【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中。方式選擇開(kāi)關(guān)設(shè)置為通過(guò)鍵盤輸入，使用軟件控制。由前面總體設(shè)計(jì)可知，步進(jìn)電機(jī)的脈沖發(fā)生采用硬件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)給定的條件要求電機(jī)采用3相6拍環(huán)形分配器驅(qū)動(dòng)，但本設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)鐘脈沖輸入端CP及清零端R。要正確控制步進(jìn)電機(jī)，必須正確控制這些信號(hào)。在此確定：所需的方向及輸出控制信號(hào)由單片機(jī)的P1口控制。X、Z向步進(jìn)電機(jī)各自用一個(gè)環(huán)形分配器控制。為了防止強(qiáng)電干擾及其它干擾信號(hào)通過(guò)I/O控制電路進(jìn)入計(jì)算機(jī)，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(hào)的產(chǎn)生，然后采用光電隔離的辦法，使微機(jī)與強(qiáng)電部件不共地，阻斷干擾信號(hào)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(shí)，控制信號(hào)加到光電耦合器G的發(fā)光二極管正端。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，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(méi)有光發(fā)出。這時(shí)光敏三極管截止，輸出信號(hào)幾乎等于加在光敏三極管集電極上的電源電壓。當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，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(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部方式和外部時(shí)鐘方式。外部時(shí)鐘方式是將片外振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)加到XTAL2端，XTAL1端接地。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。其利用芯片內(nèi)部振蕩電路，在XTLXTL2引腳上外接定時(shí)元件（一個(gè)電容和石英晶體）?！?2MHz間任意選擇，電容在5～30PF之間，對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。MCS－51單片機(jī)有兩種復(fù)位方式：一種是加電自動(dòng)復(fù)位，另一種為開(kāi)關(guān)復(fù)位。當(dāng)為上電自動(dòng)復(fù)位電路時(shí)，RC電路在通電瞬間被充電，RST端出現(xiàn)一個(gè)正脈沖，只要該脈沖保持高電平在10ms以上，就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。若振蕩頻率選用6MHz，當(dāng)R＝1KΩ，C＝22μF時(shí)，就能可靠的實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位。當(dāng)為開(kāi)關(guān)復(fù)位電路時(shí)，R1常取200Ω，R2取1KΩ左右，只要S閉合，便可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)復(fù)位。當(dāng)vcc處于掉電情況下，vpd將為RAM提供備用電源。 報(bào)警電路的作用是當(dāng)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)故障或工作臺(tái)超程時(shí)亮紅燈報(bào)警，當(dāng)機(jī)床工作正常時(shí)，其綠燈亮，顯示正常工作狀態(tài)。本設(shè)計(jì)是車床的經(jīng)濟(jì)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(chǔ)器擴(kuò)展電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開(kāi)關(guān)及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成。第四章 數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)任務(wù) 2. 零件加工源程序的輸入處理命令 3. 插補(bǔ)程序 4. 伺服控制程序5. 診斷程序 6. 機(jī)床的自動(dòng)加工及手動(dòng)控制程序 7. 鍵盤操作和顯示處理程序數(shù)控機(jī)床的進(jìn)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(jìn)給速度穩(wěn)定、有一定的調(diào)速范圍、啟動(dòng)快、停車準(zhǔn)。在CNC系統(tǒng)中，可用軟件或軟件與接口配合實(shí)現(xiàn)進(jìn)給速度控制。常見(jiàn)的有程序計(jì)時(shí)法、時(shí)鐘中斷法及V/ 積分器法等。在這里只介紹時(shí)鐘中斷法。時(shí)鐘中斷法只要求一種時(shí)鐘頻率，用軟件控制每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的插補(bǔ)次數(shù)，以達(dá)到控制速度的目的。進(jìn)給速度可每分鐘毫米數(shù)給定。時(shí)鐘頻率選擇：根據(jù)最高插補(bǔ)進(jìn)給速度要求，并結(jié)合計(jì)算機(jī)換算的方便，可取一特殊的F（mm/min），使該速度下每個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行一次插補(bǔ)。如取F=256mm/min，： F=256mm/min=256100/60=取F=427Hz。這樣對(duì)F=256mm/min時(shí)，恰好每次時(shí)鐘中斷作一次插補(bǔ)。因?yàn)閆軸步進(jìn)電機(jī)的控制方法與X軸步進(jìn)電機(jī)的控制方法一樣，所以在此僅以X軸步進(jìn)電機(jī)的控制為例說(shuō)明。 主軸電機(jī)的控制目前，數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)電機(jī)已經(jīng)基本不再采用普通的交流異步電機(jī)或傳統(tǒng)的直流調(diào)速電機(jī)，它們已逐步被新型的交流調(diào)速電機(jī)和直流調(diào)速電機(jī)所代替。數(shù)控機(jī)床的主傳動(dòng)要求較大的調(diào)速范圍，以保證加工時(shí)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(jī)床的變速是按照控制指令自動(dòng)進(jìn)行的。 自動(dòng)刀架的控制數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)對(duì)提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動(dòng)條件等已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。為了進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，數(shù)控機(jī)床正朝著一臺(tái)機(jī)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(jī)床中，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。實(shí)際上，數(shù)控車床上的回轉(zhuǎn)刀架就是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具存儲(chǔ)量、刀庫(kù)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(cè)裝置。解決螺紋精度和粗糙度，加工出高質(zhì)量的螺紋是當(dāng)前數(shù)控機(jī)床急需解決的問(wèn)題。被采集的主軸脈沖發(fā)生器的脈沖N，經(jīng)過(guò)8031單片機(jī)軟件處理，轉(zhuǎn)換成沿主軸方向進(jìn)給的脈沖，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)刀架運(yùn)動(dòng)，完成螺紋加工機(jī)床數(shù)控的控制對(duì)象，是使刀架按給定要求，沿不同坐標(biāo)方向運(yùn)動(dòng)，完成預(yù)定加工。對(duì)螺紋加工說(shuō)，只要把裝有主軸發(fā)生器的旋轉(zhuǎn)軸 和沿主軸Z運(yùn)動(dòng)的刀架，看成Z、 坐標(biāo)系內(nèi)的兩軸聯(lián)動(dòng)，則螺紋加工就是解決 和Z的聯(lián)動(dòng)問(wèn)題。當(dāng)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(jìn)給速度，對(duì)斜率無(wú)影響；在螺紋加工中，脈沖的到來(lái)是沿螺距方向進(jìn)給的依據(jù)。螺紋加工的進(jìn)給速度由脈沖的頻率決定。因此，每來(lái)一個(gè)脈沖，做一次偏差計(jì)算，當(dāng)F≥0時(shí)，進(jìn)給⊿Z。因此脈沖的到來(lái)，標(biāo)志 方向已進(jìn)給了⊿ ，所以，F(xiàn)≥0進(jìn)給⊿Z，并需繼續(xù)進(jìn)行偏差計(jì)算，直至F＜0，再等待下一次脈沖的到來(lái)。對(duì)于Z方向定義第一象限的進(jìn)給是+⊿Z，可加工反螺紋。第二象限進(jìn)給⊿Z，加工正螺紋。步進(jìn)電機(jī)程序設(shè)計(jì)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(jìn)電機(jī)采用三相六拍工作方式，當(dāng)電機(jī)A、B、其工作狀態(tài)及控制字如表41所示，，、B、C三相電機(jī)繞組。在機(jī)床手動(dòng)工作或自動(dòng)加工啟動(dòng)前，常需手動(dòng)移動(dòng)溜板，使它到達(dá)指定位置。這對(duì)于零件加工的調(diào)刀特別有用。它相當(dāng)于普通機(jī)床用手移動(dòng)溜板，所不同的是不用手搖手柄，而是通過(guò)按鍵完成。鍵盤分板指令識(shí)別后，控制系統(tǒng)在軟件功能指令下自動(dòng)發(fā)出進(jìn)給指令，并記憶其移動(dòng)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(shuō)明如下：（1）設(shè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)到指定位置，也可點(diǎn)動(dòng)，分別由鍵處理程序調(diào)動(dòng)。（3）軟件自動(dòng)規(guī)定移動(dòng)速度，按“9速”移動(dòng)，即縱、。軟件插補(bǔ)方法分為兩類：基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)法和數(shù)據(jù)采樣法?；鶞?zhǔn)脈沖插補(bǔ)方式適用于以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)?；鶞?zhǔn)脈沖插補(bǔ)在計(jì)算過(guò)程中不斷向各坐標(biāo)軸發(fā)出相互協(xié)調(diào)的進(jìn)給脈沖，從而使各坐標(biāo)軸作相應(yīng)移動(dòng)?；鶞?zhǔn)脈沖插補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單，通常只需進(jìn)行加法和移位就能完成插補(bǔ)計(jì)算。因此它較易由硬件實(shí)現(xiàn)，插補(bǔ)速度快。也可由軟件實(shí)現(xiàn)，但插補(bǔ)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(jī)床控制，通常為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?；鶞?zhǔn)脈沖插補(bǔ)算法中較為成熟并得到廣泛應(yīng)用的是逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。以下介紹一下逐點(diǎn)比較法的工作原理和程序：逐點(diǎn)比較法的基本原理：在刀具按要求的軌跡運(yùn)動(dòng)加工零件時(shí)，不斷比較刀具與被加工零件輪廓之間的相對(duì)位置，根據(jù)比較的結(jié)果決定下一步進(jìn)給的方向，使刀具向減少誤差的方向進(jìn)給，且只有一個(gè)方向的進(jìn)給。逐點(diǎn)比較法每進(jìn)給一步都要經(jīng)過(guò)四個(gè)工作節(jié)拍：偏差判別、進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判別。利用逐點(diǎn)比較法可以實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的直線和圓弧插補(bǔ)，插補(bǔ)誤差被控制在一個(gè)脈沖當(dāng)量之內(nèi)，輸出脈沖均勻且速度變化不大，因此在兩坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床中得到較為普遍的應(yīng)用。下面以第一象限直線為例說(shuō)明。 實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)可以采用硬件邏輯，也可以利用軟件來(lái)模擬。軟件插補(bǔ)靈活可靠，但速度較硬件慢，程序清單見(jiàn)附錄87a。插補(bǔ)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(duì)值， 、 和F為二進(jìn)制補(bǔ)碼，低位在上，高位在下，高位的D7位為符號(hào)位?，F(xiàn)以第一象限逆圓插補(bǔ)為例說(shuō)明，逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)每進(jìn)給一步也需要經(jīng)過(guò)四個(gè)工作節(jié)拍。逐點(diǎn)比較法由軟件實(shí)現(xiàn)圓弧插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)修正和偏差公式中的乘2及加1運(yùn)算用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)幾條指令即可完成，程序清單如附錄87b。插補(bǔ)用到的各寄存器在內(nèi)部RAM中的分配，其中終制值為絕對(duì)值， 、 、 、 和F為二進(jìn)制補(bǔ)碼，低位在上，高位在下，高位的D7位為符號(hào)位。（1）.插補(bǔ)與象限及圓弧走向的關(guān)系前面均是以特例來(lái)討論逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)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(shí)針走向圓弧。但是，對(duì)于不同象限中的線型，其插補(bǔ)運(yùn)算公式和脈沖進(jìn)給方向都是不同的，圓弧還受其走向的影響。在一個(gè)坐標(biāo)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(shí)針走向，用N表示逆時(shí)針走向，四個(gè)象限分別用4標(biāo)注，則可將這8種情況分別表示為SRSRSRSR4（四個(gè)象限的順圓）和NRNRNRNR4（四個(gè)象限的逆圓）。直線情況較簡(jiǎn)單，僅因象限而異。若用L表示直線，四個(gè)象限還由數(shù)字4分別標(biāo)注，則可將4種直線分別表示為L(zhǎng)LL3和L4。圓弧插補(bǔ)的8種情況和直線插補(bǔ)的4種情況的進(jìn)給方式，對(duì)于各種情況的偏差計(jì)算公式不再一一推導(dǎo)。圓弧插補(bǔ)的偏差公式有兩套，且公式形式相同。若采用坐標(biāo)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(jì)算時(shí)，將X和Z的坐標(biāo)值互換，使第二套公式變?yōu)榱说谝惶坠降男问?，?shí)現(xiàn)合二為一。直線插補(bǔ)只有一套計(jì)算公式，只是各象限的進(jìn)給方向不同。可將8種不同的進(jìn)給方向歸納為兩個(gè)分支，每個(gè)分支有兩個(gè)入口，每個(gè)入口包含了有相同偏差公式的不同象限。（2）.圓弧自動(dòng)過(guò)象限 所謂圓弧過(guò)象限，即圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)不在同一個(gè)象限內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)一個(gè)程序段的完整功能，須設(shè)置圓弧自動(dòng)過(guò)象限功能。首先應(yīng)判別何時(shí)過(guò)象限。過(guò)象限有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，即過(guò)象限時(shí)刻正好是圓弧與坐標(biāo)軸相交的時(shí)刻，因此在兩個(gè)坐標(biāo)軸中必有一個(gè)為零。這樣，判別是否過(guò)象限只要檢查坐標(biāo)值是否為零即可。過(guò)象限后圓弧線型也改變了。但過(guò)象限時(shí)象限的轉(zhuǎn)換是有一定的規(guī)律的。當(dāng)圓弧起點(diǎn)在第一象限時(shí)，順時(shí)針圓弧過(guò)象限的順序是SR1 SR4 SR3 SR2 SR1，即每轉(zhuǎn)過(guò)一次，象限順序號(hào)減1；逆時(shí)針圓弧過(guò)象限的轉(zhuǎn)換順序則為NR1 NR2 NR3 NR4 NR1，每轉(zhuǎn)過(guò)一次象限順序號(hào)加1。數(shù)控系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)的各個(gè)部分可能處于隨機(jī)狀態(tài)，必須用初始化程序自動(dòng)地完成對(duì)CPU及其有關(guān)接口設(shè)置工作狀態(tài)。對(duì)有關(guān)寄存器、存儲(chǔ)單元設(shè)置初始值后，系統(tǒng)才能開(kāi)始工作。圖414是初始化程序設(shè)計(jì)的一般過(guò)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(guò)程中處理的數(shù)據(jù)形式。這樣，在加工過(guò)程中只做實(shí)時(shí)性強(qiáng)的插補(bǔ)運(yùn)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(gè)存儲(chǔ)區(qū)叫源程序區(qū)，一個(gè)字母存于一個(gè)字節(jié)中，每一個(gè)數(shù)（BCD碼0～9）都占一個(gè)字節(jié)。在加工時(shí)，控制軟件將數(shù)控語(yǔ)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(duì)應(yīng)一個(gè)代碼和坐標(biāo)單元，并且在讀入程序過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行十翻二處理。當(dāng)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，有錯(cuò)的進(jìn)行修改、刪除或插入等編輯工作。一般系統(tǒng)可以存儲(chǔ)多個(gè)用戶程序，每個(gè)程序前都加入一個(gè)程序號(hào)，以便編輯運(yùn)行時(shí)檢索。編輯修改程序由檢索命令啟動(dòng)后，輸入需檢索的程序號(hào)，這時(shí)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(cuò)誤則進(jìn)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(gè)重要特點(diǎn)。有了較完善的診斷程序（如存儲(chǔ)器診斷，定時(shí)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(kuò)大，就是在出現(xiàn)故障時(shí)也可以及早查明故障類型及部位，以便迅速排除，減少停機(jī)時(shí)間。（2）RAM的診斷數(shù)控系統(tǒng)的監(jiān)控程序固化在EPROM中