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(jiǎn)稱 精工系統(tǒng)是用數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 其被控對(duì)象可以是各種生產(chǎn)過(guò)程自 1952 年美國(guó)的麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)精工銑床以來(lái) 精工系統(tǒng)在制造業(yè)中得以廣泛地應(yīng)用 半個(gè)世紀(jì)以來(lái) 精工技術(shù)無(wú)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(jì)算機(jī)精工(CNC Computer Numerical Control)裝置 它采用存儲(chǔ)程序的專用計(jì)算機(jī) 由軟件實(shí)現(xiàn)部分或全部精工功能 具有良好的 柔性 容易通過(guò)改變軟件來(lái)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(yùn)行 離開(kāi)軟件硬件無(wú)法工作 二者缺一不可本文從軟件和硬件的設(shè)計(jì)對(duì)一些精工算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究 圖 1 所示為基于單片機(jī)精工算法的總體框圖2 基于 PC 的精工實(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)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(shí)時(shí)多使命體系 體系中的各使命在精工實(shí)時(shí)操作體系控制下協(xié)調(diào)進(jìn)行 體系中的各模塊功用如圖2所示1精工實(shí)時(shí)操作體系 它是精工完結(jié)軟件中的中心體系 它對(duì)體系中的資本進(jìn)行調(diào)度 協(xié)調(diào)各模塊的高效運(yùn)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(bǔ)前的坐標(biāo)變換和刀補(bǔ)運(yùn)算3軌道插補(bǔ) 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(cè)設(shè)備取得的實(shí)踐軌道信息 實(shí)時(shí)生成各坐標(biāo)軸的移動(dòng)指令使刀具依據(jù)程序軌道運(yùn)動(dòng)4加工仿真模塊 該模塊以動(dòng)畫方法對(duì)精工加工進(jìn)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真 從而可在加工前查驗(yàn)參數(shù)輸入正確性和機(jī)床運(yùn)動(dòng)合理性4 精工插補(bǔ)技術(shù)直線是構(gòu)成被加工零件輪廓的基本線型 插補(bǔ)的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求 計(jì)算出每一段零件輪廓起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的插入中間點(diǎn)的坐標(biāo)值4.1Ⅰ象限直線插補(bǔ)原理偏差計(jì)算公式在圖 3 中 OE 為要加工的直線輪廓 而動(dòng)點(diǎn) N(Xi,Yi)對(duì)應(yīng)切削刀具的位置當(dāng)?shù)毒咛幱谥本€下方區(qū)域時(shí)(F<0) 當(dāng)?shù)毒咛幱谥本€上方區(qū)域時(shí)(F>0) 為了更靠攏直線輪廓 則要求刀具向(+X)方向進(jìn)給一步 當(dāng)?shù)毒哒锰幱谥本€上時(shí)(F=0)根據(jù)上述原則從 O(0 0)開(kāi)始 走一步 算一算 判別 F 符號(hào) 再趨向直線進(jìn)給 步步前進(jìn) 直至終點(diǎn) E 這樣 通過(guò)逐點(diǎn)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(jìn)給的臺(tái)階(即脈沖當(dāng)量)很小時(shí) 就可將這條折線近似當(dāng)作直線來(lái)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(jiǎn)化運(yùn)算 通常采用遞推法 即每進(jìn)給一步后新加工點(diǎn)的加工偏差值通過(guò)前一點(diǎn)的偏差遞推算出現(xiàn)假設(shè)第 i 次插補(bǔ)后 動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo) N(Xi,Yi) 偏差函數(shù)為軟件實(shí)現(xiàn)逐點(diǎn)比較法軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)際上就是利用軟件來(lái)模擬硬件插補(bǔ)的整個(gè)過(guò)程 顯然它具有極大的靈活性 但插補(bǔ)的精度和速度受到控制系統(tǒng)中所用計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)和運(yùn)算速度等方面的限制根據(jù)前面總結(jié)出的四個(gè)節(jié)拍 可設(shè)計(jì)出逐點(diǎn)比較法第一象限直線插補(bǔ)的軟件流程圖如圖 4 所示不同象限的直線插補(bǔ)實(shí)際上 任何機(jī)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(shí)其插補(bǔ)計(jì)算公式和脈沖進(jìn)給方向都是不同的 但為了處理和實(shí)現(xiàn)的方便起見(jiàn) 盡量尋找其間共同規(guī)律 以利于優(yōu)化程序設(shè)計(jì) 提高插補(bǔ)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(diǎn)在原點(diǎn) O(0 0) 終點(diǎn)為 A(-Xe +Ye) 則仿照前面方法 很易推得對(duì)應(yīng)的插補(bǔ)算法及進(jìn)給方向如下當(dāng) Fi 0 時(shí) 進(jìn)給(-X)方向 Fi+1=Fi-Ye當(dāng) Fi< 0 時(shí) 進(jìn)給(+Y)方向 Fi+1=Fi+Xe與前面進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn) 當(dāng)被插補(bǔ)直線處于不同象限時(shí) 其計(jì)算公式及處理過(guò)程完全一樣 僅僅是進(jìn)給方向不同而已 進(jìn)一步可總結(jié)出 L1 L2 L3 L4 的進(jìn)給方向如圖 6 和表 1 所示由此設(shè)計(jì)出四個(gè)象限內(nèi)直線插補(bǔ)的通用軟件流程圖如圖 7 所示如果直接利用圖 7 來(lái)插補(bǔ)四個(gè)坐標(biāo)軸直線時(shí) 將會(huì)造成較大的插補(bǔ)誤差 顯然不太理想 為此 可對(duì)這四種特殊情況進(jìn)行專門處理 即當(dāng)判出是插補(bǔ)四個(gè)坐標(biāo)軸直線時(shí) 可將(+X)軸直線插補(bǔ)歸入(+△X)進(jìn)給方向類 將(-X)軸直線插補(bǔ)歸入(-△X)進(jìn)給方向類 將(+Y)軸直線插補(bǔ)歸入(+△ Y)進(jìn)給方向類 將(-Y)軸直線插補(bǔ)歸入(-△Y)進(jìn)給方向類 這樣可將其插補(bǔ)誤差減小到零5.結(jié)語(yǔ)實(shí)現(xiàn)高速高精度加工一直是精工技術(shù)研究的重點(diǎn) 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(xiàng)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(lái)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://www.hblengqueta.cn加工中心專業(yè)制造