相等的條件下，直線輪廓加工時(shí)，速度誤差不會引起加工誤差。②當(dāng)兩軸的進(jìn)給系統(tǒng)增益匹配，即時(shí)，可以分相對于偏大和相對于偏小兩種情況進(jìn)行分析，不妨假設(shè)、均為常數(shù)。當(dāng)增益相對于增益偏大時(shí)，根據(jù)題意，不妨設(shè)，則兩軸增益差為： 于是有而且，于是。X軸 Y軸 　X、Y軸位移變化圖此刻。 直線輪廓加工，X、Y軸位移變化圖中X軸的位移直線斜率比Y軸的位移直線斜率大，這與計(jì)算出的兩軸的實(shí)際穩(wěn)定速度大小相符。，當(dāng)增益相對于增益偏大時(shí)，若增大，實(shí)際運(yùn)動軌跡就越偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差，當(dāng)時(shí)，則，實(shí)際運(yùn)動軌跡就越接近理論軌跡。若不考慮兩軸加速、減速階段，實(shí)際軌跡直線平行于理論軌跡直線，兩直線距離為輪廓誤差。③當(dāng)增益相對于增益偏小時(shí)，且、均為常數(shù)時(shí)，根據(jù)題意，不妨設(shè)，則兩軸增益之差為：于是有而且，于是。X軸 Y軸 X、Y軸位移變化圖此刻。 直線輪廓加工，X、Y軸位移變化圖中X軸的位移直線斜率比Y軸的位移直線斜率小，這與計(jì)算出的兩軸的實(shí)際穩(wěn)定速度大小相符。，當(dāng)增益相對于增益偏小時(shí)，若增大，實(shí)際運(yùn)動軌跡就越偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差，當(dāng)時(shí)，則，實(shí)際運(yùn)動軌跡就越接近理論軌跡。若不考慮兩軸加速、減速階段，實(shí)際軌跡直線平行于理論軌跡直線，兩直線距離為輪廓誤差。綜上所述，通過對工作臺雙軸伺服系統(tǒng)在直線插補(bǔ)運(yùn)動時(shí)輪廓誤差的分析，可知雙軸聯(lián)動作直線進(jìn)給時(shí)，輪廓誤差的產(chǎn)生源于雙軸系統(tǒng)開環(huán)增益的不匹配性，單軸坐標(biāo)直線進(jìn)給時(shí)，沒有位置誤差，但運(yùn)動存在滯后現(xiàn)象。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，零件的輪廓形狀精度不僅受機(jī)床的定位精度、微量位移精度的影響，而且更為主要的是受機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的輪廓跟隨精度所影響。在輪廓加工過程中，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性會對輪廓誤差產(chǎn)生比較大的影響。在直線加工時(shí)，若=，直線輪廓誤差為零， 若增大，實(shí)際運(yùn)動軌跡偏離理論軌跡，將會產(chǎn)生輪廓誤差。因此，在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，各聯(lián)動坐標(biāo)軸的系統(tǒng)增益一般均取相同數(shù)值，只有這樣才能保證零件輪廓的加工精度。 通過上述理論分析，為了提高理論分析成果的實(shí)用性，并充分運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)過程之中，筆者下面將在Windows XP系統(tǒng)下基于VC開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)一套測試數(shù)控機(jī)床增益匹配的軟件。3 軟件設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床參數(shù)匹配測試平臺軟件應(yīng)該具有主要功能如下：（1） 采集8253芯片數(shù)據(jù)并寫入文件；（2） 讀取文件內(nèi)容并繪制數(shù)據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)；（3） 最小二乘法擬合直線；（4） 設(shè)定并繪制理論直線；（5） 數(shù)據(jù)瀏覽、誤差顯示；（6） 結(jié)果分析；（7） 軟件使用幫助。 操作系統(tǒng)的選擇方案1：DOS操作系統(tǒng)特點(diǎn)：單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng) 方案2：WINDOWS 操作系統(tǒng)特點(diǎn)：單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) 友好的圖形用戶界面、易學(xué)易用，并能支持多任務(wù)。 方案3：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 特點(diǎn)：多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng) UNIX、NETWARE、WINDOWS NT LINUX等。結(jié)論：雖然網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能較為強(qiáng)大，但WINDOWS的深為廣大用戶的喜愛，因?yàn)樗僮鞅容^簡單，而且考慮與語言程序的匹配兼容性，我們選擇使用WINDOWS操作系統(tǒng)。 編程語言方案選擇方案1：Visual BasicVB 淺顯易懂，很容易上手，具有如下一些特點(diǎn)： ①面向?qū)ο? VB采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想。它的基本思路是把復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)問題分解為一個(gè)個(gè)能夠完成獨(dú)立功能的相對簡單的對象集合，所謂“對象”就是一個(gè)可操作的實(shí)體，如窗體、窗體中的命令按鈕、標(biāo)簽、文本框等。②事件驅(qū)動 在Windows環(huán)境下，程序是以事件驅(qū)動方式運(yùn)行的，每個(gè)對象都能響應(yīng)多個(gè)不同的事件，每個(gè)事件都能驅(qū)動一段代碼——事件過程，該代碼決定了對象的功能，通常稱這種機(jī)制為事件驅(qū)動。③軟件的集成式開發(fā) VB為編程提供了一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，編程者可設(shè)計(jì)界面、編寫代碼、調(diào)試程序，直至把應(yīng)用程序編譯成可在Windows中運(yùn)行的可執(zhí)行文件，并為它生成安裝程序。④結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言 VB具有豐富的數(shù)據(jù)類型，是一種符合結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想的語言，而且簡單易學(xué)。此外作為一種程序設(shè)計(jì)語言，VB還有許多獨(dú)到之處。 方案2：Delphi語言編譯速度快，比C++、C?？於嗔?。運(yùn)行速度快,VC體系比較好,使用方便,適合做數(shù)據(jù)庫,適合做共享軟件，組件資源豐富，難度小于C++。使用Pascal語言，語言的流行程度不如C/C++，不是完全面向?qū)ο?，使用不是很靈活。方案3：Visual C++　　VisualBasic之所以受到廣大編程愛好者及專業(yè)編程人員的青睞，是因?yàn)閂isual C++具有如下主要特點(diǎn)：①程序結(jié)構(gòu)簡單、書寫格式自由。 ②語句簡練、語法結(jié)構(gòu)清晰、緊湊，使用方便、靈活。③數(shù)據(jù)類型豐富、齊全。 ④運(yùn)算符豐富、齊全，運(yùn)算能力強(qiáng)。 ⑤語法限制不太嚴(yán)格，程序自由度大。⑥具有直接的硬件處理能力 ⑦C++編譯系統(tǒng)生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。⑧程序可移植性強(qiáng)。 C++包含了整個(gè)C，因此也繼承了C的全部特征和優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)添加了對 OOP的完全支持。綜上所述，本設(shè)計(jì)涉及從PC機(jī)ISA接口讀取數(shù)據(jù)，綜合各方面考慮，最終選擇Visual C++作為編程語言。 VC開發(fā)平臺介紹VC++是Visual C++的簡稱，它包括編輯、編譯、連接、運(yùn)行幾個(gè)環(huán)節(jié)。Visual C++，它是在20世紀(jì)80年代初由貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的。當(dāng)時(shí)C語言已經(jīng)非常流行，隨著問題復(fù)雜度的提高和面向?qū)ο蠓椒ǖ奶岢?，C語言越來越顯得力不從心，C++是由C語言擴(kuò)張而成的，它繼承了C語言的優(yōu)點(diǎn)，又?jǐn)U張了C語言的功能。它非常適用于開發(fā)中等和大型的計(jì)算機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目。軟件的可重用性、可擴(kuò)充性以及可靠性均顯示出了它的優(yōu)越性。Visual C++。 工程界面，工具欄中的常用按鈕的主要功能介紹如下： 編譯按鈕，當(dāng)程序編輯好后，點(diǎn)擊此按鈕看程序是否出錯(cuò)，以便修改。 組建按鈕，當(dāng)所有文件編輯好后，點(diǎn)擊此按鈕看程序是否出錯(cuò)，以便修改。 運(yùn)行按鈕，當(dāng)程序編譯無誤后點(diǎn)擊這個(gè)按鈕會自動彈出運(yùn)行界面，這樣你就可以檢驗(yàn)?zāi)愕某绦蚝湍愕乃枷胧欠褚恢隆?單步運(yùn)行按鈕, 便于檢查程序的執(zhí)行情況，看是否按自己的思路運(yùn)行，可以單步查看運(yùn)行結(jié)果；插入或刪除中斷點(diǎn)按鈕；停止組建按鈕； 幫助按鈕；保存按鈕，將編輯的當(dāng)前程序存盤；全部保存按鈕，將所有文件存盤。3. 5軟件功能實(shí)現(xiàn):最小二乘法擬合寫入文件讀取數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制理論直線誤差分析結(jié)果分析采集外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)瀏覽 數(shù)控機(jī)床參數(shù)匹配測試平臺框架結(jié)構(gòu)圖 每個(gè)環(huán)節(jié)之間的存在著一定得邏輯關(guān)系，具體流程闡述如下：①平臺通過計(jì)算機(jī)ISA接口將8253計(jì)數(shù)芯片上的數(shù)據(jù)采集進(jìn)入平臺之中，然后經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并寫入PC機(jī)硬盤中備用；②將PC機(jī)中的數(shù)據(jù)文件讀出，并將其繪制到坐標(biāo)系中；③將PC機(jī)中的數(shù)據(jù)文件讀出，應(yīng)用最小二乘法對其進(jìn)行擬合，將擬合的直線與坐標(biāo)點(diǎn)繪制到相同坐標(biāo)系中，并顯示擬合直線方程；④對最小二乘法數(shù)據(jù)擬合以及系統(tǒng)位置誤差進(jìn)行分析；⑤設(shè)置理論直線方程，將其與擬合直線和坐標(biāo)點(diǎn)繪制到同一坐標(biāo)系；⑥通過對所繪制的圖形的分析，給出相關(guān)結(jié)論和解決問題的建議。 下面將針對每個(gè)功能模塊部分的實(shí)現(xiàn)情況進(jìn)行闡述，功能模塊之間都是基于VC++的消息機(jī)制，每個(gè)功能模塊中將介紹編程思想、簡單編程流程圖、重要子程序以及其他關(guān)鍵編程信息。 采集數(shù)據(jù)信息平臺通過計(jì)算機(jī)ISA總線接口將8253計(jì)數(shù)芯片上的數(shù)據(jù)采集進(jìn)入平臺之中，然后經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)處理將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并寫入PC機(jī)硬盤中備用。那么，有必要對8253芯片和ISA總線做簡單介紹。8253芯片介紹：8253芯片是INTEL公司生產(chǎn)的微型機(jī)通用外因芯片之一。采用24引腳雙列直插式封裝，其主要特性有：●采用單一的+5V電源供電；●計(jì)數(shù)頻率為0～5MHz；●兩種計(jì)數(shù)方式：即二進(jìn)制或BCD方式計(jì)數(shù)；●片內(nèi)有3個(gè)獨(dú)立的16位減法計(jì)數(shù)器(或計(jì)數(shù)通道)，每個(gè)計(jì)數(shù)器又可以分為2個(gè)8位計(jì)數(shù)器；●六種工作方式，既可對系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)．又可對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，可由軟件或硬件控制開始計(jì)數(shù)或停止計(jì)數(shù)。由于篇幅有限，下面就只介紹一下8253芯片的6種工作方式，根據(jù)本設(shè)計(jì)需要選擇一種適合的工作方式。（1） 工作方式選擇①方式0—計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生中斷方式當(dāng)寫入方式0的控制字后，計(jì)數(shù)器輸出立即變?yōu)榈碗娖?，?dāng)賦初值后，計(jì)數(shù)器馬上開始工作，且輸出一直保持低電平，計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)變?yōu)楦唠娖?，并一直保持到再次裝入初值或復(fù)位為止。若初值為雙字節(jié)，則只有當(dāng)輸入高字節(jié)后計(jì)數(shù)器才開始工作。如果對正在進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器裝入一個(gè)新的初值，則計(jì)數(shù)器馬上重新開始計(jì)數(shù)。GATE門控端可禁止或允許計(jì)數(shù)，當(dāng)GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)，GATE=1時(shí)，允許計(jì)數(shù)。②方式1—可編程單次脈沖方式當(dāng)裝入計(jì)數(shù)初值后，要等GATE信號由低變高，并保持高時(shí)開始計(jì)數(shù)，此時(shí)OUT信號為低電平，計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，輸出變高電平，輸出單次脈沖，單次脈沖的寬度由計(jì)數(shù)初值N決定。當(dāng)再有GATE上跳沿信號時(shí)，將再次以N為初值開始計(jì)數(shù)，若在GATE信號之前賦入新的初值，則等到再有觸發(fā)信號時(shí)將以此新值開始計(jì)數(shù)。③方式2—頻率發(fā)生器方式當(dāng)裝入計(jì)數(shù)初值后，立即開始計(jì)數(shù)，輸出端不斷輸出負(fù)脈沖，其寬度等于一個(gè)時(shí)鐘周期，兩脈沖之間的時(shí)鐘個(gè)數(shù)等于裝入的初始值。該方式需在GATE信號控制下工作，當(dāng)GATE為0時(shí)，立即強(qiáng)迫輸出為高電平，當(dāng)GATE為1時(shí)啟動一次新的計(jì)數(shù)周期。④方式3—方波頻率發(fā)生器方式該發(fā)生GATE信號的作用與方式2相同，在GATE信號的上升沿啟動計(jì)數(shù)，前半計(jì)數(shù)輸出一直保持高電平，后一半計(jì)數(shù)輸出又變?yōu)榈碗娖?。若裝入的初值N為奇數(shù)，則在(N+1)/2個(gè)計(jì)數(shù)期間輸出保持低電平。⑤方式4—軟件觸發(fā)選通方式該方式被設(shè)置后輸出即變?yōu)楦唠娖?，?dāng)GATE=1時(shí)，一旦計(jì)數(shù)器裝入初值便馬上開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)束后馬上輸出一個(gè)寬度等于一個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖。GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。⑥方式5—硬件觸發(fā)選通方式該方式由GATE信號的上升沿啟動計(jì)數(shù)器，輸出一直保持高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，輸出一個(gè)寬度等于時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖。此方式下，GATE的電平高低對計(jì)數(shù)器工作無作用。但計(jì)數(shù)操作可用GATE信號的上升沿重新觸發(fā)，當(dāng)正在計(jì)數(shù)期間計(jì)數(shù)器一旦重新觸發(fā)，便又從原來的初值重新開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)期間，輸出一直保持高電平。綜上所述，結(jié)合本次設(shè)計(jì)需要，選擇8253芯片的工作方式2比較合適。 （2） 82535編程① 寫入方式控制字。使用任意計(jì)數(shù)器通道，首先要向該通道寫入方式控制字，以確定該通道的工作方式。注意，雖然三個(gè)通道用的控制字端口地址是相同的，但三個(gè)控制字寫入后卻存入對應(yīng)通道的控制寄存器中。② 寫入計(jì)數(shù)初始值某個(gè)計(jì)數(shù)器在寫入了方式控制字后，任何時(shí)候都可以按RL1RL0的規(guī)定寫入計(jì)數(shù)初始值，對某一計(jì)數(shù)器的寫入次序是必須嚴(yán)格遵守的，但是在符合次序情況下，允許在中間穿插著對別的計(jì)數(shù)器的讀寫操作。當(dāng)RL1RL0=01時(shí)，只寫入低8位，則高位自動置0；當(dāng)RL1RL0=10時(shí)，只寫入高8位，則低位自動置0；當(dāng)RL1RL0=11時(shí)，共寫入16位，先寫低8位，后寫高8位。D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SC1 SC0 RL1 RL0 M2 M1 M0 BCD 方式控制字SCSC0 計(jì)數(shù)器選擇RL1 、RL0 CPU讀/寫操作 SC1 SC0 計(jì)數(shù)器 0 0 計(jì)數(shù)器0 0 1 計(jì)數(shù)器1 1 0 計(jì)數(shù)器2 1 1 無效 RL1 RL0 操作方式 0 0 計(jì)數(shù)值鎖存（供CPU讀出） 0 1 讀/寫計(jì)數(shù)器低8位 1 0 讀/寫計(jì)數(shù)器高8位 1 M2 M1 M0 工作方式選擇1 先讀/寫低8位，后讀/寫高8位 M2 M1 M0 工作方式 0 0 0 方式0 0 0 1 方式1 1 0