帶你分析89C51的數(shù)控算法
1 引言精工是數(shù)字控制(Numerical Control 縮寫為 NC)的簡稱 精工系統(tǒng)是用數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng) 其被控對象可以是各種生產(chǎn)過程自 1952 年美國的麻省理工學(xué)院伺服機構(gòu)實驗室研制出世界上第一臺三坐標(biāo)精工銑床以來 精工系統(tǒng)在制造業(yè)中得以廣泛地應(yīng)用 半個世紀(jì)以來 精工技術(shù)無論在硬件還是軟件方面發(fā)展都很迅速 目前 在市面上已經(jīng)看不到普通的精工(NC)裝置 取而代之的是計算機精工(CNC Computer Numerical Control)裝置 它采用存儲程序的專用計算機 由軟件實現(xiàn)部分或全部精工功能 具有良好的 柔性 容易通過改變軟件來更改功能 CNC 裝置由硬件和軟件組成 軟件在硬件的支撐下運行 離開軟件硬件無法工作 二者缺一不可本文從軟件和硬件的設(shè)計對一些精工算法的實現(xiàn)進行研究 圖 1 所示為基于單片機精工算法的總體框圖2 基于 PC 的精工實現(xiàn)硬件結(jié)構(gòu)硬件部分主要是鍵盤輸入 顯示 輸出的接口電路 利用鍵盤向計算機發(fā)布命令 傳送數(shù)據(jù) 控系統(tǒng)硬件總體 利用數(shù)碼管顯示計算結(jié)果 狀態(tài)信息3依據(jù)PC的精工完結(jié)軟件構(gòu)造精工體系軟件為實時多使命體系 體系中的各使命在精工實時操作體系控制下協(xié)調(diào)進行 體系中的各模塊功用如圖2所示1精工實時操作體系 它是精工完結(jié)軟件中的中心體系 它對體系中的資本進行調(diào)度 協(xié)調(diào)各模塊的高效運轉(zhuǎn) 并輔佐完結(jié)各使命間的通訊和信息交流2信息預(yù)處理 該模塊完結(jié)輸入信息譯碼 完結(jié)軌道插補前的坐標(biāo)變換和刀補運算3軌道插補 它是精工體系的中心模塊 其使命是依據(jù)信息預(yù)處理給出的期望軌道和從檢測設(shè)備取得的實踐軌道信息 實時生成各坐標(biāo)軸的移動指令使刀具依據(jù)程序軌道運動4加工仿真模塊 該模塊以動畫方法對精工加工進程進行動態(tài)仿真 從而可在加工前查驗參數(shù)輸入正確性和機床運動合理性4 精工插補技術(shù)直線是構(gòu)成被加工零件輪廓的基本線型 插補的任務(wù)就是根據(jù)進給速度的要求 計算出每一段零件輪廓起點與終點之間的插入中間點的坐標(biāo)值4.1Ⅰ象限直線插補原理偏差計算公式在圖 3 中 OE 為要加工的直線輪廓 而動點 N(Xi,Yi)對應(yīng)切削刀具的位置當(dāng)?shù)毒咛幱谥本€下方區(qū)域時(F<0) 當(dāng)?shù)毒咛幱谥本€上方區(qū)域時(F>0) 為了更靠攏直線輪廓 則要求刀具向(+X)方向進給一步 當(dāng)?shù)毒哒锰幱谥本€上時(F=0)根據(jù)上述原則從 O(0 0)開始 走一步 算一算 判別 F 符號 再趨向直線進給 步步前進 直至終點 E 這樣 通過逐點比較的方法 控制刀具走出一條盡量接近零件輪廓直線的軌跡 如圖 3 中折線所示 當(dāng)每次進給的臺階(即脈沖當(dāng)量)很小時 就可將這條折線近似當(dāng)作直線來看待 顯然 逼近程度的大小與脈沖當(dāng)量的大小直接相關(guān)為了簡化運算 通常采用遞推法 即每進給一步后新加工點的加工偏差值通過前一點的偏差遞推算出現(xiàn)假設(shè)第 i 次插補后 動點坐標(biāo) N(Xi,Yi) 偏差函數(shù)為軟件實現(xiàn)逐點比較法軟件實現(xiàn)實際上就是利用軟件來模擬硬件插補的整個過程 顯然它具有極大的靈活性 但插補的精度和速度受到控制系統(tǒng)中所用計算機的字長和運算速度等方面的限制根據(jù)前面總結(jié)出的四個節(jié)拍 可設(shè)計出逐點比較法第一象限直線插補的軟件流程圖如圖 4 所示不同象限的直線插補實際上 任何機床都必須具備處理不同象限 不同走向輪廓曲線的能力 而這時其插補計算公式和脈沖進給方向都是不同的 但為了處理和實現(xiàn)的方便起見 盡量尋找其間共同規(guī)律 以利于優(yōu)化程序設(shè)計 提高插補質(zhì)量現(xiàn)將第Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ象限內(nèi)直線分別記為 L1 L2 L3 L4現(xiàn)不妨假設(shè)有Ⅱ象限直線如圖 5 所示 起點在原點 O(0 0) 終點為 A(-Xe +Ye) 則仿照前面方法 很易推得對應(yīng)的插補算法及進給方向如下當(dāng) Fi 0 時 進給(-X)方向 Fi+1=Fi-Ye當(dāng) Fi< 0 時 進給(+Y)方向 Fi+1=Fi+Xe與前面進行比較后發(fā)現(xiàn) 當(dāng)被插補直線處于不同象限時 其計算公式及處理過程完全一樣 僅僅是進給方向不同而已 進一步可總結(jié)出 L1 L2 L3 L4 的進給方向如圖 6 和表 1 所示由此設(shè)計出四個象限內(nèi)直線插補的通用軟件流程圖如圖 7 所示如果直接利用圖 7 來插補四個坐標(biāo)軸直線時 將會造成較大的插補誤差 顯然不太理想 為此 可對這四種特殊情況進行專門處理 即當(dāng)判出是插補四個坐標(biāo)軸直線時 可將(+X)軸直線插補歸入(+△X)進給方向類 將(-X)軸直線插補歸入(-△X)進給方向類 將(+Y)軸直線插補歸入(+△ Y)進給方向類 將(-Y)軸直線插補歸入(-△Y)進給方向類 這樣可將其插補誤差減小到零5.結(jié)語實現(xiàn)高速高精度加工一直是精工技術(shù)研究的重點 但目前多數(shù) CNC 系統(tǒng)在軌跡控制上依然只有直線等功能 并不具備曲線尤其是任意曲線的加工功能 即具備這項功能 其精工系統(tǒng)的成本也相當(dāng)大本文由海天精工文章整理發(fā)表，文章來自網(wǎng)絡(luò)僅參考學(xué)習(xí)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。http://m.himslangfull.com加工中心專業(yè)制造