【導(dǎo)讀】的數(shù)控改造的半閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。改造后的機(jī)床能利用微型計(jì)算機(jī)來控制。步器來反饋滾珠絲杠的角位移量，具有機(jī)床自動(dòng)進(jìn)給的功能。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)直線。插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，數(shù)控加工按輪廓編程，能自動(dòng)適應(yīng)刀具尺寸的變化。生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。

　　

【正文】 圖 211 自動(dòng)進(jìn)給數(shù)控裝置框圖 總電路圖 實(shí)現(xiàn)圖 211 所示工作過程的電路見圖 212， 圖 212 自動(dòng)進(jìn)給數(shù)控裝置電路圖 設(shè)預(yù)置數(shù)為 5, 測(cè)得主要節(jié)點(diǎn)波形見圖 213: 圖 213 主要節(jié)點(diǎn)波形圖 單元電路 （ 1）信號(hào)源 信號(hào)源采用 RC 環(huán)形振蕩電路。參數(shù)值為 : R1為 1KΩ 可調(diào)電阻、 R2 為 100Ω、C1 為 200μ F 電解電容 , 與非門采用 T 035/T 065 二輸入四與非門電路。適當(dāng)調(diào)節(jié)可變電阻 R1 值得到周期 秒的時(shí)鐘脈沖 , 詳見圖 214。 圖 214 信號(hào)源電路 （ 2）控制脈沖形成模塊 控制脈沖形成模塊由微分型單穩(wěn)態(tài)電路和 RS觸發(fā)器組成。當(dāng)傳感器發(fā)出信號(hào)時(shí) , 單穩(wěn)電路 產(chǎn)生的脈沖信號(hào)加到 RS 觸發(fā)器的復(fù)位端 , 并經(jīng)整形門輸出高電平 , 開啟主控門 , 使信號(hào)源產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖通過主控門。當(dāng)計(jì)數(shù)器的數(shù)值達(dá)到預(yù)置值時(shí) , 計(jì)數(shù)器發(fā)出停止信號(hào)加到 RS 觸發(fā)器的置位端 , 并經(jīng)整形門輸出低電平 , 使主控門關(guān)閉 , 執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止動(dòng)作 , 計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。元器件參數(shù)值 : 門 門 門 門 門 11 選用 T 035/T 065 二輸入四與非門電路 , 門 門 10 選用 T 033/T 063 4 輸入二與非門電路 。 C C3為 1000P 電容 。 C4 為 100μ F 電容 。 R R4 為 300Ω電阻 , R R R R8 為 1KΩ 電阻 , 詳見圖 215。 圖 215 控制脈沖形成電路 （ 3）可變進(jìn)制計(jì)數(shù)模塊 由于進(jìn)給速度不高 , 信號(hào)源脈沖信號(hào)頻率很低 ,可變進(jìn)制計(jì)數(shù)器采用速度較低 , 帶負(fù)載能力較強(qiáng)的異步計(jì)數(shù)電路。預(yù)置器使用撥碼開關(guān)電路。計(jì)數(shù)輸出等于預(yù)置數(shù)時(shí) , 便自動(dòng)向控制脈沖形成電路發(fā)出停止信號(hào) , 并將計(jì)數(shù)器置0。電路采用 RS 觸發(fā)器實(shí) 現(xiàn)異步置 0。由于滿足預(yù)置 圖 216 可變進(jìn)制計(jì)數(shù) 電路 數(shù)時(shí)撥碼開關(guān)輸出高電平 , 經(jīng)門 16 倒相后得低電平輸出 ,而時(shí)鐘脈 沖此時(shí)低電平經(jīng)門 15 輸出高電平。這樣門 12 便輸出低電平使計(jì)數(shù)器清零。待下次主控門開啟 , CP 脈沖的上升沿到來時(shí) ,才終止清零信號(hào) , 重新開始計(jì)數(shù)。元件及參數(shù)值 : JK 為 T 049 雙 JK 觸發(fā)器 , 門 1 1 1 16 為 T 035/T 065 二輸入與非門 , 門 14為 T 033/T 063 四輸入與非門 , R9 為 1KΩ , C5 為 100μ F 電解電容。如圖 216。 （ 4）主控門、放大器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) 放大器采用晶體管放大電路 , 由它驅(qū)動(dòng)直流靈敏繼電器 , 當(dāng)電流變化時(shí) , 繼電器迅速產(chǎn)生動(dòng)作 , 從 而帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。主控門由二級(jí)與非門構(gòu)成 , 門 17用于控制信號(hào)源輸出。當(dāng)?shù)碗娖娇刂泼}沖到來時(shí) ,門 17 輸出穩(wěn)定的高電平 , 使信號(hào)源關(guān)閉。門 18 起隔離整形作用 , 同時(shí)可控制翻轉(zhuǎn)。門 1門 18 選用 T 065 二輸入與非門。如圖 217。 圖 217 主控門及放大電路 CNC 裝置是一個(gè)機(jī)床計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其數(shù)控軟件必須完成管理和控制兩種不同性質(zhì)的任務(wù)。 數(shù)控系統(tǒng)的管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn) CNC 系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體，它 管理著數(shù)控加工程序從輸入、預(yù)處理，到插補(bǔ)運(yùn)算以及位置控制和輸入、輸出的全過程，并管理著系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，刀具參數(shù)設(shè)置，數(shù)控加工程序的編輯，數(shù)據(jù)的輸入、輸出及在各種機(jī)床運(yùn)行方式下操作員的操作處理等各種人機(jī)交互過程。除此之外，先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)的管理程序還能適時(shí)運(yùn)行診斷模塊以便及時(shí)判斷和消除故障，并能進(jìn)行通信、聯(lián)網(wǎng)等功能的管理。 數(shù)控系統(tǒng)的各功能分別由不同的軟件來實(shí)現(xiàn)。一般數(shù)控系統(tǒng)軟件主要由以下幾部分組成：系統(tǒng)總控程序，零件程序的輸入輸出管理程序，譯碼程序，零件加工程序編輯程序，機(jī)床手動(dòng)控 制程序，零件加工程序的解釋執(zhí)行程序，伺服控制及開關(guān)控制程序和系統(tǒng)自檢程序。 （ 1）系統(tǒng)總控程序 系統(tǒng)總控程序是系統(tǒng)軟件的主循環(huán)程序。數(shù)控系統(tǒng)加電以后便進(jìn)入這部分程序運(yùn)行。其基本結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，它由四部分組成： ： 當(dāng) CNC 系統(tǒng)上電或重新復(fù)位時(shí)，首先需要進(jìn)行一些必要的初始化處理。 ： 它的使命是接收操作者的命令，若不是命令則循環(huán)等待。 ：它的任務(wù)是把從鍵盤上接收的命令進(jìn)行分析，引導(dǎo)到執(zhí)行該命令的相應(yīng)處理 程序。 圖 31 系統(tǒng)總控程序結(jié)構(gòu)圖 ：它的任務(wù)是執(zhí)行了命令處理程序后，返回到管理程序接收命令環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于等待新的操作狀態(tài)。 （ 2）輸入輸出管理程序 輸入程序主要完成兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)是從光電閱讀機(jī)和鍵盤輸入零件加工源零件程序儲(chǔ)存器；另一個(gè)是從零件程序儲(chǔ)存器中把零件程序送入緩沖區(qū)中，以便加工時(shí)使用。無論是那種途徑輸入的零 件程序去譯碼之前都必須經(jīng)過相應(yīng)的緩沖器，如圖 32。零件程序緩沖器接收來自 閱讀機(jī)或零件程序儲(chǔ)存器的程序段。當(dāng)正常加工時(shí)，譯碼程序從這里取出程序段。當(dāng)從 MDI 鍵盤輸入程序段時(shí)，程序段被存入 MDI 緩沖器中，此時(shí)譯碼程序則從 MDI 緩沖器取出程序段。 輸出程序較為簡單，它的功能是 圖 32 輸入輸出管理程序 將調(diào)試成功的零件程序存入磁盤、磁帶、 或穿孔輸出，以便長期保存。 （ 3）譯碼程序 數(shù)據(jù)段送入零件程序儲(chǔ)存器后，由程序?qū)⑤斎氲牧慵绦驍?shù)據(jù)段翻譯成本系統(tǒng)能識(shí)別的語言。一個(gè)數(shù)據(jù)段從輸入到傳送至插補(bǔ)工作寄存器需要以下幾個(gè)環(huán)節(jié)，如圖 33。 圖 33 譯碼程序 譯碼程序?qū)⒘慵绦虻脑闯绦蜻M(jìn)行詞法和語法分析，發(fā)現(xiàn)可能的詞法或語法錯(cuò)誤，如無錯(cuò)誤，則對(duì)程序段的語義，即它能產(chǎn)生的動(dòng)作進(jìn)行分析；識(shí)別程序段所規(guī)定的 G、 M、 S、 T等功能，將它們翻譯成內(nèi)部表示形式存放在結(jié)構(gòu)信息表中，供執(zhí)行使用。 （ 4）零件加工程序的編輯程序 編輯程序?qū)嶋H上是一個(gè)鍵盤命令處理程序，它與鍵盤輸入通常成為一體，既可以用來從鍵盤輸入新的零件加工程序，也可以用來對(duì)已經(jīng)存儲(chǔ)在零件程序儲(chǔ)存器中的零件加工程序進(jìn)行編輯和修改。常用的編輯功能包括插入、刪除、 查找、移動(dòng)等。 （ 5）機(jī)床手工控制程序 機(jī)床手工控制程序是一個(gè)對(duì)操作面板和鍵盤來的命令進(jìn)行掃描的程序。它不斷地讀取操作面板和鍵盤地輸入信息，分析識(shí)別輸入地命令并進(jìn)行相應(yīng)地處理。 這部分程序提供了在手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)下通過機(jī)床操作面板控制動(dòng)作地功能。機(jī)床手動(dòng)調(diào)整動(dòng)作包括：各坐標(biāo)軸地運(yùn)動(dòng)、主軸運(yùn)動(dòng)、刀架的轉(zhuǎn)位、冷卻泵的開停等。 （ 6）插補(bǔ)運(yùn)算程序 插補(bǔ)運(yùn)算程序是根據(jù)建立的插補(bǔ)數(shù)學(xué)模型而編制的運(yùn)算處理程序，常用的脈沖增量插補(bǔ)方法有逐電比較法和數(shù)字積分法等。通過運(yùn)行插補(bǔ)程序，生成控制數(shù)控機(jī)床各軸運(yùn)動(dòng)的脈沖分配規(guī)律。采用 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)時(shí)，則是生成各軸位置增量，該位置增量用數(shù)值表示。 （ 7）伺服控制程序 伺服控制程序是插補(bǔ)程序每次運(yùn)行后的結(jié)構(gòu)，通過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算后直接輸出控制執(zhí)行元件的程序。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)段開始插補(bǔ)加工時(shí)，系統(tǒng)控制程序還要準(zhǔn)備下一個(gè)數(shù)據(jù)段的讀入、讀碼、數(shù)據(jù)處理等。 （ 8）系統(tǒng)字行自檢程序 在主控程序空閑時(shí)（如延時(shí)），可以安排 CPU 執(zhí)行預(yù)防性診斷程序，或?qū)ι形磮?zhí)行程序段的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。診斷程序控制 CNC 系統(tǒng)各個(gè)硬件功能的正確性，指示可能存在的故障的位置與性質(zhì)，它的存在有助于操作人員定位故 障部位，縮短系統(tǒng)維護(hù)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可靠性。 本軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，共分為：系統(tǒng)初始化模塊、工作方式選擇模塊、機(jī)床控制模塊、命令處理模塊、中斷處理模塊等。 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化包括：工作單元初始化，中斷延時(shí)初始化，系統(tǒng)診斷，數(shù)據(jù)區(qū)初始化，電源有無檢查等。該模塊程序框圖為圖 34 。 圖 34 系統(tǒng)初始化程 序框圖 工作方式選擇 工作方式選擇包括：手動(dòng)，自動(dòng)，單段運(yùn)行，單步運(yùn)行，編輯等。該模塊程序框圖為圖 35。 圖 35 工作方式選擇 程序框圖 機(jī)床控制 機(jī)床控制包括： X、 Y、 Z方向的進(jìn)給，電機(jī)的起動(dòng)、回零等。該模塊程序框圖為圖 36。 圖 36 機(jī)床控制模塊程序框圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路的程序設(shè)計(jì) 89C51 和 0809 以中斷方式，將輸入的模擬量進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入40H 單元。當(dāng)輸入的模擬量分別調(diào)至 0V 和 5V，檢查 40H 單元內(nèi)容是否分別為 0和 FFH。電路如圖 37： 圖 37 A/D 轉(zhuǎn)換電路 程序框圖如圖 38 圖 38 A/D 轉(zhuǎn)換電路程序框圖 該軟件設(shè)計(jì)的匯編語言程序： ORG 4000H AJMP MAIN ORG 4013H AJMP INT10 MAIN: MOV IE,00H MOV DOTR,0C000H MOVX @DPTR,A L2: SETB EA SETB EX1 MOV R7,47H L1: DJNZ R7,L1 CPL EA CPL EX1 AJMP MAIN 。進(jìn)入中斷服務(wù) INT1: MOV DPTR,0C000H MOVX A,@DPTR MOV 40H,A RET1 顯示器顯示程序 7 個(gè) LED 顯示器用 8255 的 PB 口和 PA 口分別作為字形和字位的輸出口，它們的地址分別為 2F02H 和 2F01H，內(nèi)部命令 /狀態(tài)寄存器地址位 2F00H。工作方式命令字設(shè)為 03H，使 8255 的 PA、 PB 口工作于輸出方式， PC 口工作于輸入方式。 顯示電路如圖 39，程序框圖如圖 310。 圖 39 顯示器顯示 電路 圖 310 顯示器顯示電路程序框圖 設(shè) 70H～ 75H為顯示緩沖區(qū)，設(shè)字形碼表中段碼的順序是 03FH、 06FH、 5BH、4FH、 66H、 6DH、 7DH、 07H、 7FH、 6FH、 77H、 7CH、 39H、 5EH、 79H、 71H、 73H、3EH、 31H、 6EH、 1CH、 23H、 40H、 03H、 18H、 00H、 00H、 00H，該軟件設(shè)計(jì)的匯編語言程序： ORG 4000H START: MOV SP,60H MOV A,03H MOVX @DPTR,A MOV R0,70H MOV R3,01H MOV A,R3 NEXT1: INC DPTR MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,@R0 ADD A,11H MOVC A,@A+PC MOVX @DPTR,A ACALL DELAY INC RO MOV A,R3 JB ,NEXT2 RL A MOV R3,A MOV DPTR,2F00H AJMP NEXT1 NEXT2: AJMP DIR DSEG1: DB