【正文】 序和點(diǎn)動(dòng)處理程序的配合下，實(shí)現(xiàn)各種手動(dòng)功能，自動(dòng)工作方式是對(duì)零件進(jìn)行自動(dòng)加工的一種方式，自動(dòng)處理程序及時(shí)完成各程序段插補(bǔ)前的預(yù)處理并完成實(shí)時(shí)加工控制。 軟件主流程圖 鍵盤的功能設(shè)置鍵盤主要用于零件程序(及參數(shù))的輸入，并具有修改、編譯等功能。為了簡(jiǎn)化操作，減少人為錯(cuò)誤，提高零件程序(及參數(shù))的輸入功能，采用單功能鍵。包括數(shù)據(jù)鍵(O9)共十個(gè)和如下所列的字母鍵：X坐標(biāo)軸設(shè)定Y坐標(biāo)軸設(shè)定G準(zhǔn)備功能鍵N程序段序號(hào)I圓弧圓心相對(duì)圓弧起點(diǎn)的X坐標(biāo)分量K圓弧圓心相對(duì)圓弧起點(diǎn)的Y坐標(biāo)分量其他還有編輯、自動(dòng)、手動(dòng)、方向上、方向下、方向左、方向右、啟動(dòng)鍵、停止鍵。 零件程序的編輯零件程序的編輯要能完成一般的文字編輯，要能夠進(jìn)行字符輸入、光標(biāo)移動(dòng)、插入輸入行、插入字符、刪除等功能?！啊焙汀啊北硎鞠到y(tǒng)的上、下翻屏功能鍵；“←”和“→”表示系統(tǒng)的左、右移動(dòng)光標(biāo)鍵，當(dāng)光標(biāo)移動(dòng)到邊界時(shí)可自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一行或上一行。編輯功能主要由功能鍵完成。采取查詢方式取得鍵碼后，由鍵碼判斷鍵的類型。若是字符、數(shù)字，則轉(zhuǎn)去作相應(yīng)處理。否則，再根據(jù)功能鍵碼，經(jīng)過(guò)計(jì)算從編輯功能表中得到功能鍵對(duì)應(yīng)的功能處理程序的首地址，并轉(zhuǎn)而執(zhí)行該處理程序， 中斷服務(wù)程序框圖 加工程序模塊設(shè)計(jì)加工程序模塊是數(shù)控系統(tǒng)一個(gè)必備的功能模塊，也是數(shù)控系統(tǒng)的核心任務(wù)。加工程序模塊用于控制運(yùn)行經(jīng)過(guò)預(yù)處理的零件程序，進(jìn)行零件加工，包括程序啟動(dòng)、暫停、復(fù)位及自動(dòng)加工。在主程序中選擇自動(dòng)軟件功能，即可以進(jìn)入本模塊。加工的時(shí)候，界面顯示刀具當(dāng)前的機(jī)床坐標(biāo)系值、工件坐標(biāo)系值、主軸當(dāng)前轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。通過(guò)單段自動(dòng)開(kāi)關(guān)可以選擇程序的加工狀態(tài)，即單段和自動(dòng)。 加工程序流程圖。從主程序進(jìn)入加工程序后，系統(tǒng)等待選擇程序。選擇所要加工的程序后，系統(tǒng)先清理加工程序的緩沖區(qū)和有關(guān)標(biāo)志位，然后對(duì)第一個(gè)程序段譯碼、預(yù)處理，完成軌跡計(jì)算和速度計(jì)算，得到插補(bǔ)所需要的各種參數(shù)，如刀具中心軌跡的起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，刀具中心的位移量，圓弧插補(bǔ)時(shí)圓心的各坐標(biāo)分量等。并將所得參數(shù)送給插補(bǔ)緩沖區(qū)保存，若有輔助功能碼(M、S、T)，則將其送給系統(tǒng)工作寄存器保存。接下來(lái)，將插補(bǔ)緩沖器的內(nèi)容送到插補(bǔ)工作存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)工作寄存器中的輔助功能碼送至系統(tǒng)標(biāo)志單元，以供使用。完成交換后設(shè)置標(biāo)志(數(shù)據(jù)交換結(jié)束標(biāo)志、開(kāi)始插補(bǔ)標(biāo)志)。標(biāo)志設(shè)置之前，盡管定時(shí)中斷照常發(fā)生，但并不執(zhí)行插補(bǔ)及輔助信息處理等，僅執(zhí)行一些例行掃描、監(jiān)控等功能。只有在標(biāo)志設(shè)置之后，實(shí)時(shí)中斷程序才能進(jìn)行插補(bǔ)、伺服輸出、輔助功能處理，同時(shí)開(kāi)始對(duì)下一段程序進(jìn)行譯碼、預(yù)處理。系統(tǒng)必須保證在當(dāng)前程序插補(bǔ)過(guò)程中完成下段程序的譯碼和預(yù)處理，否則將會(huì)出現(xiàn)加工中停刀現(xiàn)象。背景程序是通過(guò)設(shè)置標(biāo)志來(lái)達(dá)到對(duì)實(shí)時(shí)中斷程序的管理和控制的。自設(shè)立兩個(gè)標(biāo)志到插補(bǔ)完成這段時(shí)間里，數(shù)控系統(tǒng)裝置工作最為繁忙。在這段時(shí)間里，中斷程序在進(jìn)行本程序段的插補(bǔ)及伺服輸出，同時(shí)背景程序要完成下一程序段的譯碼和預(yù)處理。亦即在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)，實(shí)時(shí)中斷程序開(kāi)銷一部分時(shí)間，其余的時(shí)間留給背景程序。插補(bǔ)、伺服輸出與譯碼、預(yù)處理分時(shí)占用CPU，以完成多任務(wù)并行處理。下一段程序的譯碼、預(yù)處理時(shí)間比程序段的插補(bǔ)運(yùn)行時(shí)間要短，因此在背景程序中有一個(gè)等待插補(bǔ)完成循環(huán)，在等待過(guò)程中不斷進(jìn)行LCD顯示。本程序段插補(bǔ)加工結(jié)束，但整個(gè)零件加工未結(jié)束，則系統(tǒng)開(kāi)始新的循環(huán)，直到程序結(jié)束。下面具體論述各個(gè)子程序功能。 加工程序的譯碼零件加工程序是用一定規(guī)則的數(shù)控代碼編制的，因此在加工時(shí)則必須通過(guò)系統(tǒng)解釋譯碼程序進(jìn)行譯碼和解釋，通過(guò)刀補(bǔ)程序獲得刀具中心軌跡數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)插補(bǔ)才能使NC系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行。譯碼是將加工程序段按一定規(guī)則翻譯成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并按約定格式存放在指定的譯碼緩沖器中。譯碼工作包括代碼識(shí)別和功能代碼的解釋兩部分。代碼識(shí)別就是通過(guò)軟件將取出的字符與各個(gè)內(nèi)碼數(shù)字相比較，若相等則說(shuō)明輸入了該字符，設(shè)置相應(yīng)標(biāo)志并轉(zhuǎn)到相應(yīng)處理模塊。譯碼的實(shí)時(shí)性要求不高，所以安排在后臺(tái)程序中完成. 對(duì)刀程序模塊設(shè)計(jì)零件程序是按工件原點(diǎn)編制的，當(dāng)工件安裝到機(jī)床上后工件原點(diǎn)就變成了浮動(dòng)原點(diǎn)。浮動(dòng)原點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)的幾何尺寸是隨工件的類型和安裝的不同而變化，其關(guān)系由零點(diǎn)偏置定義。所謂零點(diǎn)偏置是確定浮動(dòng)原點(diǎn)(工件原點(diǎn))與機(jī)床固定原點(diǎn)之間的距離，即用來(lái)確定機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)與工件坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的關(guān)系。實(shí)際工件加工時(shí)，一般用對(duì)刀的辦法來(lái)求得零點(diǎn)偏置。對(duì)刀點(diǎn)是數(shù)控加工時(shí)刀具相對(duì)零件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，也是程序的起點(diǎn)。因此對(duì)刀點(diǎn)確定后，便確定了機(jī)床坐標(biāo)系和零件坐標(biāo)系之間的相互位置關(guān)系。5 若干關(guān)鍵技術(shù)的研究本章詳細(xì)討論簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。首先闡述直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)的基本原理，以及插補(bǔ)程序?qū)崿F(xiàn)方法；分析液晶顯示中的圖形顯示方法；最后論述經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方法。逐點(diǎn)比較法的基本思路是被控制對(duì)象在數(shù)控裝置的控制下，按要求的軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，每走一步都要和規(guī)定的軌跡比較，根據(jù)比較結(jié)果決定下一步移動(dòng)的方向。這種算法的特點(diǎn)是運(yùn)算直觀、輸出脈沖均勻，輸出脈沖的速度變化小，調(diào)節(jié)方便，因此在兩坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用比較普遍。 斜線插補(bǔ)偏差計(jì)算公式，假定加工如圖所示的第一象限的直線OA。取直線起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，直線終點(diǎn)坐標(biāo)(Xe、Ye)是己知的。P(Xi、Yi)為加工點(diǎn)(動(dòng)點(diǎn))，若P在OA直線上，則根據(jù)相似三角形的關(guān)系可得Yi/Xi=Ye/Xe ()即 F=YiXeYeXi ()作為直線插補(bǔ)的偏差判別式。 直線偏差判別原理圖若P點(diǎn)在OA直線上，則F=0；若P點(diǎn)在OA直線上方，則F＞0；若P點(diǎn)在OA直線下方，則F＜0；設(shè)在某加工點(diǎn)處，有Fi≥0時(shí)，為了逼近給定軌跡，應(yīng)沿+X方向進(jìn)給一步，走一步后新的坐標(biāo)值為: Xi+1 = Xi+1, Yi+1 = Yi+1 ()新的偏差為 Fi+1 = Fi + Xe ()綜上所述，逐點(diǎn)比較法的直線插補(bǔ)過(guò)程，每走一步要進(jìn)行以下四個(gè)步驟。（1）偏差判別 根據(jù)偏差值確定刀具相對(duì)加工直線的位置；（2）坐標(biāo)進(jìn)給 根據(jù)偏差判別的結(jié)果，決定控制沿哪個(gè)坐標(biāo)(X或Y)移動(dòng)一步；（3）偏差計(jì)算 對(duì)新的加工點(diǎn)計(jì)算出能反映偏離加工直線位置情況的新偏差，為下一步偏差判別提供依據(jù)；（4）終點(diǎn)判別 在計(jì)算偏差的同時(shí)，還要進(jìn)行終點(diǎn)判別，以確定是否到達(dá)終點(diǎn)。如果已經(jīng)到達(dá)終點(diǎn)，就不再進(jìn)行運(yùn)算，并發(fā)出停機(jī)或轉(zhuǎn)換程序段的信號(hào)；如果未到達(dá)終點(diǎn)，則返回繼續(xù)插補(bǔ)。 終點(diǎn)判別法 逐點(diǎn)比較法循環(huán)圖 逐點(diǎn)比較法的終點(diǎn)判斷有多種方法，下面介紹兩種： （1）第一種方法。設(shè)置X、Y兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，加工開(kāi)始前，在X、Y計(jì)數(shù)器中分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)Xe、Ye，在X坐標(biāo)(或Y坐標(biāo))進(jìn)給一步時(shí)，就在X計(jì)數(shù)器(Y計(jì)數(shù)器)中減1，直到這兩個(gè)計(jì)數(shù)器中的數(shù)都減到零時(shí)，便達(dá)到終點(diǎn)。（2）第二種方法。用一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，寄存X和Y兩個(gè)坐標(biāo)，從起點(diǎn)到終點(diǎn)的總步數(shù)∑；X、Y坐標(biāo)每進(jìn)給一步，∑減去1，直到∑為零時(shí)，就到了終點(diǎn)。斜線插補(bǔ)時(shí)應(yīng)注意:終點(diǎn)判別，用第一種方法在步進(jìn)電機(jī)走步的時(shí)候，經(jīng)常發(fā)生理論上到終點(diǎn)時(shí)，而還有一個(gè)電機(jī)接著還需要走幾個(gè)到十幾個(gè)脈沖的誤差，可采用先判一個(gè)電機(jī)是否到終點(diǎn)，到終點(diǎn)時(shí)，該電機(jī)不走，走另一個(gè)電機(jī)，如果沒(méi)到，則此電機(jī)接著走；兩個(gè)電機(jī)都到終點(diǎn)，則兩個(gè)電機(jī)都停下來(lái)的方法可消除誤差。用第二種方法不會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題。（1）不同象限的斜線插補(bǔ)計(jì)算上面討論的為第一象限的斜線插補(bǔ)計(jì)算方法，其他三個(gè)象限的斜線插補(bǔ)計(jì)算方法，可以用相同的原理獲得，下面給出四個(gè)象限的斜線插補(bǔ)時(shí)的偏差計(jì)算公式和進(jìn)給脈沖方向，計(jì)算時(shí)，公式中Xe、Ye均用絕對(duì)值。 不同象限的進(jìn)給方向根據(jù)前面的總結(jié)，可以設(shè)計(jì)出逐點(diǎn)比較法四個(gè)象限的直線插補(bǔ)軟件流程，逐點(diǎn)比較法的軟件實(shí)現(xiàn)是根據(jù)逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)算法流程圖編制專門的運(yùn)算控制程序。軟件實(shí)現(xiàn)靈活并且成本低，但其插補(bǔ)精度和速度受數(shù)控系統(tǒng)中CPU字長(zhǎng)和運(yùn)算速度等方面的限制。 圓弧插補(bǔ)基本原理加工圓弧過(guò)程中，容易聯(lián)想到使用動(dòng)點(diǎn)到圓心的距離與該圓弧的名義半徑進(jìn)行比較來(lái)反映加工偏差。如圖54所示，設(shè)被加工零件的輪廓為第一象限圓弧SE，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，已知圓弧的起點(diǎn)為S(Xo、Yo)，終點(diǎn)為E(Xe、Ye)，圓弧半徑為R。令瞬時(shí)加工點(diǎn)為N(Xi、Yi)，它與圓心的距離為Ri。比較Ri和R反映加工偏差。 圓弧偏差原理圖 , ()因此，可得圓弧偏差判別式如下： ()若 ＝0，表明加工點(diǎn)M在圓弧上； ＞0，表明加工點(diǎn)M在圓弧外； ＜0，表明加工點(diǎn)M在圓弧內(nèi)。設(shè)加工點(diǎn)正處于N(X，Y)點(diǎn)，若＞0，對(duì)于第一象限的逆圓，為了逼近圓弧，應(yīng)沿X方向進(jìn)給一步，到i+1點(diǎn)，起坐標(biāo)值為。新加工點(diǎn)的偏差為： ()若＜0，為了逼近圓弧，應(yīng)該沿+Y方向進(jìn)給一步到i+1點(diǎn)，其坐標(biāo)值為，新加工點(diǎn)的偏差為 ()通過(guò)比較，可以看出兩點(diǎn)不同:第一，遞推形式的偏差計(jì)算公式中僅有加/減法以及乘2可等效成該二進(jìn)制數(shù)左移一位，這顯然比平方來(lái)得簡(jiǎn)單。第二，進(jìn)給后新的偏差函數(shù)值與前一點(diǎn)的偏差值以及動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)N(X，Y)均有關(guān)系。由于動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值隨著插補(bǔ)過(guò)程的進(jìn)行而不斷變化，因此，每插補(bǔ)一次，動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)就必須修改一次，以便為下一步的偏差計(jì)算作好準(zhǔn)備。軟件實(shí)現(xiàn)與直線情況基本相似，逐點(diǎn)比較法第1象限逆圓插補(bǔ)也是按照四個(gè)工作節(jié)拍進(jìn)行的，只是在偏差函數(shù)計(jì)算完畢后，增加動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)的修正。 圓弧插補(bǔ)流程圖總 結(jié)本課題研究的主要內(nèi)容是針對(duì)社會(huì)生產(chǎn)需要，開(kāi)發(fā)一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)與XY工作臺(tái)相連接后，能夠?qū)崿F(xiàn)一些基本的簡(jiǎn)單的數(shù)控功能。本系統(tǒng)為數(shù)控教學(xué)提供了一個(gè)功能豐富、具有良好的開(kāi)放性和兼容性的實(shí)用平臺(tái)。主要完成的任務(wù)如下：（1） 合理規(guī)劃系統(tǒng)的硬件資源，設(shè)計(jì)出一個(gè)小型操作系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的FO口和各個(gè)內(nèi)部資源進(jìn)行管理，該操作系統(tǒng)主要包括編輯功能模塊、自動(dòng)加工模塊、對(duì)刀功能模塊等部分。（2） 設(shè)計(jì)出了基于逐點(diǎn)比較法原理的插補(bǔ)算法程序，包括直線插補(bǔ)程序和圓弧插補(bǔ)程序做了詳細(xì)的分析。（3） 根據(jù)現(xiàn)在數(shù)控技術(shù)發(fā)展情況，將液晶顯示技術(shù)應(yīng)用到平臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)中，成功設(shè)計(jì)出系統(tǒng)所需的各種界面，以及簡(jiǎn)單的交互式對(duì)話窗口，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的人機(jī)交互。在該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，筆者查閱了大量資料，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件各模塊的功能及相互作用有了深切體會(huì)，對(duì)機(jī)床與計(jì)算機(jī)的接口及信息的傳送有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。然而該系統(tǒng)還不夠完善，今后應(yīng)進(jìn)行以下工作：本系統(tǒng)目前能夠?qū)崿F(xiàn)基本的數(shù)控功能指令，但實(shí)際應(yīng)用中還需要更加豐富的編程指令、系統(tǒng)自診斷功能、多種固定加工循環(huán)功能等，有待于進(jìn)一步補(bǔ)充和完善，進(jìn)一步提高數(shù)控系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及機(jī)床加工精度。通信功能現(xiàn)在已經(jīng)是數(shù)控系統(tǒng)普遍具有的功能，本系統(tǒng)在軟件。硬件方面都沒(méi)有做深入的討論與研究，沒(méi)有加這類功能。整個(gè)控制系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，誤差較大，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該是閉環(huán)、半閉環(huán)結(jié)構(gòu)。致 謝值此論文完成之際，首先衷心感謝我的導(dǎo)師宋愛(ài)娟老師。在一年多的畢業(yè)論文寫作期間，宋老師在學(xué)習(xí)和研究等方面給我極大的幫助和指導(dǎo)。本課題的選擇、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和論文的撰寫等各個(gè)環(huán)節(jié)，都凝聚了導(dǎo)師的辛勤汗水和大量心血，提供了大量的專業(yè)知識(shí)，給予了熱情的指導(dǎo)。在此謹(jǐn)向她表示誠(chéng)摯謝意。宋老師淵博的知識(shí)、敏捷的思維、清晰的邏輯思路、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度將使我終身受益。在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，得到了王廣軍同學(xué)的大力幫助，整個(gè)系統(tǒng)得到了進(jìn)一步的完善，在此表示誠(chéng)摯的感謝！衷心感謝我的老師和同學(xué)，讓我在四年的大學(xué)生活中學(xué)習(xí)到很多，進(jìn)一步完善了自己。謹(jǐn)此向所有關(guān)心、支持和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友表示最真摯的謝意！參考文獻(xiàn)[1]:機(jī)械工業(yè)出版社，[2]馬淑華/王鳳文/，[3]，[4]，[5]金偉，[6]，[7]:機(jī)械工業(yè)出版社，1994[8]:化學(xué)工業(yè)出版社，2004[9]:機(jī)械工業(yè)出版社，[10]，[11]陳隆昌/劉新正/，[12]Christoph Kuert，Marcel Jufer，Yves Perriard，New Method for Dynamie Modeling of Hybrid Stepping Motors，O7803r74207/02，2002IEEE.[13] Franek Betin, Daniel Pinchon，F(xiàn)uzzy Logic Applied to Speed Control of a Stepping Motor Drive，IEEE TRANSACTIONS ON INUDS