经济型数控系统研究与设计说明书

经济型数控系统研究与设计 第 1 章 绪论 1 目 录 目 录 1 摘 要 2 第一章 绪论 2 第二章 CNC 系统总体方案的确定 3 2 1 系统总体方案 3 2 2 系统功能模块及其分析 5 第三章 硬件系统设计 7 3 1 控制系统硬件设计 7 3 2 主模块设计 8 3 3 输入 输出模块设计 9 3 4 人机界面模块设计 11 3 4 1 显示方式的确定 11 3 4 2 数控操作面板外形图设计 12 3 4 3 机床操作面板设计 12 3 5 系统安装结构设计 13 3 6 PLC 在 CNC 系统中的应用 13 3 7 系统电气原理图设计 15 第四章 系统软件设计 15 4 1 软件功能设计 15 4 2 软件结构分析 设计 16 4 3 人机界面及其软件实现技术 17 4 3 1 菜单驱动技术的应用 17 4 4 逐点比较插补法的软件实现 17 4 4 1 直线插补原理 17 4 4 2 直线插补 G01 程序设计 20 4 4 3 圆弧插补原理 23 4 5 快速点定位 G00 程序设计 26 4 6 暂停 延迟 指令 G04 程序设计 28 4 7 步进电机正反转及转速控制程序设计 29 鸣 谢 30 参考文献 30 经济型数控系统研究与设计 第 1 章 绪论 2 经济型数控系统研究与设计经济型数控系统研究与设计 机械设计制造及其自动化 2004101301 李 华 指导教师 黄开有 第 1 章绪论 按数控系统的功能水平 可以把数控系统分为高 中 低三档 低档数控系统即可认为是经济型数控 系统 经济型数控系统是相对于标准型数控系统而言的 不同时期 不同国家和地区的含义是不一样 的 根据实际机床的使用要求 合理简化系统 降低成本 即可称为经济型 区别于经济型数控系统 将功能比较齐全的数控系统称为全功能数控系统 或称为标准型数控系统 就其功能而言 经济型数控系统一般分辨率较低 连动轴数较少 人机接口比较简单 造价低廉 可以说得上是最经济的数控系统 所以 经济型数控系统主要指开环系统 开环数控系统具有结构简单 造价低 维修调试简单 运行维护费用低等特点 但受步进电动机矩 频特性的限制 精度 进给速度 力矩三者互相制约 性能的提高受到限制 所以 开环数控系统一 般用在精度或速度要求不高 或者力矩不大的场合 经济型数控系统主要同微型计算机与步进电机驱动系统组成 既具有一定的数控功能 又具有造价 低 使用维修方便等特点 本设计就是围绕经济 实用这个核心而进行的 本系统硬件采用工业标准 STD 总线 大板结构 不采用工业控制机 自行设计专用印刷主电路 板 主电路板上有多个插槽 可插入 LCD 控制板 I O 接口控制板 步进电机控制板等 还设有一个 扩展槽以便用户扩展系统功能 一块模板基本上具有一种或二种功能 实现了模板级的功能分散 可 以根据用户的需要对系统裁剪或扩展 系统组成灵活 本系统确定单微处理器开环数控系统 因其结构简单 可以根据专用设备的控制要求自行设计开发 周期短 费用低 见效快 选用 INTEL 公司推出的准 16 位嵌入式微控制器 8098 单片机 系统采用独 立型 PLC 因其具有较强的数据处理 通信和诊断功能 本系统采用 LCD 显示器 图形点阵液晶显示器是目前在单片机系统中比较流行的新型显示器件 可 以显示所有字符及图形 由于其可以显示汉字的特性被广泛用于国内智能设备中 国内的数控系统也 开始广泛采用 作为一个简易型数控系统 本系统采用了 20 2 带背光字符型液晶模块作为主显示界面 不有用数码管显示或 CRT 显示 本系统采用 64 键 8 8 行列式键盘 键盘扫描由 Intel8279 键盘 显示接口芯片完成 系统设计 中充分考虑功能的需要 操作方便的需要及系统复杂性的要求三个之间的关系 确定系统的大多数按 键为双功能键 使得整个系统界面简洁 经济型数控系统研究与设计 第 1 章 绪论 3 本系统功能精简 实用性强 系统功能由硬件和软件按照经济性的要求适当划分 软件设计具备经 济型数控系统必要的基本功能 最多二轴联动 具备基本的准备功能及辅助功能 步进电机控制能力 直线 圆弧插补能力 串行通信能力等 第 2 章CNC 系统总体方案的确定 2 1 系统总体方案 计算机数控 CNC 系统由程序 输入装置 输出装置 CNC 装置 PLC 主轴驱动装和进给 伺服 驱动装置组成 如图 2 1 所示 系统设计应具有灵活性 通用性 可靠性 易于实现基本的数控功能 使用 维修也较为方便 并且与外界通信的功能 位置检测装置 进给电动机 床 机 主轴电动机 单元 速度控制 单元 主轴控制 PLC 可编程控制器 装置 输出 装置 通信 装置 输入 CNC装置 控制装置 数值 计算机 图 2 1 CNC 系统组成 CNC 数控系统由以下几个部分组成 1 微型计算机 包括中央处理器 存储器 I O 接口等 2 进给伺服系统 在开环数控系统中为步进电机伺服系统 3 开关量控制及主轴控制 这部分涉及到 M T S 代码的执行 4 人机接口和通信功能 5 控制软件 系统设计的目的决定了系统只能采用开坏控制方式 在开坏型位置控制系统中 只能采用步进电机 作为伺服单元 这是由步进电机本身的特性决定的 关于步进电机的特性等详细内容见其它资料 本系统确定为开环数控系统 其结构简单 可以根据专用设备的控制要求自行设计开发 周期短 费 用低 见效快 开环数控系统结构框图如图 2 2 所示 在进行开环数控系统的总体设计时 通常要考虑以下问题 1 系统功能要求 经济型数控系统研究与设计 第 2 章 CNC 系统总体方案的确定 4 设计系统之前 应该明确定义系统的功能 在定义开环数控系统功能时 应以必要为度 既然是经 济型系统 应不求最佳 但求满意 定义系统时 应综合考虑经济性 实用性 开发周期和开发能力 等因素 对系统的某些功能进行权衡 决定取舍 1 本系统具有以下主要功能和要求 2 具有两轴联动的轴控制功能 3 具有基本的准备功能 进给功能 辅助功能 PLC 等 4 具有基本的人机对话功能 如显示 通信功能及输入输出设备 5 硬件 软件的设计均以经济型为平台 床 机 软 件 主轴控制 主轴反馈 控制电路 开关量 电动机 步进 驱动电路 步进伺服 I O口 RAM EPROM CPU 微机 接口 通信 与 接口 人机 图 2 2 开环系统结构 2 确定控制任务及软件 硬件任务的划分 根据系统功能 可以进一步确定系统的基本构成部分及各部分要完成的控制任务 对一些控制任务 要确定是用硬件来完成还是用软件来完成 如开关量的逻辑控制可以用硬件来完成 也可以用软件来 完成 复杂的逻辑控制 用软件来完成就要经济一些 而且故障率低 而用软件完成这些功能要时间 如果微处理器时间已饱和 则一些简单的逻辑控制就必须用硬件来实现 3 确定各部分的联系 确定系统各部分的联系 主要指信息方面的联系 系统各个组成部分之间要传送什么信息 以什么 形式传送 需要定义清楚 4 确定微机系统 确定用单微机系统还是多微机系统 选择微机型号 选择微机型号时 要考虑经济性和先进性 同 时必须考虑开发手段 支持软件及外围芯片等因素 由于控制功能不十分复杂 故采用单微机处理器 结构 单微处理器结构的 CNC 系统具有如下一些特点 1 CNC 系统内只有一个微处理器 对存储 插补运算 输入输出控制 LED 显示等功能都由它集 中控制分时处理 2 微处理器通过总线与存储 输入输出控制等各种接口相连 构成 CNC 系统 3 结构简单 容易实现 4 单微处理器因为只有一个微处理器集中控制 其功能将受到微处理器字长 数据宽度 寻址 能力和运算速度等因素限制 由于插补等功能由软件来实现 因此数据功能的实现与与处理 经济型数控系统研究与设计 第 2 章 CNC 系统总体方案的确定 5 速度成为一对矛盾 选用 INTEL 公司推出的准 16 位嵌入式微控制器 8098 单片机 8098 单片机性能价格比很高 8 位机 接口但具有 16 位机的速度 非常适用于经济型数控系统 5 确定软件结构形式 CNC 软件可以设计成不同的结构形式 不同的软件结构 对各任务的安排方式也不同 管理方式 也不同 常见的 CNC 软件结构形式有前后台型软件结构和中断软件结构 前后台型软件结构适合于采 用集中控制的单微处理器 CNC 装置 故本设计采用前后台型软件结构 2 2 系统功能模块及其分析 1 系统操作界面 按照本系统的设计思想 系统的界面设计确定图 2 3 所示 上下档 上页 下页 回车 插入 删除 手动 换刀 运行 暂停 复位 限位暂停 上下档切换电源 图 2 3 系统人机界面图 其中 30 个按键中的 12 个为双功能键 按键的功能简单说明如下 复位 系统在死机 工作出错等情况下的总清键 使系统回复设计的原始状态 运行 自动运行用户的零件加工程序 包括程序的语法检查 数据处理 编译 插补运算及步进电 机控制等 暂停 自动加工的暂停 是一个乒乓键 按一次 加工暂停 再按一次 继续加工 换刀 用于手工换刀 每按一次 电动刀架转一个工位 本系统中为 o 90 手动 与 配合 以实现动作台的连动 在编辑程序时为光标移动键 数字 1 9 均为双功能键 用于程序输入 用 上下档 键进行切换 G 准备功能键 用于 ISO 加工程序输入 M 辅助功能键 用于冷却泵的启 停 程序的结束等程序段的输入 经济型数控系统研究与设计 第 2 章 CNC 系统总体方案的确定 6 插入 用于程序编辑过程中 插入 修改 方式的切换 也是乒乓键 用块光标或下划线光标指示 删除 在插入方式下 删除当前光标位置前的字符 在修改方式下 删除当前光标位置字符 上页 程序上翻到上一程序段 相当 PC 机的 PageUp 键 下页 程序下翻到下一程序段 与上页键盘缓冲区一样是一个屏幕编辑键 相当于 PC 机的 PageDown 键 回车 确认键 Esc 相当于 PC 机的 Esc 键 2 系统功能模块与总体框架 系统从总体上分为人机界面模块 步进电机控制模块 LCD 显示控制模块 串行通信模块及基于 8098 单片机的主控模块等 5 大模块 如图 2 4 模块模块 模块模块 步进电机控制串行通信 人机界面 主控模块 LCD显示控制 图 2 4 系统模块与总体框图 3 模板式硬件系统框架 为了系统今后的功能扩充 提高系统的可维护性 这个经济型数控系统采用模块化设计 整个系统 由 3 个相对独立的子系统构成 即 CPU 子系统及 I O 子系统及键盘 显示子系统 硬件系统以 8098 为核心 扩展了 16KB 的用户加工程序区 具有掉电保护功能 通过键盘管理接口芯 片 8279 扩展键盘 利用其上下档功能实现了按键的双功能 简化了键盘 I O 接口孖系统的核心是 8255 通过它扩展了步进电机接口以及其它预留的螺纹加工用光电编码接口等 4 系统软件框架 本系统在临近软件的设计过程中 力图体现 加强容错性 方便使用的原则 采用模块化设计 全程 菜单驱动 共有 5 大模块组成 通信模块 自动模块 参数设置 编辑模块 手动模块 系统软件框图见图 2 5 经济型数控系统研究与设计 第 2 章 CNC 系统总体方案的确定 7 冷启动 系统自检 系统初化 显示主菜单 等待按健并判键处理 通信模块编辑模块参数设置自动模块手动模块 图 2 5 系统软件原理框图 第三章 硬件系统设计 3 1 数控装置硬件结构设计 数控装置是整个数控系统的核心 其硬件结构按 CNC 装置中各印制电路板的插接方式可以分为大板 式结构和功能模块式结构 1 大板式结构 CNC 装置可由主电路板 位置控制板 PLC 板 图形控制板和电源单元等组成 主 电路板是大印制电路板 其它电路是小印制电路板 它们插在大印制电路板上的插槽内而共同构成 CNC 装置 2 功能模块式结构将整个 CNC 装置按功能划分为模块 硬件和软件的设计都采用模块化设计方法 即每一个功能模块被做成尺寸相同的印制电路板 称功能模板 相应功能模块的控制软件也模块化 从本系统设计目的和用户使用角度出发 本设计选用大板式结构 板式结构设计如图示 经济型数控系统研究与设计 第 3 章 硬件系统设计 8 连接单元 DI DO 板 扩展槽 步进电机控制板 控制用ROM板 I O接口 LCD控制板 机床强电柜 位置控制 外部位置显示 手摇脉冲发生器 T1端子T1端子 速度 控制 单元 X轴 Y轴 单元 控制 速度 CN1CN1 C15 RS232C CDACDX MDI因此 提高编辑模块的容错性 方便性 是十分必要的 本系统中主要采用了菜单驱动技术和全屏幕编辑技术 实现了比较友好的系统人 机界面 4 3 1 菜单驱动技术的应用 菜单驱动技术在单片机系统中的应用已日益广泛 这主要归功于菜单化操作带来的便捷和轻松 在本 数控系统中 就应用了全程菜单驱动技术 现将这种技术在单片机系统上的实现做一简单说明 1 菜单驱动的物理条件 要实现菜单驱动 显然 系统首先要有菜单显示能力 由于本系统采用字符液晶模块作为显示界面 一屏 可显示 40 字符 因此具备菜单驱动的基本条件 而且液晶模块的反像显示特性 可使系统十分容易得到 菜单的光条效果 这对于完备的菜单是必须的 2 菜单驱动的软件实现 以系统编辑模块为例 说明菜单驱动的有条理 先看图 4 1 编辑模块菜单结构 子菜单1112 子菜单111 菜单项11 图 4 1 编辑模块菜单结构 其程序设计思想是 选中主菜单中的 EDIT 菜单项后 显示其下的孖菜单 111 通过光条移动选中 erase 子项后 回车确认 则显示其下的子菜单 1112 按键 控制光条移动 通过回车键执行相应的操作 4 4 逐点比较插补法的软件实现 4 4 1 直线插补原理 偏差计算公式 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 18 按逐点比较法原理 必须把每一个插值点的实际位置与给定轨迹的理想位置间的误差即偏差计算出来 根据偏差的正负决定下一步走向 逼近给定轨迹 假定加工如图 4 2 所示 图 4 2 第一象限直线 取直线起点为坐标有缺点 终点坐标 是已知的 M 为加工点 若 m 在 OA 直线上 则根据 e x e y m x m y 相似三角形关系可得 即 0 m x m y e x e y m y e x m x e y 由此要嘚直线插补的偏差判别式为 4 1 m F m y e x m x e y 若 0 m 点在 OA 直线上 m F 若 0 点在直线 OA 上方 m F m 若 0 点在 OA 直线下方 m F m 逐点比较法直线插补的有条理是 从第 1 象限直线的起点出发 当 0 时 沿 x 方向走一步 当 0 m F m F 时 沿 y 方向走一步 当 2 方向所走的走步数与终点坐标 相等时 发出终点到信号 停止插补 e x e y 如果直接按式 1 1 计算偏差 则要做 2 次乘法 1 次减法 比较麻烦 因此有必要进一步简化 对于第一象限而言 高加工点正处于 m 点 当 0 时 表明 m 点在 OA 上或在 OA 上方 应沿 x 方向进给 m F 一步 走一步以后新的坐标值为 1 1 m x m x 1 m y m y 该点的偏差 1 4 2 1 m F 1 m y e x 1 m x e y m y e x m x e y m y e x m x e y e y m F e y 当 0 时 表明 m 点在 OA 的下方 应沿 y 方向进给一步 走一步后新的坐标为 m F 1 m x m x 1 m y m y 该点的偏差为 1 4 3 1 m F 1 m y e x 1 m x e y m y e x m x e y m y e x m x e y e x m F e x 式 1 2 和式 1 3 是简化后的偏差计算公式 在式中只有加减运算 只要将前一点的偏差值与等于常数 的终点坐标值 相加或相减 即可得到新的坐标点的偏差值 加工的起点是坐标原点 起点的偏差 e x e y 为 0 随着加工点前进 新加工点的偏差都可以由前一点偏差和终点坐标相加或相减得到 0 F m F 终点判别方法 逐点比较法的终点判断有以下几种方法 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 19 设置 x y 两个减法计数器 加工开始前 x y 计数器初值为终点坐标 在 x 坐标 或 y 坐标 进 e x e y 给一步时 x 计数器 或 y 计数器 减 1 当 2 个计数器都减到 0 时 到达终点 设置一个终点计数器 初值为 x y 两个坐标给定的总步数 每当沿 x 或 y 坐标方向进给一步时 终 点计数器减除 当减为 0 时 到达终点 插补计算过程 插补计算时 每走一步 都要进行以下 4 个步骤的算术逻辑运算 偏差判别判别偏差 F 0 或 F 0 这是逻辑运算 根据逻辑运算的结果确定下一步进给方向和新的偏 差计算 坐标进给 进给一步后 计算新的加工点对给定轨迹的偏差 作为下一次偏差判别的依据 终点判别 进给一步后 终点计数减 1 判断是否到达终点 未到达终点返回第一步 2 直线插补计算举例 设加工第一象限直线 OA 起点为坐标有原占 终点坐标 6 4 则计算过程如表 4 1 所示 e x e y 表 4 1 直线插补过程 步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判别 起点 F0 0 10 1F 0 x F1 F0 0 4 4 e y 10 1 9 2F0 x F3 F2 2 e y 7 4F0 x F5 F4 0 e y 5 6F 0 x F6 F5 4 e y 4 7F0 x F8 F7 2 e y 2 9F0 y F10 F9 0 e y 0 3 4 个象限直线挺补的偏差符号及进给方向如图 4 3 所示 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 20 图 4 3 4 象限直线的偏差符号与进给方向 由图可知 第二象限的直线 OA2 其终点坐标为 在第一象限有一条对称于 y 轴的直线 OA1 e x e y 其终点坐标为 当从 O 点出发 按第一象限直线 OA1 进行插补时 若把沿 x 轴正向进给改为 x e x e y 轴负方向进给 这时实际插补所得的就是第二象限直线 OA2 第二象限直线 OA2 插补时 偏差计算公式与 第一象限直线 OA1 的偏差计算公式相同 判别在 x 轴的进给方向 同理 如果插补第三象限终点为 的直线 只要插补终点值为 的第一象限的直线 而将输出的进给脉冲由 x 变为 x y e x e y e x e y 方向即可 以此类推 4 个象限所有的偏差计算公式和进给方向死于下表 4 2 表 4 2 直线插补公式及进给方向表 F 0F 0 直线坐标进给方向偏差计算直线坐标进给方向偏差计算 4 L 1 L x 1 L 2 L y 2 L 3 L y 1 m F m F e y 4 L 3 L x 1 m F m F e x 4 4 2 直线插补 G01 程序设计 在单片微机数字程序控制系统中 用插补计算程序完成插补计算 称之为 软件插补器 下面以插 补第 1 象限直线 第 2 象限直线为例 介绍直线插补计算子程序的设计 直线插补子程序需 3 个入口参数 它们是终点坐标值 及总步数 这些参数由调用程序查 e x e y 询数据表得到 并存入入口单元 及 BS 本子程序还用一个工作单元存放走步过程中加工点 e X e Y z F 偏差值 初态为 0 根据系统要求 上述 4 个单元均为 3B 另外 在数控车削系统中 y 轴表示为 z F z 轴 以与数控加工的 ISO 代码一致 第 1 象限直线插补子程序框图下图所示 图中还指出了插补计算的 4 个节拍 坐标进给通常是使步 进电机走一步 通过步进电机带动机床工作台或刀具移动 有关步进电机的走步 正走 反走 子程 序 MAN MOVE 不做介绍 第 2 象限直线插补的程序框图不做介绍 请参照第 1 象限子程序框图和 4 象限插补计算与进给方向表 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 21 终点判别 坐标进给 偏差计算 偏差判别 插补4节拍 结束 走步走步 置偏差初值为0 图 4 4 第一象限直线插补计算子程序框图 第一象限直线插补 DYXXL DYXXL CLR C MOV Fz3 00H MOV Fz2 00H MOV Fz1 00h 偏差单元清零 MOV A Xe3 ADD A Ze3 MOV BS3 A MOV A Xe2 ADDC A Ze2 MOV BS2 A MOV A Xe1 ADDC A Ze1 MOV BS1 A 计算终判值 DYXXL2 MOV DPTR FEED 速度标志字 MOVX A DPTR CJNE A 01H DYX 1 MOV R6 02H SJMP DYX 5 DYX 1 CJNE A 02H DYX 2 MOV R6 04H SJMP DYX 5 DYX 2 CJNE A 03H DYX 3 MOV R6 08H 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 22 SJMP DYX 5 DYX 3 MOV R6 10H DYX 5 LCALL DEL1MS 调用延时 1MS 子程序 MOV A Fz1 取偏差的高 8 位 JB ACC 7 DYXXL4 FZ 向进给 MOV A 02H 走 X 一步 MOV F ORIENT A LCALL DISP XZ 显示原坐标 LCALL MAN MOVE 走步 LCALL DISP XZ 显示新坐标 CLR C MOV A Fz3 SUBB A Ze3 MOV Fz3 A MOV A Fz2 SUBB A Ze2 MOV Fz2 A MOV A Fz1 SUBB A Ze1 MOV Fz1 A 计算 F Ze F DYXXL3 CLR C MOV A BS3 SUBB A 01H MOV BS3 A MOV A BS2 SUBB A 00H 终点判值减 1 MOV BS2 A MOV A BS1 SUBB A 00H MOV BS1 A ORL A BS2 ORL A BS3 JNZ DYXXL2 判 0 未完继续 RET 插补结束返回 DYXXL4 MOV A 04H 走 Z 一步 MOV F ORIENT A LCALL DISP XZ 显示原坐标 LCALL MAN MOVE 走步 LCALL DISP XZ 显示新坐标 CLR C MOV A Fz3 ADD A Xe3 MOV Fz3 A 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 23 MOV A Fz2 ADDC A Xe2 MOV Fz2 A MOV A Fz1 ADDC A Xe1 MOV Fz1 A 计算 F Xe F LJMP DYXXL3 转判终点 4 4 3 圆弧插补原理 偏差计算公式 以第一象限逆圆为例 讨论偏差计算公式的推导方法 如图 4 5 图 4 5 第 1 象限逆圆 设要加工圆弧 AB 圆弧的圆心在坐标原点 圆弧的起点 A 终点 B 圆弧的半径为 R 令 0 x 0 y e x e y 瞬时加工点为 m 它与圆心的距离为 比较和 R 可比较比较它们的平方值 m x m y m R m R 2 m R 2 m x 2 m y 2 R 2 0 x 2 0 y 因此可得圆弧偏差判别公式如下 4 4 m F 2 m R 2 R 2 m x 2 m y 2 R 若 0 表明加工点 m 在圆弧上 m F 0 表明加工点 m 在圆弧外 m F 0 表明加工点 m 在圆弧同 m F 若 0 为逼近圆弧 下一步向 x 轴向进给一步 并算出新的偏差 m F 0 为带近圆弧 下一步向 y 轴向进给一步 并算出新的偏差 m F 如此一步步计算和一步步进给 在到达终点后停止运算 就可插补出如图所示第一象限逆圆弧 AB 为了简化计算 下面进一步推导偏差计算的递推公式 高加工点正处于 m 点 其判别式为 m x m y 4 5 m F 2 m x 2 m y 2 R 若 0 应沿 x 轴向进给一步 到 m 1 点 其坐标值为 m F 1 1 m x m x 1 m y m y 新加工点的偏差为 2 1 4 6 1 m F 2 1 m x 2 1 m y 2 R 2 1 m x 2 m y 2 R m F m x 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 24 若 0 应沿 y 向进给一步 到 m 1 点 其坐标值为 m F 1 m x m x 1 1 m y m y 新加工的偏差为 2 1 4 7 1 m F 2 1 m x 2 1 m y 2 R 2 m x 2 1 m y 2 R m F m y 由式 2 1 1 m F 2 1 m x 2 1 m y 2 R 2 1 m x 2 m y 2 R m F m x 和式 2 1 1 m F 2 1 m x 2 1 m y 2 R 2 m x 2 1 m y 2 R m F m y 可知 只要知道前一点偏差和坐标 就可以求出新的一点的偏差 公式中只有乘 2 运算 计算大为简化 由 于加工是从圆弧的起点开始的 起点的偏差为 0 坐标为 所以新的加工的偏差总可以根据前一 0 x 0 y 点的数据计算出来 终点判别法 圆弧插补的终点方法和直线插补计算过程相同 可以将 x y 轴走步的步数总和 存入一个计数器 每 走一步 从 中减 1 当减为 0 时 发出终点信号 插补计算过程 圆弧插补计算过程和直线插补计算过程相同 也有偏差判别 坐标进给 偏差计算及终点判断 4 个节拍 但 偏差计算公式不同 而且在偏差计算的同时 还要进行加工点瞬间坐标值的计算 以便为一下点的偏差计 算做好准备 对于第一象限逆圆来说 坐标值计算公式为 1 或 1 4 8 1 m x m x 1 m y m y 3 圆弧插补计算举例 设加工第一象限逆圆 AB 已经起点 A 的坐标为 4 0 终点坐标 0 4 则计算过程如表 0 x 0 y e x e y 4 3 所示 偏差及坐标计算步数偏差计算坐标进给 偏差计算坐标计算 终点判别 起点 0 0 F 4 0 0 x 0 y 4 4 8 1 0 0 F x 2 1 0 2 4 1 7 1 F 0 F 0 x 1 x 4 1 3 0 1 y 8 1 7 2 0 1 F y 2 1 7 2 0 1 6 2 F 1 F 1 y 3 2 x 2 y 1 1 1 y 7 1 6 3 0 2 F y 2 1 6 2 1 1 3 3 F 2 F 2 y 3 3 x 3 y 1 2 2 y 6 1 5 4 0 4 F x 2 1 1 5 F 4 F 4 x 3 3 5 x 5 y 4 1 3 6 0 6 F x 2 1 1 7 F 6 F 6 x 3 4 7 x 7 y 2 1 1 8 0 7 F x 2 1 0 8 F 7 F 7 x 0 4 8 x 8 y 0 表 4 3 圆弧插补过程 3 4 个象限圆弧插补计算公式 前面以第一个逆圆为例推导计算公式并指出了根据偏差符号确定进给方向 其他 3 个象限的逆圆偏 差计算公式可以通过与第一象限的逆圆 顺圆相比较而得到 下面先推导第一象限顺圆的偏差计算公式 高加工点现处于 m 点 若偏差 0 则沿 y 轴向 m x m y m F 进给一步 到 m 1 点 新加工点坐标 1 求出新的偏差为 m x m y 2 1 1 m F m F m y 若偏差 0 则沿 x 轴进给一步 到 m 1 点 新加工点坐标是 1 新的偏差为 m F m x m y 2 1 1 m F m F m x 这样便可以第一象限的逆圆 顺圆为基准 推导其他 3 个象限的逆圆 顺圆插补计算公式 下面分别是以符号 S S S S表示第 1 4 象限的顺圆 以符号 N N N N表 1 R 2 R 3 R 4 R 1 R 2 R 3 R 4 R 示第 1 4 象限的逆圆 所有 4 个象限 8 种圆弧的偏差计算公式和坐标进给方向列于下表 4 4 偏差符号 0 m F偏差符号 0 m F 圆弧坐标及 方向 进给 方向 偏差计算坐标计算圆弧坐标及 方向 进给 方向 偏差计算坐标计算 S N 1 R 2 R Y S N 1 R 4 R X S N 3 R 4 R Y 2 1 m F m F 1 m y 1 m x m x 1 1 m y m yS N 3 R 2 R X 1 m F m F 2 1 m x 1 m x m x 1 m y m y N S 1 R 4 R X N S 1 R 2 R Y N S 2 R 3 R X 2 1 m F m F 1 m x 1 1 m x m x 1 m y m yN S 2 R 4 R Y 1 m F m F 2 1 m y 1 m x m x 1 1 m y m y 表 4 4 圆弧插补计算公式及进给方向 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 26 4 5 快速点定位 G00 程序设计 快速点定位指令 G00 G00 命令刀具以点位控制方式从刀具所在点以最快速度移动到坐标系的另一点 它只是快速到位 而其运动轨迹根据具体控制系统设计而有所不同 如图 4 6 所示 a 图 4 6 快速点定值 从 A 到 B 有四种方式 路线 a 是以折线方式到达 B 点 其初始角 是固定的 一般为 路线 b 为 45 直线 AB 路线 d 和 c 则分别由 AD DB 或 AC CB 构成 应注意的是 进给速度 F 对 G00 无效 本系统 以折线方式到达指定点 具体编程如下 快速点定位子程序 QSDDW QSDDW CLR C MOV BX3 Xo3 X 坐标起点输入 3 个字节 MOV BX2 Xo2 Xo1 高 8 位 Xo2 中 8 位 MOV BX1 Xo1 Xo3 低 8 位 CLR C MOV A Xe3 SUBB A BX3 MOV BX3 A MOV A Xe2 SUBB A BX2 MOV BX2 A MOV A Xe1 SUBB A BX1 MOV BX1 A X 坐标终点输入并计算 X 方向终判值 3B MOV BY3 Yo3 Y 坐标起点输入 3 个字节 MOV BY2 Yo2 MOV BY1 Yo1 CLR C MOV A Ye3 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 27 SUBB A BY3 MOV BY3 A MOV A Ye2 SUBB A BY2 MOV BY2 A MOV A Ye1 SUBB A BY1 MOV BY1 A Y 坐标终点输入并计算 Y 方向终判值 3B QSDDWX MOV A 02H 走 X 一步 MOV F ORIENT A LCALL MAN MOVE 调用步进电机走步子程序 CLR C MOV A BX3 SUBB A 01H MOV BX3 A MOV A BX2 SUBB A 00H X 坐标终点判值减 1 MOV BX2 A MOV A BX1 SUBB A 00H MOV BX1 A ORL A BX2 ORL A BX3 JNZ QSDDWX 判 0 未完继续 QSDDWY MOV A 02H 走 Y 一步 MOV F ORIENT A LCALL MAN MOVE 调用步进电机走步子程序 CLR C MOV A BY3 SUBB A 01H MOV A BY2 SUBB A 00H Y 坐标终点判值减 1 MOV BY2 A MOV A BY1 SUBB A 00H MOV BY1 A ORL A BY2 ORL A BY3 JNZ QSDDWY 判 0 未完继续 RET 经济型数控系统研究与设计 第 4 章 软件系统设计 28 4 6 暂停 延迟 指令 G04 程序设计 暂停 延时 指令 G04 G04 指令可使刀具作短时间 几秒钟 的无进给光整加工 用于车槽 镗平面 锪孔等场合 例如 车削环槽时 若进给完立即退刀 其环槽径向为螺旋面 用暂停程序使工件空转几秒钟 即能光整成 圆 其程序格式为 G04 符号 为地址 常用 X P 等表示 为停留时间 0 001 16777 215s 本系统最低延时时间为 1ms 由于用 3 个字节来存放延时时间 故最长延时时间为 FFFFFFH ms 即 16777215ms G04 为非续效指令 只在本程序段有效 编程如下 暂停 延时 子程序 ZT ZT CLR C MOV BT3 T3 输入延时时间