带你分析89C51的数控算法
1 引言精工是数字控制(Numerical Control 缩写为 NC)的简称 精工系统是用数字控制技术实现的自动控制系统 其被控对象可以是各种生产过程自 1952 年美国的麻省理工学院伺服机构实验室研制出世界上第一台三坐标精工铣床以来 精工系统在制造业中得以广泛地应用 半个世纪以来 精工技术无论在硬件还是软件方面发展都很迅速 目前 在市面上已经看不到普通的精工(NC)装置 取而代之的是计算机精工(CNC Computer Numerical Control)装置 它采用存储程序的专用计算机 由软件实现部分或全部精工功能 具有良好的 柔性 容易通过改变软件来更改功能 CNC 装置由硬件和软件组成 软件在硬件的支撑下运行 离开软件硬件无法工作 二者缺一不可本文从软件和硬件的设计对一些精工算法的实现进行研究 图 1 所示为基于单片机精工算法的总体框图2 基于 PC 的精工实现硬件结构硬件部分主要是键盘输入 显示 输出的接口电路 利用键盘向计算机发布命令 传送数据 控系统硬件总体 利用数码管显示计算结果 状态信息3依据PC的精工完结软件构造精工体系软件为实时多使命体系 体系中的各使命在精工实时操作体系控制下协调进行 体系中的各模块功用如图2所示1精工实时操作体系 它是精工完结软件中的中心体系 它对体系中的资本进行调度 协调各模块的高效运转 并辅佐完结各使命间的通讯和信息交流2信息预处理 该模块完结输入信息译码 完结轨道插补前的坐标变换和刀补运算3轨道插补 它是精工体系的中心模块 其使命是依据信息预处理给出的期望轨道和从检测设备取得的实践轨道信息 实时生成各坐标轴的移动指令使刀具依据程序轨道运动4加工仿真模块 该模块以动画方法对精工加工进程进行动态仿真 从而可在加工前查验参数输入正确性和机床运动合理性4 精工插补技术直线是构成被加工零件轮廓的基本线型 插补的任务就是根据进给速度的要求 计算出每一段零件轮廓起点与终点之间的插入中间点的坐标值4.1Ⅰ象限直线插补原理偏差计算公式在图 3 中 OE 为要加工的直线轮廓 而动点 N(Xi,Yi)对应切削刀具的位置当刀具处于直线下方区域时(F<0) 当刀具处于直线上方区域时(F>0) 为了更靠拢直线轮廓 则要求刀具向(+X)方向进给一步 当刀具正好处于直线上时(F=0)根据上述原则从 O(0 0)开始 走一步 算一算 判别 F 符号 再趋向直线进给 步步前进 直至终点 E 这样 通过逐点比较的方法 控制刀具走出一条尽量接近零件轮廓直线的轨迹 如图 3 中折线所示 当每次进给的台阶(即脉冲当量)很小时 就可将这条折线近似当作直线来看待 显然 逼近程度的大小与脉冲当量的大小直接相关为了简化运算 通常采用递推法 即每进给一步后新加工点的加工偏差值通过前一点的偏差递推算出现假设第 i 次插补后 动点坐标 N(Xi,Yi) 偏差函数为软件实现逐点比较法软件实现实际上就是利用软件来模拟硬件插补的整个过程 显然它具有极大的灵活性 但插补的精度和速度受到控制系统中所用计算机的字长和运算速度等方面的限制根据前面总结出的四个节拍 可设计出逐点比较法第一象限直线插补的软件流程图如图 4 所示不同象限的直线插补实际上 任何机床都必须具备处理不同象限 不同走向轮廓曲线的能力 而这时其插补计算公式和脉冲进给方向都是不同的 但为了处理和实现的方便起见 尽量寻找其间共同规律 以利于优化程序设计 提高插补质量现将第Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ象限内直线分别记为 L1 L2 L3 L4现不妨假设有Ⅱ象限直线如图 5 所示 起点在原点 O(0 0) 终点为 A(-Xe +Ye) 则仿照前面方法 很易推得对应的插补算法及进给方向如下当 Fi 0 时 进给(-X)方向 Fi+1=Fi-Ye当 Fi< 0 时 进给(+Y)方向 Fi+1=Fi+Xe与前面进行比较后发现 当被插补直线处于不同象限时 其计算公式及处理过程完全一样 仅仅是进给方向不同而已 进一步可总结出 L1 L2 L3 L4 的进给方向如图 6 和表 1 所示由此设计出四个象限内直线插补的通用软件流程图如图 7 所示如果直接利用图 7 来插补四个坐标轴直线时 将会造成较大的插补误差 显然不太理想 为此 可对这四种特殊情况进行专门处理 即当判出是插补四个坐标轴直线时 可将(+X)轴直线插补归入(+△X)进给方向类 将(-X)轴直线插补归入(-△X)进给方向类 将(+Y)轴直线插补归入(+△ Y)进给方向类 将(-Y)轴直线插补归入(-△Y)进给方向类 这样可将其插补误差减小到零5.结语实现高速高精度加工一直是精工技术研究的重点 但目前多数 CNC 系统在轨迹控制上依然只有直线等功能 并不具备曲线尤其是任意曲线的加工功能 即具备这项功能 其精工系统的成本也相当大本文由海天精工文章整理发表，文章来自网络仅参考学习，本站不承担任何法律责任。//hjlmptdlw.com加工中心专业制造