【文章內(nèi)容簡介】 完成積分插補計算。左移的位數(shù)m等于寄存器位數(shù)N減去被積函數(shù)有效位數(shù)N1，即：M=NN1 JX JY0000010100000101 (a) JX JY0000010100000101 (b) 圖310 左移規(guī)格化處理對其它象限的直線加工，可通過對電動機轉(zhuǎn)向的控制來實現(xiàn)。 二、數(shù)字積分的圓弧插補假設(shè)，在xy平面內(nèi)逆時針方向加工AB，如圖3—11，圓心為O’，A點對圓心的坐標為JX，JY .Pi點為圓上任意一點，相對O’點的坐標為Ii，Ji，圓的方程為 參量方程為： 圖311 數(shù)字積分圓弧插補在Pi點刀具沿各坐標方向的速度分量為 由上式可以看出，圓弧上任意一點在X方向的速度分量的絕對值|Vx|等于該點在y方向的瞬時坐標值Ji在y方向的速度分量等于該點在X方向瞬時坐標值Ii；Vx，Vy是隨Pi點的位置變化而變化的。 dIi＝—Ji*dt dJi＝Ii*dt用累加和代替積分m—從A點到Pi點的累加次數(shù) 則圖3—12是圓弧插補器簡圖，在插補運算開始前，在Jx寄存器中裝入圓弧起點A對圓心O’的Y向增量值JA，而在Jv寄存器中裝入IA,JRX,JRY中清零。插補開始時，使時鐘脈沖有效，對應每一個 圖312 圓弧插補簡圖 時鐘脈沖Jx，Jy中的被積函數(shù)都要對應進入JRX和JRY?中累加。當累加器JRX有脈沖溢出時，要在JY寄存器中減l，而當累加器JRY中有脈沖溢出時，需在Jx寄存器中加l。這是因為義向溢出脈沖使X向步進電機反轉(zhuǎn)一步，在X方向減小一個脈沖當量值，使Ii比Ii1`少一個1，因而Jx中的值要相應減1。同理，當y向步進電機正向走一步時，應使Ji比Ji+1增加一個1.上述為第一象限逆圓插補情況，對于順圓插補和其它象限的順、逆圓插補，與上述講述的原理基本相同，不同之處是溢出脈沖應使被積函數(shù)作加一，減一運算要由圓弧的順逆加工和它所在的象限來決定。如表3—3 表3—3 被積函數(shù)加1或減1與電機轉(zhuǎn)向象限第一象限第二象限第三象限第四象限方向順逆順逆順逆順逆JX寄存器++++JY寄存器++++X軸進給方向++++Y軸進給方向++++ 圓弧插補時，插補器中被積函數(shù)Ii，Ji是坐標的絕對值，在對四個象限順逆圓弧加工時，Ii，Ji的絕對值變小的要減1，變太的要加1. 與直線插補類似，JX，JY寄存器中的被積函數(shù)，也要左移規(guī)格化處理，也是左移時，有效位要占據(jù)寄存器的最高值。 兩個被積函數(shù)中一定有一個是作減1運算，當它減到零時表明過象限，一定要變?yōu)榧?運算，而另一個作加1運算的被積函數(shù)過象限后要做減l運算，因而減1的次數(shù)，最多等于有效位的容量，不能大于這個容量，有效位的容量要能容納圓弧半徑的值，加l運算后，寄存器中的最大值是圓弧半徑值。初始值是圓弧起點到圓心在坐標軸方向的投影值，一定小于或等于半徑值。 例如，若圖3—13中．圓的半徑尺R=30mm，則R值就為3000．它二進制效為：101110111000，字長12位，而有效位長度為12位?？嗉拇嫫鱆x，Jy，累加累Jrx，Jry為16值，則規(guī)格化時左移的位數(shù)為16—12＝4位。由圖1—11可以看出，圓弧終點B相對圓心坐標IB，JB的絕對值與C點D點E點對圓心坐標的絕對值相等。因而用B點 圖313 圓弧加工終點判別 坐標的絕對值作終點判別時，必須判別從起點到終點經(jīng)過幾個象限，圖1—11中的圓弧，從A點經(jīng)過三個象限到達B點．因而被積函數(shù)有三次出現(xiàn)零值,三次改變加1減1運算。利用終點坐標的絕對值和被積函數(shù)出現(xiàn)零的次數(shù)來作終點判別是可行的。 在插補計算時，存取各插補點的有符號坐標值與。點有符號坐標值相比較，作終點判別也是可行的。C. 數(shù)據(jù)采樣插補法數(shù)據(jù)采樣插補法，采用每隔一個插補周期(例如10．24ms)計算出各坐標方 圖314 直線插補向上的一次增量值。它是在DDA積分法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但它的精度較高，運行速度快，可用于多坐標控制。 一、直線插補原理 圖3—14中的P0，Pe是一被加工的直線，設(shè)刀具已在起點P0處,加工程序中已給出是終點Pe的坐標值Xe、Ye和進給速度F(單位數(shù)mm／min)。則刀具的坐標位置為上式中Fx、Fz分別是F在X、Z坐標方向的分量。在插補過程中，計算機應在規(guī)定的插補時間△t內(nèi)給出各坐標方向的增量值△Xi,△Yi此，實際的刀具位置為式中 i——從P。點開始記數(shù)的插補運算次數(shù)； n——加工到Pe點的插補次數(shù)總合。由于編程者給定的進給速度F大小不同及直線的斜率不同，因此△Xi,△Yi值隨之變化。由圖1—15可知：fi＝F△t，通常插補時間△t20ms，隨著計算機速度的提高，有些系統(tǒng)已把△t減小到2ms的由于進給速度廠的單位為mm／min，為使fi的單位為mm／ms，則 圖315 第一象限順圓加工原理二、圓弧插補原理由加工程序中給出的圓弧插補的己知條件通常是圓弧的起點和終點坐標值．圓心對圓弧起點的相對坐標值(有些系統(tǒng)還要求給出半徑值)和進給速度值。如加工圖115弧，首先要根據(jù)零件加工程序中給出的進給速度F計算出每一插補周期△t時間內(nèi)的進給量fi單位為mm/ms). 圖3—15是擴展DDA原理圖，刀具從A點起順時針方向加工圓弧AB，經(jīng)過n個插補周期后到達B點。因此 式中 fi——第i次插補進給量,fi=f。M點是第i—1次插補時刀具到達的位置，P點是刀具第i次插補時到達的位置，MQ是O’M的垂線。MP=MQ=f由圖可知: 若用△X’和△Y’作為第i次插補周期的X和Y方向的進給量，則刀具到達Q點，此時MQ垂直O(jiān)’M若M點在圓弧上，則MQ是過M點圓弧的切線，但M點總是在圓弧外部(證明從略)，因此MQ平行于圓弧切線。由于每次插補Q點的誤差總是大于M點的誤差，因此用△X’和△Y’作每個插補周期的x、Y坐標方向上的進給量，特使插補誤差越來越大。為提高插補精度，擴展DDA的方法是；過MQ中點H和圓心0’連線，過M點作o’H的垂線MP，且使MP=f,MP在x、y方向的分量為△X’和△Y’。用△X’和△Y’作為X,Y方向的進給量，則刀具可從M點到達P點。刀具沿MP線移動可有效的提高插補精度，用擴展DDA法求△X’和△Y’的表達式如下: (31) 刀具在XOY坐標系中位置:迭代公式: 若圓弧只在同一個象限內(nèi)，則插補公式不發(fā)生變化，當圓弧處在不同的象限時，則隨著刀具剛過象限的瞬間，式(3—1)要變化；式(31)適合第I象限，第Ⅲ象限的順圓(G02)弧加工和第Ⅱ、第Ⅳ象限的逆圓(G03)加工,而當?shù)毒呶挥陧槇A弧加工的第Ⅱ，第Ⅳ象限和逆圓弧加的第I，第Ⅲ象限時要用式(32)。 (32)式(31)和式(32)只有一處不同，即f/2R前面的+,號不同．因此，在過象限時只要改變f/2R的符號，就更換了公式，可得到△Xi, △Yi正確的絕對值。 在利用式(3—l)或式(3—2)計算△Xi, △Yi時，f/R和f/2R是不變的，而Ii1和Ji1是變量,盡管Ii1和Ji1本身有正負變化，但計算時只取絕對值，不考慮它們的符號變化。因此計算的結(jié)果只能是△Xi, △Yi的絕對值。計算時要注意各變量的符號變化。表3—4列出了這些變量的符號變化情況。加工方向順圓加工逆圓加工象限12345678△Xi的符號++++△Yi的符號++++Ii的符號++++Ji的符號++++ 在圓弧加工時象限的劃分是根據(jù)Ii,Ji坐標系確定的，在加工過程中Ii,Ji坐標系是不斷移動的，刀具所在的切削圓弧位置總是Ii,Ji坐標系的零點。由于刀具在圓弧上的切點到圓弧圓心的增量坐標值是Ii,Ji值，因此，當Ii,Ji中的某一個值為零時一定是圓弧過象限位置。對于同一個圓弧的同一個點，在順圓弧和逆圓弧加工時它所處的象限是不向的。順圓加工時，位于第1象限圓弧的圓心在第4象限，第2象限圓弧的圓心在第I象限，第四象限圓弧的圓心在第3象限，第3象限圓弧圓心在第2象限；逆圓加工時第4象限的圓弧圓心分別在第4,1象限內(nèi)。過象限時圓心在坐標軸上。DDA可以實現(xiàn)各種函數(shù)和多坐標直線的插補，但是由于溢出脈沖數(shù)頻率與被積函數(shù)值大小有關(guān)，所以存在速度調(diào)節(jié)不方便的缺點。而逐點比較法由于以判斷原理為基礎(chǔ)，其進給脈沖是跟隨插補運算頻率，因而速度平穩(wěn)調(diào)節(jié)方便。比較積分法集DDA插補和逐點比較法優(yōu)點，并且插補精度高，誤差小于一個脈沖當量，運算簡單便于用軟件實現(xiàn)插補。由直線來說明插補原理：已知直線方程，求得微分，用比較積分法建立兩個積分之間聯(lián)系。上式可改寫為：，用矩形公式求積可以得到：或上式表明：x方向每發(fā)一個脈沖，相當于積分值增加一個；y方向每發(fā)一個脈沖積分值增加。為了得到直線，必須是兩個積分值相等。參照逐點比較法我們引入判別函數(shù)F,令：如果x軸進給一步則： 如果y軸進給一步則： 如果x、y同時進給則： 根據(jù)F可以決定兩軸的脈沖分配關(guān)系。下面給出SFG(伸雄式函數(shù)發(fā)生器)的運算算法，又稱目標點跟蹤法。設(shè)第一象限直線起點（0，0），終點坐標（,）。根據(jù)比較積分法原理，其理想的脈沖分配應為：x軸個脈沖，時間間隔為；y軸個脈沖，時間間隔為?，F(xiàn)取脈沖間隔時間小的軸為基準軸，即脈沖密度高的軸，每次判別該軸發(fā)出一個脈沖；另一個軸根據(jù)判別函數(shù)來決定。假設(shè)，則有：F=0,x,y均進一步；F0,x進一步。其直線插補軟件流程圖見下圖316所示：316比較積分法直線插補流程圖167。ISA(Industry Standard Architecture,工業(yè)標準體系結(jié)構(gòu))總線也稱AT總線，是由Intel公司、IEEE和EISA集團聯(lián)合開發(fā)的與IBMPC/AT原裝機總線意義相近的系統(tǒng)總線，它具有16位數(shù)據(jù)寬度，最高工作頻率為8MHz,數(shù)據(jù)傳輸率達到16MB/s,地址線24條，可尋訪16M字節(jié)地址單元。它是在早期的62線PC總線基礎(chǔ)上再擴展36線插槽形成的，分62線和36線兩段，共計98線。其62線插槽引腳排列及定義與PC總線兼容。ISA總線98芯插槽引腳分為：（見圖317引腳分布圖）（1）總線基本信號: RESET：復位信號BCLK:總線基本時鐘,BLCK=8MHzOSC:（2）總線訪問信號: SA19SA0：存儲器及I/O空間20位地址，帶鎖存?？梢栽L問8位ISA的1MB空間. LA23LA17：存儲器及I/O空間20位地址，不帶鎖存。用于確定16MB地址空間的高位. BALE：總線地址鎖存，外部鎖存器的選通。 AEN：地址允許，表明CPU讓出總線，DMA開始。SMEMR、SMEMW：8位ISA存儲器讀寫控制。MEMR、MEMW：16位ISA存儲器讀寫控制。 SD15SD0：數(shù)據(jù)總線，訪問8位ISA卡時高8位自動傳送到SD7SD0。SBHE：高字節(jié)允許，打開SD15SD8數(shù)據(jù)通路。 MEMCS1IOCS16：ISA卡發(fā)出此信號確認可以進行16位傳送。 I/OCHRDY：ISA卡準備好，可控制插入等待周期。NOWS：不需等待狀態(tài)，快速ISA發(fā)出不用插入等待。 I/OCHCK：ISA卡奇偶校驗錯。 IRQ1IRQ1IRQ12IRQIRQ7IRQ3： 中斷請求。 DRQ7DRQ5 、DRQ3DRQ0： ISA卡DMA請求。 DACK7DACKDACK3DACK0：DMA請求響應。 MASTER：ISA主模塊確立信號，ISA發(fā)出此信號，與主機內(nèi)DMAC配合使ISA卡成為主模塊，全部控制總線。 圖317 ISA總線92引腳分布示意圖ISA運動接口卡控制原理步進電機控制器的硬件的組成如圖318所示,圖中采用ISA總線實現(xiàn)主計算機與控制卡之間的信息傳遞?？刂瓶ㄖ饕勺g碼電路、總線驅(qū)動和隔離電路組成。這里采用開環(huán)控制無外部信號輸入，對電機的脈沖分配、加減速控制全部由軟件實現(xiàn)。由于雕刻加工對系統(tǒng)的精度要求不是很高。普通工業(yè)計算機的運算速度完全可以達到要求。計算機將分配好的脈沖數(shù)據(jù)直接送出給伺服和步進電機。用74LS245緩沖ISA總線擴展槽與各器件間的8位數(shù)據(jù)信號。74LS245在起緩沖、隔離作用還有一定的保護和控制作用。I/O端口寫信號IOW和口地址譯碼信號邏輯產(chǎn)生的邏輯信號PROT接74LS245的門控信號。PROT實現(xiàn)只有計算機對控制卡寫入數(shù)據(jù)時,選通相應的74LS245的門控信號