帶你分析89C51的數控算法
1 引言精工是數字控制(Numerical Control 縮寫為 NC)的簡稱 精工系統是用數字控制技術實現的自動控制系統 其被控對象可以是各種生產過程自 1952 年美國的麻省理工學院伺服機構實驗室研制出世界上第一臺三坐標精工銑床以來 精工系統在制造業中得以廣泛地應用 半個世紀以來 精工技術無論在硬件還是軟件方面發展都很迅速 目前 在市面上已經看不到普通的精工(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計對一些精工算法的實現進行研究 圖 1 所示為基于單片機精工算法的總體框圖2 基于 PC 的精工實現硬件結構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布命令 傳送數據 控系統硬件總體 利用數碼管顯示計算結果 狀態信息3依據PC的精工完結軟件構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調進行 體系中的各模塊功用如圖2所示1精工實時操作體系 它是精工完結軟件中的中心體系 它對體系中的資本進行調度 協調各模塊的高效運轉 并輔佐完結各使命間的通訊和信息交流2信息預處理 該模塊完結輸入信息譯碼 完結軌道插補前的坐標變換和刀補運算3軌道插補 它是精工體系的中心模塊 其使命是依據信息預處理給出的期望軌道和從檢測設備取得的實踐軌道信息 實時生成各坐標軸的移動指令使刀具依據程序軌道運動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仿真 從而可在加工前查驗參數輸入正確性和機床運動合理性4 精工插補技術直線是構成被加工零件輪廓的基本線型 插補的任務就是根據進給速度的要求 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)對應切削刀具的位置當刀具處于直線下方區域時(F<0) 當刀具處于直線上方區域時(F>0) 為了更靠攏直線輪廓 則要求刀具向(+X)方向進給一步 當刀具正好處于直線上時(F=0)根據上述原則從 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 當每次進給的臺階(即脈沖當量)很小時 就可將這條折線近似當作直線來看待 顯然 逼近程度的大小與脈沖當量的大小直接相關為了簡化運算 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假設第 i 次插補后 動點坐標 N(Xi,Yi) 偏差函數為軟件實現逐點比較法軟件實現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中所用計算機的字長和運算速度等方面的限制根據前面總結出的四個節拍 可設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 但為了處理和實現的方便起見 盡量尋找其間共同規律 以利于優化程序設計 提高插補質量現將第Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ象限內直線分別記為 L1 L2 L3 L4現不妨假設有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 很易推得對應的插補算法及進給方向如下當 Fi 0 時 進給(-X)方向 Fi+1=Fi-Ye當 Fi< 0 時 進給(+Y)方向 Fi+1=Fi+Xe與前面進行比較后發現 當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 進一步可總結出 L1 L2 L3 L4 的進給方向如圖 6 和表 1 所示由此設計出四個象限內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 即當判出是插補四個坐標軸直線時 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.結語實現高速高精度加工一直是精工技術研究的重點 但目前多數 CNC 系統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 其精工系統的成本也相當大本文由海天精工文章整理發表，文章來自網絡僅參考學習，本站不承擔任何法律責任。http://www.dyliao.com加工中心專業制造