【正文】 計(jì)數(shù)器2 1 1 無(wú)效 RL1 RL0 操作方式 0 0 計(jì)數(shù)值鎖存（供CPU讀出） 0 1 讀/寫(xiě)計(jì)數(shù)器低8位 1 0 讀/寫(xiě)計(jì)數(shù)器高8位 1 M2 M1 M0 工作方式選擇1 先讀/寫(xiě)低8位，后讀/寫(xiě)高8位 M2 M1 M0 工作方式 0 0 0 方式0 0 0 1 方式1 1 0 方式2 1 1 方式3 1 0 0 方式4 1 0 1 方式5 BCD 計(jì)數(shù)方式選擇 0 二進(jìn)制計(jì)數(shù) 1 十進(jìn)制（BCD碼）計(jì)數(shù) 8253的工作方式控制字③ 讀計(jì)數(shù)值在計(jì)數(shù)進(jìn)行過(guò)程中，讀出當(dāng)前的計(jì)數(shù)值有時(shí)是有用的。② 寫(xiě)入計(jì)數(shù)初始值某個(gè)計(jì)數(shù)器在寫(xiě)入了方式控制字后，任何時(shí)候都可以按RL1RL0的規(guī)定寫(xiě)入計(jì)數(shù)初始值，對(duì)某一計(jì)數(shù)器的寫(xiě)入次序是必須嚴(yán)格遵守的，但是在符合次序情況下，允許在中間穿插著對(duì)別的計(jì)數(shù)器的讀寫(xiě)操作。使用任意計(jì)數(shù)器通道，首先要向該通道寫(xiě)入方式控制字，以確定該通道的工作方式。綜上所述，結(jié)合本次設(shè)計(jì)需要，選擇8253芯片的工作方式2比較合適。此方式下，GATE的電平高低對(duì)計(jì)數(shù)器工作無(wú)作用。GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。若裝入的初值N為奇數(shù)，則在(N+1)/2個(gè)計(jì)數(shù)期間輸出保持低電平。該方式需在GATE信號(hào)控制下工作，當(dāng)GATE為0時(shí)，立即強(qiáng)迫輸出為高電平，當(dāng)GATE為1時(shí)啟動(dòng)一次新的計(jì)數(shù)周期。當(dāng)再有GATE上跳沿信號(hào)時(shí)，將再次以N為初值開(kāi)始計(jì)數(shù)，若在GATE信號(hào)之前賦入新的初值，則等到再有觸發(fā)信號(hào)時(shí)將以此新值開(kāi)始計(jì)數(shù)。GATE門(mén)控端可禁止或允許計(jì)數(shù)，當(dāng)GATE=0時(shí)，禁止計(jì)數(shù)，GATE=1時(shí)，允許計(jì)數(shù)。若初值為雙字節(jié)，則只有當(dāng)輸入高字節(jié)后計(jì)數(shù)器才開(kāi)始工作。由于篇幅有限，下面就只介紹一下8253芯片的6種工作方式，根據(jù)本設(shè)計(jì)需要選擇一種適合的工作方式。8253芯片介紹：8253芯片是INTEL公司生產(chǎn)的微型機(jī)通用外因芯片之一。 采集數(shù)據(jù)信息平臺(tái)通過(guò)計(jì)算機(jī)ISA總線接口將8253計(jì)數(shù)芯片上的數(shù)據(jù)采集進(jìn)入平臺(tái)之中，然后經(jīng)過(guò)一定的數(shù)學(xué)處理將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并寫(xiě)入PC機(jī)硬盤(pán)中備用。3. 5軟件功能實(shí)現(xiàn):最小二乘法擬合寫(xiě)入文件讀取數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制理論直線誤差分析結(jié)果分析采集外部數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)瀏覽 數(shù)控機(jī)床參數(shù)匹配測(cè)試平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)圖 每個(gè)環(huán)節(jié)之間的存在著一定得邏輯關(guān)系，具體流程闡述如下：①平臺(tái)通過(guò)計(jì)算機(jī)ISA接口將8253計(jì)數(shù)芯片上的數(shù)據(jù)采集進(jìn)入平臺(tái)之中，然后經(jīng)過(guò)一定的數(shù)學(xué)處理將其轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并寫(xiě)入PC機(jī)硬盤(pán)中備用；②將PC機(jī)中的數(shù)據(jù)文件讀出，并將其繪制到坐標(biāo)系中；③將PC機(jī)中的數(shù)據(jù)文件讀出，應(yīng)用最小二乘法對(duì)其進(jìn)行擬合，將擬合的直線與坐標(biāo)點(diǎn)繪制到相同坐標(biāo)系中，并顯示擬合直線方程；④對(duì)最小二乘法數(shù)據(jù)擬合以及系統(tǒng)位置誤差進(jìn)行分析；⑤設(shè)置理論直線方程，將其與擬合直線和坐標(biāo)點(diǎn)繪制到同一坐標(biāo)系；⑥通過(guò)對(duì)所繪制的圖形的分析，給出相關(guān)結(jié)論和解決問(wèn)題的建議。 運(yùn)行按鈕，當(dāng)程序編譯無(wú)誤后點(diǎn)擊這個(gè)按鈕會(huì)自動(dòng)彈出運(yùn)行界面，這樣你就可以檢驗(yàn)?zāi)愕某绦蚝湍愕乃枷胧欠褚恢隆?工程界面，工具欄中的常用按鈕的主要功能介紹如下： 編譯按鈕，當(dāng)程序編輯好后，點(diǎn)擊此按鈕看程序是否出錯(cuò)，以便修改。軟件的可重用性、可擴(kuò)充性以及可靠性均顯示出了它的優(yōu)越性。當(dāng)時(shí)C語(yǔ)言已經(jīng)非常流行，隨著問(wèn)題復(fù)雜度的提高和面向?qū)ο蠓椒ǖ奶岢?，C語(yǔ)言越來(lái)越顯得力不從心，C++是由C語(yǔ)言擴(kuò)張而成的，它繼承了C語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，又?jǐn)U張了C語(yǔ)言的功能。 VC開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹VC++是Visual C++的簡(jiǎn)稱(chēng)，它包括編輯、編譯、連接、運(yùn)行幾個(gè)環(huán)節(jié)。 C++包含了整個(gè)C，因此也繼承了C的全部特征和優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)添加了對(duì) OOP的完全支持。⑥具有直接的硬件處理能力 ⑦C++編譯系統(tǒng)生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。 ④運(yùn)算符豐富、齊全，運(yùn)算能力強(qiáng)。 ②語(yǔ)句簡(jiǎn)練、語(yǔ)法結(jié)構(gòu)清晰、緊湊，使用方便、靈活。方案3：Visual C++　　Visual運(yùn)行速度快,VC體系比較好,使用方便,適合做數(shù)據(jù)庫(kù),適合做共享軟件，組件資源豐富，難度小于C++。此外作為一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，VB還有許多獨(dú)到之處。④結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 VB為編程提供了一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。 在Windows環(huán)境下，程序是以事件驅(qū)動(dòng)方式運(yùn)行的，每個(gè)對(duì)象都能響應(yīng)多個(gè)不同的事件，每個(gè)事件都能驅(qū)動(dòng)一段代碼——事件過(guò)程，該代碼決定了對(duì)象的功能，通常稱(chēng)這種機(jī)制為事件驅(qū)動(dòng)。 它的基本思路是把復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)問(wèn)題分解為一個(gè)個(gè)能夠完成獨(dú)立功能的相對(duì)簡(jiǎn)單的對(duì)象集合，所謂“對(duì)象”就是一個(gè)可操作的實(shí)體，如窗體、窗體中的命令按鈕、標(biāo)簽、文本框等。 ①面向?qū)ο蠼Y(jié)論：雖然網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能較為強(qiáng)大，但WINDOWS的深為廣大用戶的喜愛(ài)，因?yàn)樗僮鞅容^簡(jiǎn)單，而且考慮與語(yǔ)言程序的匹配兼容性，我們選擇使用WINDOWS操作系統(tǒng)。 操作系統(tǒng)的選擇方案1：DOS操作系統(tǒng)特點(diǎn)：?jiǎn)斡脩魡稳蝿?wù)操作系統(tǒng) 方案2：WINDOWS 操作系統(tǒng)特點(diǎn)：?jiǎn)斡脩舳嗳蝿?wù)操作系統(tǒng) 友好的圖形用戶界面、易學(xué)易用，并能支持多任務(wù)。 通過(guò)上述理論分析，為了提高理論分析成果的實(shí)用性，并充分運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程之中，筆者下面將在Windows XP系統(tǒng)下基于VC開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)一套測(cè)試數(shù)控機(jī)床增益匹配的軟件。在直線加工時(shí)，若=，直線輪廓誤差為零， 若增大，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡偏離理論軌跡，將會(huì)產(chǎn)生輪廓誤差。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，零件的輪廓形狀精度不僅受機(jī)床的定位精度、微量位移精度的影響，而且更為主要的是受機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的輪廓跟隨精度所影響。若不考慮兩軸加速、減速階段，實(shí)際軌跡直線平行于理論軌跡直線，兩直線距離為輪廓誤差。 直線輪廓加工，X、Y軸位移變化圖中X軸的位移直線斜率比Y軸的位移直線斜率小，這與計(jì)算出的兩軸的實(shí)際穩(wěn)定速度大小相符。③當(dāng)增益相對(duì)于增益偏小時(shí)，且、均為常數(shù)時(shí)，根據(jù)題意，不妨設(shè)，則兩軸增益之差為：于是有而且，于是。當(dāng)增益相對(duì)于增益偏大時(shí)，若增大，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡就越偏離理論軌跡，將會(huì)產(chǎn)生輪廓誤差，當(dāng)時(shí)，則，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡就越接近理論軌跡。X軸 Y軸 　X、Y軸位移變化圖此刻。②當(dāng)兩軸的進(jìn)給系統(tǒng)增益匹配，即時(shí)，可以分相對(duì)于偏大和相對(duì)于偏小兩種情況進(jìn)行分析，不妨假設(shè)、均為常數(shù)。刀具的實(shí)際位置仍在直線輪廓上，只是較指令位置有一定的滯后?！≈本€輪廓加工，X、Y軸位移變化圖中兩軸的位移直線斜率相等，這與計(jì)算出的兩軸的實(shí)際穩(wěn)定速度相符。①當(dāng)兩軸增益、相互匹配，即==時(shí)，則==10，則兩軸增益差=0，于是有而且，于是。2% （1/s），可以計(jì)算出最大輪廓誤差。若在 XY 平面上銑削工件的一個(gè)平面， 該面與 X 軸成45176。直線時(shí)，這就相當(dāng)于單軸加工，輪廓誤差與增益無(wú)關(guān)?！　、?當(dāng)加工0176?！　、?當(dāng)加工45176。 定量分析系統(tǒng)增益匹配對(duì)加工直線輪廓的影響為了使得對(duì)輪廓誤差的分析更加貼近實(shí)際工程分析，并方便讀者加深對(duì)輪廓誤差的理解，筆者將式()變換為： ()式中，平均系統(tǒng)增益為：； 兩軸增益差為：；為系統(tǒng)增益失配量。因此，兩軸的增益、的良好匹配就可以保障被加工的工件的精度和質(zhì)量。，即工作臺(tái)沿X或Y作單軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，輪廓誤差；iii．當(dāng)時(shí)，最大，且最大值為：。，在兩個(gè)直角三角形中，根據(jù)幾何關(guān)系可得：②當(dāng)A＇在直線OA另外一邊時(shí)，同理可得：綜上所述，誤差為：將兩軸的速度誤差代入上式可得： ()由式（）可以看出，當(dāng)時(shí)，誤差，這與前面所述兩軸增益相等的情況完全吻合。⑵當(dāng)兩軸的增益不匹配，即時(shí)，此時(shí)速度誤差,因此，當(dāng)指令位置在OA上的O點(diǎn)時(shí)，時(shí)間位置并不在直線OA上，而在離OA距離為的另一點(diǎn)A＇。如果沿直線的加工速度為，則插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)，保持X、Y軸的速度分別為 直線輪廓加工設(shè)X、Y軸的進(jìn)給系統(tǒng)的增益為、則兩軸的速度誤差分別為： 由上式可得對(duì)不同的和討論如下：⑴當(dāng)兩軸的增益匹配，即=1時(shí)，則,即 ()刀具的指令位置A點(diǎn)的坐標(biāo)為（x,y），實(shí)際位置A＇點(diǎn)的坐標(biāo)為(，)，將式()與式()對(duì)應(yīng)項(xiàng)相減有： ()由上式可知，刀具的實(shí)際位置仍在直線輪廓上，只是較指令位置有一定的滯后。 定性分析系統(tǒng)增益匹配對(duì)加工直線輪廓的影響數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中往往要求精確地、實(shí)時(shí)地同時(shí)控制多個(gè)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的位置與速度，但由于進(jìn)給伺服系統(tǒng)都不可避免地存在著跟隨誤差△D，該誤差將可能對(duì)多坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)合成軌跡的精確性產(chǎn)生影響。隨著執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際位置在改變，因此，位置偏差不斷減小，保持對(duì)位置控制單元的一個(gè)不斷減小的正誤差信號(hào)，使執(zhí)行部件減速后平穩(wěn)地進(jìn)入定位點(diǎn)，直到實(shí)際位置與指令位置相等，位置偏差等于零為止。，當(dāng)指令位置已達(dá)到值即P點(diǎn)時(shí)，實(shí)際位置還滯后于指令位置，這時(shí)的位置偏差，在數(shù)值上等于指令速度下的穩(wěn)態(tài)位置偏差。由于在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，輸入不是階躍位置指令，而是斜坡位置指令，即為階躍速度的位置指令，根據(jù)式()可知，系統(tǒng)必然存在位置偏差。從控制系統(tǒng)分類(lèi)的角度來(lái)分析，這是一個(gè)I型系統(tǒng)。在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)中，絲杠和螺母將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成為執(zhí)行部件的位移，這相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié)。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)特性對(duì)加工精度的影響數(shù)控經(jīng)給伺服系統(tǒng)特性直接影響工件加工精度，因此，分析進(jìn)給伺服系統(tǒng)特性與加工精度之間的關(guān)系就顯得尤為重要。但是，過(guò)大會(huì)使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，在一定系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)速度越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差越大。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)特性的分析，可得該系統(tǒng)的增益為： ()，則系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： 而系統(tǒng)閉環(huán)函數(shù)為： ()由于，故跟隨誤差對(duì)輸入的傳遞函數(shù)為： ()則 ()如果系統(tǒng)執(zhí)行一個(gè)速度為F恒速位置指令，即 ()利用終值定理有： ()則 ()由上式可知，當(dāng)數(shù)控機(jī)床中進(jìn)給速度F為恒速運(yùn)動(dòng)時(shí)，跟隨誤差。同樣地，在機(jī)械傳動(dòng)部分，S2和S的系數(shù)相對(duì)常數(shù)項(xiàng)而言都非常小，因此也可將其近似化簡(jiǎn)為比例環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。這表明兩者的輸入輸出特性是一致的，因此我們所得到的式()和式()降階數(shù)學(xué)模型是可以信賴(lài)的，所選用的降階方法也是合適的。經(jīng)過(guò)直接降階處理后，分別得到X、Y軸進(jìn)給系統(tǒng)表達(dá)式為： () ()。如果忽略高階模型中對(duì)特性影響很小的系數(shù)，直接降階得到一個(gè)二階系統(tǒng)，這樣原來(lái)的高階系統(tǒng)就被簡(jiǎn)化為一個(gè)二階系統(tǒng)。又分為兩部分：第一部分與速度成比例，即阻尼系數(shù)為的粘性摩擦阻尼力，該阻尼力在執(zhí)行部件的力平衡方程式()中考慮，第二部分是導(dǎo)軌之間的固體摩擦力及傳動(dòng)件彼此之間的固體摩擦扭矩（它可以換算為執(zhí)行部上的軸向力為），即綜上所述，在位置指令和干擾負(fù)載的作用下，全閉環(huán)的位置輸出為：在半閉環(huán)時(shí)，位置輸出為：式中，上兩式的系數(shù)為： 進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，所建立的數(shù)控伺服系統(tǒng)是一個(gè)高階系統(tǒng)，在將產(chǎn)品和系統(tǒng)調(diào)定參數(shù)代入后，可得到一個(gè)高階傳遞函數(shù)。系統(tǒng)的輸出是位置指令的響應(yīng)和干擾負(fù)載的響應(yīng)之和。以組成的負(fù)反饋回路形成速度控制環(huán)．反饋信號(hào)從即取出，這就是速度負(fù)反饋。綜合前面推導(dǎo)的式()、式（）、式（）、式（）、式（）以及機(jī)械部分的傳遞函數(shù)式（），再結(jié)合到,可以繪制出整個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖， 進(jìn)給伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的外載荷，與作為負(fù)載力矩與慣性負(fù)載力矩反饋?zhàn)饔迷陔姌械妮斎攵?。系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J，電磁轉(zhuǎn)矩為M，電機(jī)的力矩平衡方程式應(yīng)為：