【文章內(nèi)容簡介】 中。方式選擇開關(guān)設(shè)置為通過鍵盤輸入，使用軟件控制。由前面總體設(shè)計可知，步進電機的脈沖發(fā)生采用硬件實現(xiàn)，設(shè)計給定的條件要求電機采用3相6拍環(huán)形分配器驅(qū)動，但本設(shè)計所采用的芯片為YB104 4相8拍環(huán)形分配器。一般情況下，該芯片的兩個輸入控制端EE2可直接接地，如工作方式設(shè)定在3相6拍，只需將?0、?1接地即可。這樣，該芯片的所?？刂贫酥饕€有方向控制端：－Δ、＋Δ、選通輸出控制端?0、時鐘脈沖輸入端CP及清零端R。要正確控制步進電機，必須正確控制這些信號。在此確定：所需的方向及輸出控制信號由單片機的P1口控制。X、Z向步進電機各自用一個環(huán)形分配器控制。為了防止強電干擾及其它干擾信號通過I/O控制電路進入計算機，影響其工作，通常的辦法是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機與強電部件不共地，阻斷干擾信號的傳導(dǎo)。光電隔離電路主要由光電耦合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成?？刂戚敵鰰r，控制信號加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端。當控制信號為高電平時，經(jīng)反向后，加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此，發(fā)光二極管不導(dǎo)通，沒有光發(fā)出。這時光敏三極管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏三極管集電極上的電源電壓。當控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)光，光敏三極管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光而導(dǎo)通，于是輸出端的電平幾乎等于零。單片機的時鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部時鐘方式。外部時鐘方式是將片外振蕩器產(chǎn)生的時鐘信號加到XTAL2端，XTAL1端接地。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式。其利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTLXTL2引腳上外接定時元件（一個電容和石英晶體）?！?2MHz間任意選擇，電容在5～30PF之間，對時鐘有微調(diào)作用。MCS－51單片機有兩種復(fù)位方式：一種是加電自動復(fù)位，另一種為開關(guān)復(fù)位。當為上電自動復(fù)位電路時，RC電路在通電瞬間被充電，RST端出現(xiàn)一個正脈沖，只要該脈沖保持高電平在10ms以上，就能實現(xiàn)復(fù)位。若振蕩頻率選用6MHz，當R＝1KΩ，C＝22μF時，就能可靠的實現(xiàn)上電自動復(fù)位。當為開關(guān)復(fù)位電路時，R1常取200Ω，R2取1KΩ左右，只要S閉合，便可實現(xiàn)開關(guān)復(fù)位。當vcc處于掉電情況下，vpd將為RAM提供備用電源。 報警電路的作用是當數(shù)控機床出現(xiàn)故障或工作臺超程時亮紅燈報警，當機床工作正常時，其綠燈亮，顯示正常工作狀態(tài)。本設(shè)計是車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，其要求不是很高，因此以8031芯片為核心，加上存儲器擴展電路、數(shù)據(jù)存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)及電機驅(qū)動電路等組成。第四章 數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計 本數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計任務(wù) 2. 零件加工源程序的輸入處理命令 3. 插補程序 4. 伺服控制程序5. 診斷程序 6. 機床的自動加工及手動控制程序 7. 鍵盤操作和顯示處理程序數(shù)控機床的進給速度與加工精度、表面光潔度和生產(chǎn)率有密切關(guān)系。要求進給速度穩(wěn)定、有一定的調(diào)速范圍、啟動快、停車準。在CNC系統(tǒng)中，可用軟件或軟件與接口配合實現(xiàn)進給速度控制。常見的有程序計時法、時鐘中斷法及V/ 積分器法等。在這里只介紹時鐘中斷法。時鐘中斷法只要求一種時鐘頻率，用軟件控制每個時鐘周期內(nèi)的插補次數(shù)，以達到控制速度的目的。進給速度可每分鐘毫米數(shù)給定。時鐘頻率選擇：根據(jù)最高插補進給速度要求，并結(jié)合計算機換算的方便，可取一特殊的F（mm/min），使該速度下每個時鐘周期進行一次插補。如取F=256mm/min，： F=256mm/min=256100/60=取F=427Hz。這樣對F=256mm/min時，恰好每次時鐘中斷作一次插補。因為Z軸步進電機的控制方法與X軸步進電機的控制方法一樣，所以在此僅以X軸步進電機的控制為例說明。 主軸電機的控制目前，數(shù)控機床的主傳動電機已經(jīng)基本不再采用普通的交流異步電機或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電機和直流調(diào)速電機所代替。數(shù)控機床的主傳動要求較大的調(diào)速范圍，以保證加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。數(shù)控機床的變速是按照控制指令自動進行的。 自動刀架的控制數(shù)控機床的出現(xiàn)對提高生產(chǎn)率、改進產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動條件等已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。為了進一步壓縮非切削時間，數(shù)控機床正朝著一臺機床在一次裝夾中完成多工序加工的方向發(fā)展。在這類多工序的數(shù)控機床中，必須帶有自動換刀裝置。實際上，數(shù)控車床上的回轉(zhuǎn)刀架就是一種最簡單的自動換刀裝置。自動換刀裝置應(yīng)當滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具存儲量、刀庫占地面積小以及安全可靠等基本要求。 螺紋加工工作原理和加工程序主軸脈沖發(fā)生器是為加工螺紋安裝的主軸轉(zhuǎn)速檢測裝置。解決螺紋精度和粗糙度，加工出高質(zhì)量的螺紋是當前數(shù)控機床急需解決的問題。被采集的主軸脈沖發(fā)生器的脈沖N，經(jīng)過8031單片機軟件處理，轉(zhuǎn)換成沿主軸方向進給的脈沖，通過步進電機推動刀架運動，完成螺紋加工機床數(shù)控的控制對象，是使刀架按給定要求，沿不同坐標方向運動，完成預(yù)定加工。對螺紋加工說，只要把裝有主軸發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)軸 和沿主軸Z運動的刀架，看成Z、 坐標系內(nèi)的兩軸聯(lián)動，則螺紋加工就是解決 和Z的聯(lián)動問題。當主軸脈沖數(shù)固定后，螺距不同，得到不同斜率的直線；轉(zhuǎn)速不同，脈沖頻率，只影響沿Z軸的進給速度，對斜率無影響；在螺紋加工中，脈沖的到來是沿螺距方向進給的依據(jù)。螺紋加工的進給速度由脈沖的頻率決定。因此，每來一個脈沖，做一次偏差計算，當F≥0時，進給⊿Z。因此脈沖的到來，標志 方向已進給了⊿ ，所以，F(xiàn)≥0進給⊿Z，并需繼續(xù)進行偏差計算，直至F＜0，再等待下一次脈沖的到來。對于Z方向定義第一象限的進給是+⊿Z，可加工反螺紋。第二象限進給⊿Z，加工正螺紋。步進電機程序設(shè)計的主要任務(wù)如下：(1)判斷旋轉(zhuǎn)方向(2)按相序確定控制字(3)按順序輸入控制字即傳送控制脈沖序列(4)控制步數(shù)本系統(tǒng)步進電機采用三相六拍工作方式，當電機A、B、其工作狀態(tài)及控制字如表41所示，，、B、C三相電機繞組。在機床手動工作或自動加工啟動前，常需手動移動溜板，使它到達指定位置。這對于零件加工的調(diào)刀特別有用。它相當于普通機床用手移動溜板，所不同的是不用手搖手柄，而是通過按鍵完成。鍵盤分板指令識別后，控制系統(tǒng)在軟件功能指令下自動發(fā)出進給指令，并記憶其移動位置。但要注意，該操作程序必須在主程序執(zhí)行后才能起作用。程序說明如下：（1）設(shè)電機驅(qū)動子程序中2027H單元內(nèi)存方向代碼，2028H單元內(nèi)存速度系數(shù)。（2）使用該程序可使溜板按給定方向移動到指定位置，也可點動，分別由鍵處理程序調(diào)動。（3）軟件自動規(guī)定移動速度，按“9速”移動，即縱、。軟件插補方法分為兩類：基準脈沖插補法和數(shù)據(jù)采樣法?；鶞拭}沖插補方式適用于以步進電動機為驅(qū)動裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)?；鶞拭}沖插補在計算過程中不斷向各坐標軸發(fā)出相互協(xié)調(diào)的進給脈沖，從而使各坐標軸作相應(yīng)移動?；鶞拭}沖插補的實現(xiàn)較簡單，通常只需進行加法和移位就能完成插補計算。因此它較易由硬件實現(xiàn)，插補速度快。也可由軟件實現(xiàn)，但插補速度和精度受限制，只適合于一些中等精度和中等速度的機床控制，通常為經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)?；鶞拭}沖插補算法中較為成熟并得到廣泛應(yīng)用的是逐點比較法和數(shù)字積分法。以下介紹一下逐點比較法的工作原理和程序：逐點比較法的基本原理：在刀具按要求的軌跡運動加工零件時，不斷比較刀具與被加工零件輪廓之間的相對位置，根據(jù)比較的結(jié)果決定下一步進給的方向，使刀具向減少誤差的方向進給，且只有一個方向的進給。逐點比較法每進給一步都要經(jīng)過四個工作節(jié)拍：偏差判別、進給、偏差計算、終點判別。利用逐點比較法可以實現(xiàn)平面內(nèi)的直線和圓弧插補，插補誤差被控制在一個脈沖當量之內(nèi)，輸出脈沖均勻且速度變化不大，因此在兩坐標數(shù)控機床中得到較為普遍的應(yīng)用。下面以第一象限直線為例說明。 實現(xiàn)逐點比較法直線插補可以采用硬件邏輯，也可以利用軟件來模擬。軟件插補靈活可靠，但速度較硬件慢，程序清單見附錄87a。插補用到的各寄存器在內(nèi)部RAM中的分配如圖410a所示，其中判別值為絕對值， 、 和F為二進制補碼，低位在上，高位在下，高位的D7位為符號位?，F(xiàn)以第一象限逆圓插補為例說明，逐點比較法圓弧插補每進給一步也需要經(jīng)過四個工作節(jié)拍。逐點比較法由軟件實現(xiàn)圓弧插補，動點坐標修正和偏差公式中的乘2及加1運算用軟件實現(xiàn)時幾條指令即可完成，程序清單如附錄87b。插補用到的各寄存器在內(nèi)部RAM中的分配，其中終制值為絕對值， 、 、 、 和F為二進制補碼，低位在上，高位在下，高位的D7位為符號位。（1）.插補與象限及圓弧走向的關(guān)系前面均是以特例來討論逐點比較法直線插補和圓弧插補的，所推出的偏差判別公式等僅適用于第一象限中的直線和逆時針走向圓弧。但是，對于不同象限中的線型，其插補運算公式和脈沖進給方向都是不同的，圓弧還受其走向的影響。在一個坐標平面內(nèi)，由于象限及圓弧走向不同，圓弧共有8種情況。若用R表示圓弧，用S表示順時針走向，用N表示逆時針走向，四個象限分別用4標注，則可將這8種情況分別表示為SRSRSRSR4（四個象限的順圓）和NRNRNRNR4（四個象限的逆圓）。直線情況較簡單，僅因象限而異。若用L表示直線，四個象限還由數(shù)字4分別標注，則可將4種直線分別表示為LLL3和L4。圓弧插補的8種情況和直線插補的4種情況的進給方式，對于各種情況的偏差計算公式不再一一推導(dǎo)。圓弧插補的偏差公式有兩套，且公式形式相同。若采用坐標互換的辦法，可將兩套公式合并為一套公式。即在用第二套公式計算時，將X和Z的坐標值互換，使第二套公式變?yōu)榱说谝惶坠降男问?，實現(xiàn)合二為一。直線插補只有一套計算公式，只是各象限的進給方向不同?？蓪?種不同的進給方向歸納為兩個分支，每個分支有兩個入口，每個入口包含了有相同偏差公式的不同象限。（2）.圓弧自動過象限 所謂圓弧過象限，即圓弧的起點和終點不在同一個象限內(nèi)。為實現(xiàn)一個程序段的完整功能，須設(shè)置圓弧自動過象限功能。首先應(yīng)判別何時過象限。過象限有一個顯著的特點，即過象限時刻正好是圓弧與坐標軸相交的時刻，因此在兩個坐標軸中必有一個為零。這樣，判別是否過象限只要檢查坐標值是否為零即可。過象限后圓弧線型也改變了。但過象限時象限的轉(zhuǎn)換是有一定的規(guī)律的。當圓弧起點在第一象限時，順時針圓弧過象限的順序是SR1 SR4 SR3 SR2 SR1，即每轉(zhuǎn)過一次，象限順序號減1；逆時針圓弧過象限的轉(zhuǎn)換順序則為NR1 NR2 NR3 NR4 NR1，每轉(zhuǎn)過一次象限順序號加1。數(shù)控系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)的各個部分可能處于隨機狀態(tài)，必須用初始化程序自動地完成對CPU及其有關(guān)接口設(shè)置工作狀態(tài)。對有關(guān)寄存器、存儲單元設(shè)置初始值后，系統(tǒng)才能開始工作。圖414是初始化程序設(shè)計的一般過程。輸入處理程序的任務(wù)是接收用戶的零件加工程序，并將它轉(zhuǎn)換為便于在加工過程中處理的數(shù)據(jù)形式。這樣，在加工過程中只做實時性強的插補運算和控制調(diào)節(jié)等工作，從而提高系統(tǒng)的速度和精度。輸入處理程序?qū)?shù)控程序由鍵盤輸入，逐行存于內(nèi)存中。這個存儲區(qū)叫源程序區(qū)，一個字母存于一個字節(jié)中，每一個數(shù)（BCD碼0～9）都占一個字節(jié)。在加工時，控制軟件將數(shù)控語句從N到LF將程序段讀入到控制軟件的工作區(qū)，工作區(qū)內(nèi)各單元都對應(yīng)一個代碼和坐標單元，并且在讀入程序過程中對數(shù)據(jù)進行十翻二處理。當零件程序輸入結(jié)束后，數(shù)據(jù)經(jīng)輸入處理程序存放到固定的數(shù)據(jù)區(qū)。為了保證輸入數(shù)據(jù)的正確性，必須對數(shù)據(jù)進行檢查，有錯的進行修改、刪除或插入等編輯工作。一般系統(tǒng)可以存儲多個用戶程序，每個程序前都加入一個程序號，以便編輯運行時檢索。編輯修改程序由檢索命令啟動后，輸入需檢索的程序號，這時編輯修改程序就在零件程序中檢索程序，并顯示該程序，發(fā)現(xiàn)錯誤則進行修改，如刪除、插入、改正、復(fù)制等工作。圖416是編輯修改子程序框圖。 （1）診斷程序在絕大多數(shù)的CNC系統(tǒng)中，都配有一定規(guī)模的診斷程序，這也是CNC系統(tǒng)的一個重要特點。有了較完善的診斷程序（如存儲器診斷，定時器、中斷及可編程I/O的診斷等），就可以防止故障的發(fā)生和擴大，就是在出現(xiàn)故障時也可以及早查明故障類型及部位，以便迅速排除，減少停機時間。（2）RAM的診斷數(shù)控系統(tǒng)的監(jiān)控程序固化在EPROM中