逐點(diǎn)比較插補(bǔ)原理的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)報(bào)告.doc

目 錄摘要11 設(shè)計(jì)要求及意義21.1 設(shè)計(jì)要求21.2 設(shè)計(jì)意義22 設(shè)計(jì)原理32.1 硬件原理32.2 圓弧插補(bǔ)43 程序及流程圖73.1 程序73.2 流程圖104 心得體會11參考文獻(xiàn)12摘 要圓弧插補(bǔ)的定義是給出兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，借此信息控制刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)，使其按規(guī)定的圓弧加工出理想曲面的一種插補(bǔ)方式。它所屬的學(xué)科是機(jī)械工程（一級學(xué)科）；切削加工工藝與設(shè)備（二級學(xué)科）；自動(dòng)化制造系統(tǒng)（三級學(xué)科）。圓弧插補(bǔ)（circula : interpolation）這是一種插補(bǔ)方式，在此方式中，根據(jù)兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，計(jì)算出逼近實(shí)際圓弧的點(diǎn)群，控制刀具沿這些點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，加工出圓弧曲線。數(shù)控機(jī)床是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，數(shù)控技術(shù)是高新技術(shù)的重要組成部分。采用數(shù)控機(jī)床，是當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造、技術(shù)更新的必由之路，是fmc、fms、及cims中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)備。直線插補(bǔ)：就是用直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)軸x和y共同確定一個(gè)點(diǎn)， x直線運(yùn)動(dòng)，控制y的坐標(biāo)畫圓。數(shù)控機(jī)床中圓弧插補(bǔ)只能在某平面進(jìn)行，因此若要在某平面內(nèi)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)加工，必須用g17、g18、g19指令將該平面設(shè)置為當(dāng)前加工平面，否則將會產(chǎn)生錯(cuò)誤警告，空間圓弧曲面的加工，事實(shí)上都是轉(zhuǎn)化為一段段的空間直線后平面圓弧而進(jìn)行的。關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床 圓弧插補(bǔ) 逐步逼近131 設(shè)計(jì)要求及意義1.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用pc機(jī)的并口輸出控制信號，其信號驅(qū)動(dòng)后控制x、y兩個(gè)方向的三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)繪制出各種曲線。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）（1）設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，畫出電路原理框圖；（2）定義步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的控制字；（3）推導(dǎo)出用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)繪制出下面曲線的算法；（4）編寫算法控制程序線；（5）撰寫設(shè)計(jì)說明書。1.2 設(shè)計(jì)意義課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)，提出，分析和解決實(shí)際問題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。使學(xué)生從硬件軟件的結(jié)合上理論聯(lián)系實(shí)際，提高動(dòng)手能力，從而全面掌握微機(jī)的知識。2 設(shè)計(jì)原理2.1 硬件原理步進(jìn)電機(jī)通對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)工作臺進(jìn)行逐步比較插補(bǔ)，逐步逼近給定軌跡。開環(huán)數(shù)字程序控制流程圖如圖2-1所示。圖2-1 開環(huán)數(shù)字程序控制流程圖計(jì)算機(jī)d/a步進(jìn)電機(jī)工作臺步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，開環(huán)數(shù)字程序控制得到了廣泛的應(yīng)用，如各類數(shù)控機(jī)床、線切割機(jī)低速小型數(shù)字繪圖儀等，它們都是利用開環(huán)數(shù)字程序控制原理實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)亦如圖2-1所示。這種結(jié)構(gòu)沒有反饋檢測元件，工作臺由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩臺三相步進(jìn)電機(jī)控制接口示意圖如圖2-2所示。選定由pa0、pa1、pa2通過驅(qū)動(dòng)電路來控制x軸步進(jìn)電機(jī)，由pb0、pb1、pb2通過驅(qū)動(dòng)電路來控制y軸步進(jìn)電機(jī)，并假定數(shù)據(jù)輸出為“1”時(shí)，相應(yīng)的繞組通電；數(shù)據(jù)輸出為“0”時(shí)，相應(yīng)繞組斷電。微型計(jì)算機(jī)8255pa0pa1pa2pb0pb1pb2驅(qū) 動(dòng)電 路驅(qū) 動(dòng)電 路x軸步進(jìn)電機(jī)y軸步進(jìn)電機(jī)圖2-2 兩臺三相步進(jìn)電機(jī)控制接口示意圖步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，通俗地說：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。通過控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)三相六拍工作方式輸出字表如表2-1所示。表2-1 步進(jìn)電機(jī)三相六拍工作方式輸出字表 x軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲地址標(biāo)號pa口輸出字存儲地址標(biāo)號pb口輸出字adx10000000101hady10000000101hadx20000001103hady20000001103hadx30000001002hady30000001103hadx40000011006hady40000011006hadx50000010004hady50000010004hadx60000010105hady60000010105h2.2 圓弧插補(bǔ)本次課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用pc機(jī)的并口輸出控制信號，其信號驅(qū)動(dòng)后控制x、y兩個(gè)方向的三相步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)繪制出第一象限逆圓弧。m(xm,ym)a(xa,ya)b(xb,yb)n(xn,yn)圖2-3 第一象限圓弧逐點(diǎn)比較法是以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線，它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個(gè)脈沖當(dāng)量，因此只要把脈沖當(dāng)量（每走一步的距離即步長）取得足夠小，就可以達(dá)到精度的要求。第一象限圓弧如圖2-3所示。（1）偏差計(jì)算公式設(shè)要加工圓弧ab，圓心在n(xn,yn)，起點(diǎn)坐標(biāo)a(xa,ya),終點(diǎn)坐標(biāo)(xb,yb),半徑r。瞬時(shí)加工點(diǎn)m(xm,ym)，它距圓心rm，則可用r與rm來反映偏差。由圖2-2可知：rm=(xmxn)+(ym-yn) （2-1）r=(xaxn)+(ya-yn) （2-2）由此定義偏差公式為：fm=rm- r （2-3）若fm0，m點(diǎn)在圓弧上；若fm0，m點(diǎn)在圓弧外；若fm0，m點(diǎn)在圓弧內(nèi)。圓弧圓心不在原點(diǎn)，可以將圓弧圓心平移到原點(diǎn)，此時(shí)圓弧平移到第三象限，為第三象限逆圓弧。第三象限逆圓弧的插補(bǔ)原理是：從圓弧起點(diǎn)出發(fā)，若fm 0，沿x方向走一步，并計(jì)算新偏差；當(dāng)fm 0時(shí)，沿-y方向走一步,并計(jì)算新偏差。如此一步一步計(jì)算與進(jìn)給，并在到達(dá)終點(diǎn)時(shí)停止計(jì)算。但以上fm計(jì)算式比較復(fù)雜，可以考慮用遞推公式：當(dāng)fm0時(shí)，xm+1xm-1ym+1ymfm+1fm-2xm+1（2-4）當(dāng)fm0時(shí)，xm+1xmym+1ym+1fm+1fm +2 ym+1（2-5）（2）終點(diǎn)判斷方法設(shè)置nx,ny兩個(gè)計(jì)數(shù)器，初值設(shè)為|xe-xo|,|ye-yo|在不同的坐標(biāo)軸進(jìn)給時(shí)對應(yīng)的計(jì)數(shù)器減一，兩個(gè)計(jì)數(shù)器均減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)。用一個(gè)計(jì)數(shù)器nxy,初值設(shè)為nx+ny,無論在哪個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)給，nxy計(jì)數(shù)器減一，計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)。（3）插補(bǔ)計(jì)算過程圓弧插補(bǔ)計(jì)算比直線插補(bǔ)計(jì)算過程要多一個(gè)環(huán)節(jié)，即要計(jì)算加工瞬時(shí)坐標(biāo)。故圓弧插補(bǔ)計(jì)算為五個(gè)步驟即偏差判斷、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、坐標(biāo)計(jì)算、終點(diǎn)判斷。圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向如表2-2所示。表2-2 圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向偏 差圓弧種類進(jìn)給方向偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算fm0sr1、nr2-yfm+1fm-2ym+1xm +1xmym +1ym -1sr3、nr4+ynr1、sr4-xfm+1fm-2xm+1xm +1xm -1ym +1ymnr3、sr2+xfm 0sr1、nr4+xfm+1fm+2xm+1xm +1xm +1ym +1ymsr3、nr2-xnr1、sr2+yfm+1fm+2 ym +1xm +1xmym +1ym +1nr3、sr4-y以下為根據(jù)表2-2得出的相應(yīng)四個(gè)象限的插補(bǔ)對應(yīng)關(guān)系，從圖中可以推出其對應(yīng)的具體進(jìn)給方向，四個(gè)象限逆圓弧插補(bǔ)的對稱關(guān)系如圖2-4所示。fm0fm0fm0fm0fm0fm0fm0fm0yx圖2-4 四個(gè)象限逆圓弧插補(bǔ)的對稱關(guān)系3 程序及流程圖3.1 程序a_port equ 20h;定義8255a的4個(gè)端口b_port equ 22hc_port equ 24hctrl_p equ 26h data segment;定義數(shù)據(jù)段x0db?;起點(diǎn)橫坐標(biāo)y0db?;起點(diǎn)縱坐標(biāo)nxydb?;總步數(shù)fmdb?;加工點(diǎn)偏差xmdb?;加工點(diǎn)橫坐標(biāo)ymdb?;加工點(diǎn)縱坐標(biāo)dm1db?;x軸輸出字表偏移量dm2 db?;y軸輸出字表偏移量adxdb01h,03h,02h,06h,04h,05h;x軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表adydb05h,04h,06h,02h,03h,01h;y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表data endscode segment assume cs:code,ds:datastart:movax,data;初始化movds,axmoval,80h;定位步進(jìn)電機(jī)movdx,ctrl_poutdx,almoval,01hmovdx,a_portoutdx,almoval,05hmovdx,b_portmovdx,aldelay:movcx,0060hadd:loopaddmovfm,00h;偏差初值置為0step 1:moval,fmtest al,80h;偏差是否大于等于0jnzstep 2;若fm0，則跳轉(zhuǎn)到step 2moval,xm;計(jì)算偏差fm=fm-2xm+1addal,xmsubfm,alincfmdecxm;坐標(biāo)計(jì)算xm=xm-1callx_step;調(diào)用x軸走步控制程序jmpstep 3step 2:moval,ym;計(jì)算偏差fm=fm+2ym+1addal,ymaddfm,alincfmincym;坐標(biāo)計(jì)算ym=ym+1call y_step;調(diào)用y軸走步控制程序step 3:moval,nxy;終點(diǎn)判斷decalmovnxy,aljnzstep 1movax,4c00hint21hx_step proc nearmov al,01h; 第一拍：pa2=0，pa1=0，pa0=1out80h,alcalldelay0moval,03h; 第二拍：pa2=0，pa1=1，pa0=1out80h,alcalldelay0moval,02h; 第三拍：pa2=0，pa1=1，pa0=0out80h,alcalldelay0moval,06h; 第四拍：pa2=1，pa1=1，pa0=0out80h,alcalldelay0moval,04h; 第五拍：pa2=1，pa1=0，pa0=0out80h,alcalldelay0moval,05h; 第六拍：pa2=1，pa1=0，pa0=1out80h,alcalldelay0ret neary_step proc mov al,05h; 第一拍：pa2=1，pa1=0，pa0=1out80h,alcalldelay0moval,04h; 第二拍：pa2=1，pa1=0，pa0=0out80h,alcalldelay0moval,06h; 第三拍：pa2=1，pa1=1，pa0=0out80h,alcalldelay0moval,02h; 第四拍：pa2=0，pa1=1，pa0=0out80h,alcalldelay0moval,03h; 第五拍：pa2=0，pa1=1，pa0=1out80h,alcalldelay0moval,01h; 第六拍：pa2=0，pa1=0，pa0=1out80h,alcalldelay0retdelay0 procnear;延時(shí)子程序retcodeendsendstart 3.2 流程圖開始主程序流程圖如圖3-2所示。圖3-2 主程序流程圖輸入x0、y0、nxy置fm =0、xm =x0、ym =y0fm0？fm = fm +2 ym +1fm = fm -2 xm +1nyynxm = xm -1ym = ym +1調(diào)用走步控制程序nxy= nxy -1nxy =0？結(jié)束4 心得體會任何一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是一個(gè)復(fù)雜的整體，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)控制原理是要涉及到整體的每一部分。所以，在循序漸進(jìn)的課堂教學(xué)過程中，我總是處于“學(xué)會了一些新知識，弄清了一些原來保留的問題，又出現(xiàn)了一些新問題”的循環(huán)中，直到課程結(jié)束時(shí)，才把保留的問題基本搞清楚。學(xué)習(xí)該門課程知識時(shí)，其思維方法也和其它課程不同，該課程偏重于工程思維，具體地說，在了解了計(jì)算機(jī)控制原理的同時(shí)，必須學(xué)會各種控制技術(shù)的應(yīng)用。 在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計(jì)課程過程中遇到問題是很正常德，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，但是從中學(xué)到的知識會讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實(shí)踐能力的提高都會受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生活中。我覺得作為一名自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，課程設(shè)計(jì)是很有意義的。更重要的是如何把自己平時(shí)所學(xué)的東西應(yīng)用到實(shí)際中。雖然自己對于這門課懂的并不多，很多基礎(chǔ)的東西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有效的辦法通過自身去理解，但是靠著這一個(gè)多禮拜的學(xué)習(xí)，在小組同學(xué)的幫助和講解下，漸漸對這門課逐漸產(chǎn)生了些許的興趣，自己開始主動(dòng)學(xué)習(xí)并逐步從基礎(chǔ)慢慢開始弄懂它。我認(rèn)為這個(gè)收獲應(yīng)該說是相當(dāng)大的。覺得課程設(shè)計(jì)反映的是一個(gè)從理論到實(shí)際應(yīng)用的過程，但是更遠(yuǎn)一點(diǎn)可以聯(lián)系到以后畢業(yè)之后從學(xué)校轉(zhuǎn)到踏上社會的一個(gè)過程。小組人員的配合相處，以及自身的動(dòng)腦和努力，都是以后工作中需要的。參考文獻(xiàn)1 于海生.計(jì)算機(jī)控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，20102 鄭學(xué)堅(jiān)，周斌.微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社3 沈美明，溫冬嬋.ibm-pc匯編語言程序設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社 4 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