【正文】 40 / 40。換句話說，每左移一位，累加次數(shù)應(yīng)減少一倍，相當(dāng)于終點判別計數(shù)器的長度要縮短一位。這樣，作為終點判別的累加次數(shù)m必須減少，因為積分器的數(shù)每左移一位，數(shù)值增大了一倍，這時K Xe（或K Ye）比例常數(shù)K必須更必為K=1/2n1次,而m=2n1。因為規(guī)格化后每累加運算兩次必有一次溢出，溢出速度比較均勻，所以加工的效率和質(zhì)量都大為提高。也就是說，直線插補的左移規(guī)格化是使坐標(biāo)值最大的被積函數(shù)寄存器的最高有效位為1。下面將分別介紹直線插補和圓弧插補的左移規(guī)格化處理。反之，最高位為“0”的數(shù)稱為非規(guī)格化數(shù)。因此在實際的數(shù)字積分器中，往往把被積函數(shù)寄存器中的前零移去，即對被積函數(shù)實現(xiàn)“左移規(guī)格化”處理。為了克服這一缺點，使溢出脈沖均勻，溢出速度提高，通常采用左移規(guī)格化處理。就是說行程長，走刀快；行程短，走刀慢。（3）數(shù)字積分法插補質(zhì)量的提高 由前面的討論可知，數(shù)字積分器溢出脈沖的頻率與被積函數(shù)寄存器中的存數(shù)成正比。其工作過程如下：運算開始時，X和Y被積函數(shù)寄存器中分別存放X,Y的初值X0, Y0； X軸被積函數(shù)寄存器累加得到的溢出脈沖發(fā)到Y(jié)方向，而Y軸被積函數(shù)寄存器累加得到的溢出脈沖則發(fā)到－X方向；每發(fā)出一個進給脈沖后，必須將被積函數(shù)寄存器內(nèi)的坐標(biāo)值加以修正。圖46 第一象限D(zhuǎn)DA逆圓插補邏輯圖由第一象限逆圓加工的DDA插補表達式可得到其圓弧插補器框圖，如圖56所示。Y）向進給，由X方向的被積函數(shù)控制。坐標(biāo)軸方向的位移增量為 （418a） 式（418a）為逆圓加工時情況，若為順圓加工，上式變?yōu)? （418b）據(jù)式（418a）可寫出第一象限逆圓加工時的DDA插補表達式 （419a） 同理，據(jù)式（418b）可寫出第一象限順圓加工的DDA插補表達式 （419b）式（418）和式（419）表明：在圓弧插補時，X向的被積函數(shù)和Y向的被積函數(shù)均為動點值；在圓弧插補時，（177。如圖45所示，圓的方程為： （414）式中R——常數(shù)；X、Y——以時間t參數(shù)的變量。 (2)圓弧插補由上面的敘述可知：DDA插補的物理意義是使動點沿速度矢量的方向前進。X軸的累加器溢出的脈沖驅(qū)動X走步，Y軸累加器溢出脈沖驅(qū)動y軸走步。被積函數(shù)寄存器存放終點坐標(biāo)值 。所以，可以用xe直接對X軸累加器進行累加，用ye直接對Y軸的累加器進行累加。一般二者的位數(shù)相同，以保證每次累加最多只溢出一個脈沖。若經(jīng)過m次累加后，x和y分別到達終點（xe，ye），即下式成立： （410）由此可見，比例系數(shù)k和累加次數(shù)之間有如下關(guān)系：Km=1 即 m=1/K （411）K的數(shù)值與累加器的容量有關(guān)。當(dāng)累加值超過一個坐標(biāo)單位（脈沖當(dāng)量）時產(chǎn)生溢出。寫成近似微分形式為 （49）動點從原點出發(fā)走向終點的過程，可以看作是各坐標(biāo)軸每隔一個單位時間△t，分別以增量Kxe。(1)直線插補設(shè)在平面中有一直線OA，其起點為坐標(biāo)原點0，終點為A(xe，ye)，則該直線的方程為 （44） 將上式化為對時間的參量方程 （45）式中K——比例系數(shù)。當(dāng)累加和超過累加器的容量時，便向面積寄存器發(fā)出溢出脈沖。它由函數(shù)值寄存器，與門，累加器及面積寄存器等部分組成。用此累加器來實現(xiàn)這種累加運算，則累加過程中超過一個單位面積時必然產(chǎn)生溢出，那么，累加過程中所產(chǎn)生的溢出脈沖總數(shù)就是要求的面積近似值，或者說是要求的積分近似值。實現(xiàn)這種近似積分法的數(shù)字積分器稱為矩形數(shù)字積分器。此公式說明，求積分的過程就是用數(shù)的累加來近似代替，其幾何意義就是用一系列微小矩形面積之和來近似表示函數(shù)以下的面積。數(shù)字積分插補法的基本原理可用圖42所示的函數(shù)積分來說明。本文所采用的插補算法為數(shù)字積分法，下面重點介紹該插補算法。在普通的CNC裝置中，逐點比較法和數(shù)字積分法獲得了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)插補采用計算方法的不同,有許多種插補方法,如逐點比較法, 數(shù)字積分法,最小偏差法,比較積分法,時間分割直線插補算法等。粗插補的特點是把給定的一條曲線用一組直線段來逼近。第一步是粗插補，即在給定起點和終點的曲線之間插入若干個點，用若干條微小直線段來逼近給定曲線，每一微小直線段的長度△l相等，且與給定的進給速度有關(guān)。當(dāng)然，可用損失精度的辦法來提高速度。這類插補的實現(xiàn)方法比較簡單，通常只用加法和移位即可完成插補，故其易用硬件實現(xiàn)，且運算速度很快；目前也有用軟件來完成這類算法的，但僅適用于一些中等精度或中等速度要求的CNC系統(tǒng)。目前應(yīng)用的插補算法主要分脈沖增量插補和數(shù)字增量插補兩類。插補的任務(wù)就是根據(jù)進給速度的要求，在輪廓起點和終點之間計算出若干個中間點的坐標(biāo)值。 實驗臺插補功能要求本課題設(shè)計的數(shù)控車床實驗臺只要求基本的X、Z軸直線和圓弧插補的控制能力。 圖41 數(shù)控車床的運動因為一般數(shù)控車床是對刀具的X、Z方向進給運動進行控制，對主軸則具有調(diào)速能力既可。、實驗臺插補功能要求和插補算法的選擇 車削加工是由工件的運動產(chǎn)生切削主運動，而刀具只進行加工進給運動。數(shù)控車床對零件的加工，是通過對所加工的零件形狀、尺寸進行量化數(shù)學(xué)描述而得到加工程序，再經(jīng)過計算機譯碼、解釋執(zhí)行，控制機床各坐標(biāo)軸運動，使刀具以加工程序所描述的形狀和尺寸為軌跡做運動，最終加工出所需形狀和尺寸的零件。 另外，還有上點和按鈕相結(jié)合的復(fù)位電路、光電隔離電路和功率放大電路等。中斷源INT0，同時又接到8031的P1口，采用硬件申請中斷和元件查詢的方法，這樣無論哪個方向越界都會引起中斷，在中斷服務(wù)程序中，通過軟件產(chǎn)尋的辦法，便可確定哪個方向越界。X、177。其他輔助電路設(shè)有越界報警和急停處理電路。因為使用8155的I/。從圖可知，系統(tǒng)擴展了一片8155和一片8255可編程I/O接口芯片。由于8031芯片內(nèi)部沒有ROM故。A0~A7低8位接74LS373芯片的輸出，A8~~。當(dāng)ALE從高電平變低電平，出現(xiàn)下降沿時，低8位地址鎖存入地址鎖存器中，74LS373的輸出不在隨輸入變化，這樣P0口就可用來傳送讀寫的數(shù)據(jù)了。故擴展了16KB程序存儲器由兩片2732組成，又?jǐn)U展了一片6264數(shù)據(jù)存儲器。0~+70圖44 8155與8255A的引腳圖 經(jīng)濟型數(shù)控車床微機控制系統(tǒng)硬件電路原理圖（1）x向y向和z向的進給伺服運動（2）鍵盤顯示（3）面板管理（4）行程控制（5）其他功能 例光電偶合電路、功率放大電路、紅綠燈顯示等。（6）硬件環(huán)行分配器目前市場上提供的國產(chǎn)TTL集成脈沖分配器有三相、四相、五相和六相，其型號分別為YBOB、YB01YB015及YB016，均為18個引腳的直插式封裝。當(dāng)8031數(shù)據(jù)總線分時地與各個外圍芯片盡心數(shù)據(jù)傳誦時，首先要進行片選（指選中某一個芯片），而當(dāng)片內(nèi)有多字節(jié)單元時，還要進行片內(nèi)地址選擇。它們均采用28腳雙列直插式扁平封裝，其引腳及邏輯符號見圖43。（2）數(shù)據(jù)存儲器的擴展由于8031芯片內(nèi)部RAM只有28字節(jié)，遠遠不能滿足系統(tǒng)的要求，須擴展片外的數(shù)據(jù)存儲器RAM。其引腳及語8031芯片連接圖見圖42。常用的地址鎖存器芯片是74LS373。Vpp是編程電壓端，PGM是編程控制編OE是輸出使能端，CS是片選端它們均為低電平有效，2764的等26引腳空。常用的半導(dǎo)體ROM芯片是2712762732712272527512?？梢钥闯鲞@種芯片集成度高、功能強，只需加少量外圍器件就可以構(gòu)成一個完整的微機系統(tǒng)?？稍诂F(xiàn)場修改和更新程序存儲器的應(yīng)用場合，其價格底，使用靈活，非常適用。8038051和8751本數(shù)控車床中使用的是8031芯片。在我國已廣泛地被應(yīng)用于經(jīng)濟型數(shù)控機床。此外，不同的數(shù)控系統(tǒng)還要求配備不同的外設(shè)，這些部分的電路設(shè)計也應(yīng)包括。步進電機控制電路鍵盤，顯示器的及其它輔助電路的設(shè)計。在選擇程序存儲器芯片時，要考慮CPO與EPRM時序的匹配，還應(yīng)考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲器的容量等問題。目前在經(jīng)濟型數(shù)控機床上推薦采用MCS—51系列單片機作為主 控制器。機床硬件電路由以下五個部分組成：（1） 主控制器即中央處理單元CPU（2） 總線 包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線（3） 存儲器 包括程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器（4） 接口 即I/O輸入/輸出接口（5） 外圍設(shè)備 如鍵盤、顯示器及光點輸入機等。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件與軟件才能有效地運行。. 根據(jù)總體方案及機械結(jié)構(gòu)的控制要求，確定硬件電路的總統(tǒng)方案, 繪制系統(tǒng)電氣控制的結(jié)構(gòu)框圖。(7) 電路設(shè)計過程中要注意電平的匹配,TTL和CMOS電平單片機擴展時,不應(yīng)該超過其驅(qū)動能力,如CMOS電路不使用的輸入端不允許浮空,否則會引起邏輯電平不正常,容易接受外界干擾產(chǎn)生錯誤動作。值得一提的是,系統(tǒng)的不可靠性很難通過一般的測試手段來確定。(6) 電路設(shè)計時,充分考慮應(yīng)用系統(tǒng)各部分的驅(qū)動能力,因為不同的電路有不同的驅(qū)動能力,對后級系統(tǒng)的輸入阻抗要求也不一樣。(4) 系統(tǒng)的擴展及各功能模塊的設(shè)計在滿足應(yīng)用系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上,留有適當(dāng)?shù)挠嗟?以備將來進行修改、擴展。(2) 盡量選用功率強、集成度高的微機芯片,因為采用這種器件可能代替某一部分電路,使系統(tǒng)可靠性增加。(3)顯示操作系統(tǒng)狀態(tài)顯示:包括I/O信號監(jiān)測、運行方式選擇、正在使用的刀具信息等；位置顯示:機床坐標(biāo)系的位置報告,工件坐標(biāo)系的絕對/相對位置報告等；故障報警。 操作功能(1)運動方式選擇程序運行:自動運行、單步運行、暫停及暫?；謴?fù)，空運行，坐標(biāo)參考值設(shè)置；手輪運行:對系統(tǒng)軸的正負(fù)向運動進行控制；MDI方式:手動程序數(shù)據(jù)輸入。(3)保護控制正負(fù)行程的軟、硬限位；進給高低速限制。進給速度控制:包括運動進給速度設(shè)置，速度倍率調(diào)整,自動加減速度控制等；手動控制:點動進給,手搖脈沖發(fā)生器控