C的數(shù)控算法的分析研究

1、基于 89C51 的數(shù)控算法的研究 摘要 ：本文以 89C51 為軟件開(kāi)發(fā)工具來(lái)完成數(shù)控機(jī)床的模擬功能， 提出了插補(bǔ)概念，重點(diǎn)提出了實(shí)現(xiàn)零件加工的逐點(diǎn)比較法算法。 關(guān)鍵字 ：數(shù)控 插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法 The research of Numerical Controlanalog based on 89C51 SHAO Wen Abstract: Realize Numerical Control Engine Bed s analogfunction with the software of 89C51 。 Introduced the concept of interpolation, the

2、most important, introduce thealgorithm for the generation of straight lines. Key words: Numerical Control 。 interpolation 。 the generation of straight lines 數(shù)控是數(shù)字控制（ Numerical Control 縮寫(xiě)為 NC ）的簡(jiǎn)稱(chēng)。數(shù)控系統(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)數(shù)控銑床以來(lái)，數(shù)控系統(tǒng)在制造業(yè)中得以廣泛地應(yīng)用。半個(gè)世紀(jì)

3、以 來(lái)，數(shù)控技術(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)看不到普通的數(shù)控（ NC）裝置，取而代之的是計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC Computer Numerical Control ）裝置。它采用存儲(chǔ)程序的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，由軟 件實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，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)一些數(shù)控算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行研究。圖1所示為基于單片機(jī)數(shù)控算法的總體框圖 幵始 iwLi 圖i總體框圖 一、基于 PC 的數(shù)控實(shí)現(xiàn)硬件結(jié)構(gòu) 硬件部分主要是鍵盤(pán)輸入、顯示、輸出的

4、接口電路。利用鍵盤(pán)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。 基于 PC 的數(shù)控實(shí)現(xiàn)軟件結(jié)構(gòu) 収加工程序瘙沖器首址 取狛令 數(shù)控系統(tǒng)軟件為實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各任務(wù)在數(shù)控實(shí)時(shí)操作系 統(tǒng)控制下協(xié)調(diào)進(jìn)行。系統(tǒng)中的各模塊功能如圖 2所示： 2、信息預(yù)處理：該模塊完成輸入信息譯碼，完成軌跡插補(bǔ)前的坐標(biāo)轉(zhuǎn) Fi 廠 XeYi 1 Xi lYe =XeYi Xi Ye Ye 換和刀補(bǔ)運(yùn)算。 3、 軌跡插補(bǔ)：它是數(shù)控系統(tǒng)的核心模塊，其任務(wù)是根據(jù)信息預(yù)處理 給出的希望軌跡和從檢測(cè)裝置獲得的實(shí)際軌跡信息，實(shí)時(shí)生成各坐標(biāo)軸的 移動(dòng)指令，使刀具根據(jù)程序軌跡運(yùn)動(dòng)。 4、 加

5、工仿真模塊：該模塊以動(dòng)畫(huà)方式對(duì)數(shù)控加工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿 真，從而可在加工前檢驗(yàn)參數(shù)輸入正確性和機(jī)床運(yùn)動(dòng)合理性。 三、數(shù)控插補(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。 (一) 1象限直線插補(bǔ)原理偏差計(jì)算公式 在圖3中，0E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) (F0),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?好處于直線上時(shí)(F=0)，根據(jù)上述原則從 0(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

6、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)。 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 Fi 二 XeYi - Xi Ye 若Fi 0,則向(+X)方向進(jìn)給一步，新的動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值為 + A Xi Xi 1，Yi 1 一 Yi 因此新的偏差函數(shù)為 同樣，若Fi0，則向（+Y）方向進(jìn)給一步，新的動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值為 Xi 1 = Xi， Yi Yi 1 因此新的偏

7、差函數(shù)為 Fi 1 =XeYi 1 - Xi lYe =XeYi - Xi Ye Xe 所以 F i F i X e （3-2） 根據(jù)式3-1和3-2可以看出，采用遞推算法，偏差函數(shù) F的計(jì)算只與終 點(diǎn)坐標(biāo)值 Xe、Ye有關(guān)，新動(dòng)點(diǎn)的偏差函數(shù)可以由上一個(gè)動(dòng)點(diǎn)的偏差函數(shù) 值遞推出來(lái)。因此，算法相當(dāng)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。 綜上所述，第一象限內(nèi)偏差函數(shù)與進(jìn)給方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 當(dāng)F0時(shí)，進(jìn)給（+X）方向，新的偏差函數(shù) Fi a Fi Ye 當(dāng)F 0 F 0 時(shí)，進(jìn)給(-X)方向，F(xiàn)i .1 二 Fi Ye ； 當(dāng) Fi 0 時(shí)，進(jìn)給(+Y)方向，F(xiàn)i41 = Fi + Xe。 L1、L2、L3、 4 -

8、Y 圖 計(jì)算 +X L4 表3-1四個(gè)象限直線插補(bǔ)進(jìn)給方向和 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(zhuān)門(mén)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(lèi)，將（-X）軸直線插補(bǔ)歸入（- X）進(jìn)給方向類(lèi)，將（+Y）軸直線插補(bǔ) 歸入（+ Y）進(jìn)給方向類(lèi)，將（-Y）軸直線插補(bǔ)歸入（- Y）進(jìn)給方向 類(lèi)，這樣可將其插補(bǔ)誤差減小到零。 四、結(jié)語(yǔ) 實(shí)現(xiàn)高速高精度加工一直是數(shù)控技術(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，其數(shù)控系統(tǒng)的成本也相當(dāng)大。 參考文獻(xiàn) 1 關(guān)美華數(shù)控技術(shù)TG.重慶：重慶大學(xué)出版社.1998. 2 嚴(yán)愛(ài)珍、李宏勝.機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng) TG.北京：機(jī)械工業(yè)出版 社.1998. 3 盧小平.數(shù)控機(jī)床加工與編