第一、二章數(shù)字程序控制原理

1、第一部分 數(shù)控基礎(chǔ)第一章 數(shù)字程序控制1一、什么叫數(shù)字程序控制？1二、逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法2(一)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)2(二)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)5三、步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)9(一)輸出字10(二)轉(zhuǎn)速控制11第二章 數(shù)字程序控制系統(tǒng)舉例12一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖12二、輸入/輸出接口設(shè)置和中斷控制邏輯電路12三、加工指令和加工程序14(一)加工指令14(二)編程示例15第一章 數(shù)字程序控制一、 什么叫數(shù)字程序控制？能根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)和指令，控制生產(chǎn)機(jī)械按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律而自動(dòng)完成工作的自動(dòng)控制稱為數(shù)字程序控制。采用數(shù)字程序控制系統(tǒng)的機(jī)床叫做數(shù)字程序控制機(jī)床。簡(jiǎn)稱數(shù)控機(jī)床。數(shù)字程

2、序控制系統(tǒng)一般由輸入裝置、輸出裝置、控制器、插補(bǔ)器等四大部分組成。目前，硬件數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)很少采用。多數(shù)采用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，控制器和插補(bǔ)器功能以及部分輸入輸出功能都由計(jì)算機(jī)承擔(dān)。數(shù)字程序控制系統(tǒng)的插補(bǔ)器用于完成插補(bǔ)計(jì)算。插補(bǔ)計(jì)算就是按給定的基本數(shù)據(jù)（如直線的終點(diǎn)坐標(biāo)，圓弧的起、終點(diǎn)坐標(biāo)等），插補(bǔ)(插值)中間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而把曲線形狀描述出來(lái)的一種計(jì)算。插補(bǔ)器實(shí)際上是一個(gè)函數(shù)發(fā)生器，能按給定的基本數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一定的函數(shù)曲線，并以增量形式(例如為脈沖)向各坐標(biāo)連續(xù)輸出，以控制機(jī)床刀具按給定的圖形運(yùn)動(dòng)。多年來(lái)，在數(shù)字程序控制機(jī)床中最常采用的插補(bǔ)計(jì)算方法是逐點(diǎn)比較插補(bǔ)計(jì)算法(簡(jiǎn)稱逐點(diǎn)比較法)和數(shù)字積分器插補(bǔ)

3、計(jì)算方法(簡(jiǎn)稱數(shù)字積分法)。近幾年又采用了一些新的插補(bǔ)計(jì)算方法，如時(shí)間分割插補(bǔ)計(jì)算方法(簡(jiǎn)稱時(shí)間分割法)和樣條法插補(bǔ)計(jì)算方法等。按插補(bǔ)器的功能可以分為平面的直線插補(bǔ)器、圓弧插補(bǔ)器和非圓二次曲線插補(bǔ)器及空間直線和圓弧插補(bǔ)器。因?yàn)榇蟛糠旨庸ち慵D形都可由直線和圓弧兩種插補(bǔ)器得到，因此，在數(shù)字程序控制系統(tǒng)中直線插補(bǔ)器和圓弧插補(bǔ)器應(yīng)用最多。二、 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法所謂逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法，就是它每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行一次比較，看這點(diǎn)在給定軌跡的上方或下方，或是在給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進(jìn)給方向。如果原來(lái)在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來(lái)在給定軌跡的里面，下一步就向

4、給定軌跡的外面走，。如此，走一步、看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成“逐點(diǎn)比較法”插補(bǔ)。逐點(diǎn)比較法是以階梯折線來(lái)逼近直線或圓弧等曲線的，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)取得足夠小，就可達(dá)到加工精度的要求。下面分別介紹逐點(diǎn)比較法直線和圓弧插補(bǔ)原理及其插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)方法。(一) 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)1、 直線插補(bǔ)計(jì)算原理(1) 偏差計(jì)算公式 按逐點(diǎn)比較法的原理，必須把每一插值點(diǎn)(動(dòng)點(diǎn))的實(shí)際位置與給定軌跡的理想位置間的誤差，即“偏差”計(jì)算出來(lái)，根據(jù)偏差的正、負(fù)決定下一步的走向，來(lái)逼近給定軌跡。因此，偏差計(jì)算是逐點(diǎn)比

5、較法關(guān)鍵的一步。下面以第一象限平面直線為例來(lái)推導(dǎo)其偏差計(jì)算公式。假定加工如圖所示的直線OA。取直線起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，直線終點(diǎn)坐標(biāo)()是已知的。M(xm,ym)為加工點(diǎn)(動(dòng)點(diǎn))，若m在OA直線上，則根據(jù)相似三角形的關(guān)系可得：即 由此可得直線插補(bǔ)的偏差判別式如下： (1-1)若 Fm=0，表明m點(diǎn)在OA直線上；若Fm0，表明m點(diǎn)在OA直線上方；若Fm0，表明m點(diǎn)在OA直線下方。逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)的原理是：從第一象限直線的起點(diǎn)(即坐標(biāo)原點(diǎn))出發(fā)，當(dāng)Fm0時(shí)，沿+y方向走一步，當(dāng)兩方向所走的步數(shù)與終點(diǎn)坐標(biāo)()相等時(shí)，發(fā)出終點(diǎn)到信號(hào)，停止插補(bǔ)。如果直線按(1-1)計(jì)算偏差，要做兩次乘法，一次減法，比較麻煩

6、，因此需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化。對(duì)于第一象限而言，設(shè)加工點(diǎn)正處于m點(diǎn)，當(dāng)Fm0時(shí)，表明m點(diǎn)在OA上或在OA的上方，應(yīng)沿+x方向進(jìn)給一步，走一步后新的坐標(biāo)值為該點(diǎn)的偏差為 (1-2)若Fm0時(shí)，表明m點(diǎn)在OA的下方，應(yīng)向+y方向進(jìn)給一步，走一步后新的坐標(biāo)值為 該點(diǎn)的偏差為 (1-3)式(1-2)和式(1-3)是簡(jiǎn)化后的偏差計(jì)算公式，在公式中只有加、減運(yùn)算，只要將前一點(diǎn)的偏差值與等于常數(shù)的終點(diǎn)坐標(biāo)值相加或相減，即可得到新的坐標(biāo)點(diǎn)的偏差值。加工的起點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)，起點(diǎn)的偏差是已知的，即F0=0，這樣，隨著加工點(diǎn)前進(jìn)，新加工點(diǎn)的偏差Fm+1都可以由前一點(diǎn)偏差Fm和終點(diǎn)坐標(biāo)相加或相減得到。這樣就省去了乘法運(yùn)算。(2

7、) 終點(diǎn)判斷方法 逐點(diǎn)比較法的終點(diǎn)判斷有多種方法，下面介紹兩種：第一種方法是，設(shè)置x、y兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，在加工開(kāi)始前，在x、y計(jì)數(shù)器中分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)值，在x坐標(biāo)(或y坐標(biāo))進(jìn)給一步時(shí)，就在x計(jì)數(shù)器(或y計(jì)數(shù)器)中減去1，直到這兩個(gè)計(jì)數(shù)器中的數(shù)都減到零時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)。第二種方法，用一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，寄存x和y兩個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)，x或y坐標(biāo)進(jìn)給一步，-1，若-1=0就到達(dá)終點(diǎn)。(3) 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程 插補(bǔ)計(jì)算時(shí)，每走一步，都要進(jìn)行以下四個(gè)步驟(又稱四個(gè)節(jié)拍)的邏輯運(yùn)算和/或算術(shù)運(yùn)算：偏差判別 即判別偏差F0或F0，這是邏輯運(yùn)算，根據(jù)邏輯運(yùn)算結(jié)果決定何種運(yùn)算及何種進(jìn)給。坐標(biāo)進(jìn)給 根據(jù)所在象限及偏差符號(hào)

8、，決定沿那個(gè)坐標(biāo)軸以及是沿正向還是負(fù)向進(jìn)給，這也是邏輯運(yùn)算。偏差計(jì)算 進(jìn)給一步后，計(jì)算新的加工點(diǎn)對(duì)規(guī)定圖形的偏差，作為下一次偏差判別的依據(jù)。這是算術(shù)運(yùn)算。終點(diǎn)判斷 進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減1。判斷是否到達(dá)終點(diǎn)，到達(dá)終點(diǎn)則停止運(yùn)算，未到終點(diǎn)則返回到第一步。如此不斷循環(huán)直到到達(dá)終點(diǎn)為止。2、 直線插補(bǔ)計(jì)算舉例 設(shè)加工第一象限直線OA，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)xe=6，ye=4，試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。計(jì)算過(guò)程如表1-1所示。表中的終點(diǎn)判斷是采用前述的第二種方法，即設(shè)置一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，寄存x和y兩個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)，每進(jìn)給一步，-1，若=0，則到達(dá)終點(diǎn)。表1-1 直線插補(bǔ)過(guò)程步 數(shù)偏 差 判

9、 別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判斷起 點(diǎn)F0=0=101F=0+xF1=F0-ye=0-4=-4=10-1=92F0+xF3=F2-ye=-2=74F0+xF5=F4-ye=0=56F=0+xF6=F5-ye=-4=47F0+xF8=F7-ye=-2=29F0+xF10=F9-ye=0=0走步軌跡如圖1-1所示。圖1-1 圖1-23、 四個(gè)象限直線插補(bǔ)計(jì)算公式 不同象限直線插補(bǔ)的偏差符號(hào)及進(jìn)給方向如圖1-2所示。由圖可知，第二象限的直線OA2，其終點(diǎn)坐標(biāo)為(-)，在第一象限有一條和它對(duì)稱于Y軸的直線OA1，其終點(diǎn)坐標(biāo)為()。當(dāng)我們從O點(diǎn)出發(fā)，按第一象限直線OA1進(jìn)行插補(bǔ)時(shí)，若把沿X軸正向進(jìn)給改為X軸

10、負(fù)向進(jìn)給，這時(shí)實(shí)際插補(bǔ)所得的就是第二象限直線OA2，亦即第二象限直線OA2插補(bǔ)時(shí)的偏差計(jì)算公式與第一象限的真線OA1的偏差計(jì)算公式相同，差別在X軸的進(jìn)給方向。同理，如果插補(bǔ)第三象限終點(diǎn)為(-)的直線，只要插補(bǔ)終點(diǎn)值為()的第一象限的直線，而將輸出的進(jìn)給脈沖由+x變?yōu)?x、+y變?yōu)?y方向即可，余類推。所有四個(gè)象限的偏差計(jì)算公式和進(jìn)給方向列于表1-2中。表1-2 直線插補(bǔ)計(jì)算公式及進(jìn)給方向表F0F0，表明加工點(diǎn)m在圓弧外；Fm0，表明加工點(diǎn)m在圓弧內(nèi)。如果規(guī)定：若Fm0，為了逼近圓弧，下一步向-x軸向進(jìn)給一步并算出新的偏差。若Fm0，為了逼近圓弧，下一步向+y軸向進(jìn)給一步并算出新的偏差。那么，如

11、此一步步計(jì)算和一步步進(jìn)給，并在到達(dá)終點(diǎn)后停止運(yùn)算，就可插補(bǔ)出如圖1-3所示的第一象限逆圓弧AB。為避免計(jì)算平方值而簡(jiǎn)化計(jì)算，下面推導(dǎo)偏差計(jì)算的遞推公式。設(shè)加工點(diǎn)正處于m()點(diǎn)，其判別式為若Fm0，應(yīng)沿-x軸向進(jìn)給一步，到m+1點(diǎn)，其坐標(biāo)值為新加工點(diǎn)的偏差為 (1-4)若Fm0，應(yīng)沿+y軸向進(jìn)給一步，到m+1點(diǎn)，其坐標(biāo)值為 新加工點(diǎn)的偏差為 (1-5)由式(1-4)和式（1-5)可知，只要知道前一點(diǎn)的偏差，就可求出新的一點(diǎn)的偏差。公式中只有乘2運(yùn)算，避免了平方計(jì)算，計(jì)算大大簡(jiǎn)化了。因?yàn)榧庸な菑膱A弧的起點(diǎn)開(kāi)始，起點(diǎn)的偏差F0=0，所以新加工點(diǎn)的偏差總可以根據(jù)前一點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)。(2) 終點(diǎn)判斷方

12、法 圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判斷方法和直線插補(bǔ)相同。可將x、y軸走步步數(shù)的總和存入一個(gè)計(jì)數(shù)器，每走一步，從中減1，當(dāng)=0時(shí)發(fā)出終點(diǎn)到信號(hào)。也可以選擇一個(gè)坐標(biāo)的走步數(shù)作為終點(diǎn)判斷，注意此時(shí)應(yīng)選擇終點(diǎn)坐標(biāo)中坐標(biāo)值小的那一個(gè)坐標(biāo)。(3) 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程 圓弧插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程和直線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程相同，也是分偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算和終點(diǎn)判斷四個(gè)節(jié)拍。但是偏差計(jì)算公式不同，而且在偏差計(jì)算的同時(shí)還要進(jìn)行加工點(diǎn)瞬時(shí)坐標(biāo)(動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo))值的計(jì)算，以便為下一點(diǎn)的偏差計(jì)算作好準(zhǔn)備。如對(duì)于第一象限逆圓來(lái)說(shuō)，坐標(biāo)值計(jì)算公式為 2、 圓弧插補(bǔ)計(jì)算舉例 設(shè)加工第一象限逆圓弧AB，已知起點(diǎn)A的坐標(biāo)為X0=4、Y0=0，終點(diǎn)B的坐標(biāo)為Xe=0

13、、Ye=4。試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。計(jì)算過(guò)程如表1-3所示。根據(jù)表1-3可作出走步軌跡如圖1-4所示。表1-33、 四個(gè)象限圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式前面以第一象限逆圓為例推導(dǎo)出偏差計(jì)算公式，并指出了根據(jù)偏差符號(hào)來(lái)確定進(jìn)給方向。其他三個(gè)象限的逆、順圓的偏差計(jì)算公式可通過(guò)與第一象限的逆圓、順圓相比較而得到。下面先推導(dǎo)第一象限順圓的偏差計(jì)算公式。設(shè)加工點(diǎn)現(xiàn)處于m()點(diǎn)。若偏差Fm0，則沿-y軸向進(jìn)給一步，到m+1點(diǎn)，新加工點(diǎn)坐標(biāo)將是()，可求出新的偏差為(1-6)若偏差Fm0，則沿+x軸0向進(jìn)給一步，到m+1點(diǎn)，新加工點(diǎn)的坐標(biāo)將是()，同樣可求出新的偏差為(1-7)這樣便可以第一象限的逆圓、順圓為基

14、準(zhǔn)來(lái)推導(dǎo)其它三個(gè)象限的逆、順圓插補(bǔ)計(jì)算公式。在下面敘述過(guò)程中，分別以符號(hào)SR1、SR2、SR3、SR4表示第一至第四象限的順圓，以符號(hào)NR1、NR2、NR3、NR4表示第一至第四象限的逆圓。圖1-4 圖1-5以第二象限順圓為例：與SR2相對(duì)應(yīng)的是第一象限逆圓NR1。這兩個(gè)圓弧對(duì)y軸對(duì)稱，起點(diǎn)坐標(biāo)相對(duì)，見(jiàn)圖1-5。從圖中可知，從各自起點(diǎn)插補(bǔ)出來(lái)的軌跡對(duì)于y坐標(biāo)對(duì)稱，即y方向的進(jìn)給相同，x方向進(jìn)給反向。機(jī)器完全按第一象限逆圓偏差計(jì)算公式進(jìn)行運(yùn)算，所不同的是將x軸的進(jìn)給方向變?yōu)檎?，則走出SR2。這時(shí)圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)要取其數(shù)字的絕對(duì)值。在現(xiàn)在情況下，圖1-5中起點(diǎn)坐標(biāo)()，但送入機(jī)器時(shí)，起點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)取為

15、()，而-x0的“-”號(hào)則應(yīng)送出去控制x軸的正向進(jìn)給。從圖1-5還可以看出，當(dāng)我們按第一象限逆圓NR1插補(bǔ)時(shí)，若將y坐標(biāo)反向，則走出的就是第四象限順圓SR4，若將x坐標(biāo)和y坐標(biāo)的進(jìn)給方向同時(shí)反向，走出的就是第三象限逆圓NR3。由上述分析可知：NR1。SR2、NR3和SR4的偏差計(jì)算公式相同，而只要改變進(jìn)給方向便歸結(jié)到NR1的插補(bǔ)計(jì)算。按上述方法可知，NR2、SR3、NR4的偏差計(jì)算公式與SR1相同，所不同的也只是改變進(jìn)給方向。所有四個(gè)象限，8種圓弧插補(bǔ)時(shí)的偏差計(jì)算公式和坐標(biāo)進(jìn)給方向列于表1-4。偏差符號(hào)Fm0偏差符號(hào)Fm0圓弧坐標(biāo)及方向進(jìn)給方向偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算圓弧坐標(biāo)及方向進(jìn)給方向偏差計(jì)算坐標(biāo)

16、計(jì)算SR1、NR2-YSR1、NR4+XSR3、NR4+YSR3、NR2-XNR1、SR4-XNR1、SR2+YNR3、SR2+XNR3、SR1-Y三、 步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)前面的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)中，都用過(guò)+X、-X、+Y、-Y，它們分別靠步進(jìn)電機(jī)+X、-X、+Y、-Y走步子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖變?yōu)榻俏灰频碾姶叛b置。有關(guān)步進(jìn)電機(jī)的原理、特點(diǎn)、控制方式等在電機(jī)課中已有講述，這里不再重復(fù)。下面主要介紹步進(jìn)電機(jī)控制程序的設(shè)計(jì)。步進(jìn)電機(jī)控制電路主要由脈沖分配器和驅(qū)動(dòng)電路組成。采用微型機(jī)控制，給步進(jìn)電機(jī)繞組提供驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)電路是必不可省的，微型機(jī)主要是取代脈沖分配器，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的

17、走步數(shù)以及轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等控制。PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB000000CBA反 正 轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn) 001011010110100101圖1-6(一) 輸出字圖1-6示出了步進(jìn)電機(jī)控制接口。圖中采用一塊并行可編程接口芯片PIO與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相連接。選定PIO的PB0PB2分別送出控制步進(jìn)電機(jī)A、B、C三相繞組的控制信號(hào)，并假定數(shù)據(jù)輸出為“1”時(shí)，相應(yīng)的繞組通電；為“0”時(shí)，斷電。那么，只要通過(guò)執(zhí)行一段程序，使PIO的數(shù)據(jù)輸出端PB0PB2按圖1-6所示的規(guī)律送出控制信號(hào)，就可以控制步進(jìn)電機(jī)的各繞組依次通電，從而控制步進(jìn)電機(jī)按三相六拍控制方式正向轉(zhuǎn)動(dòng)或反向轉(zhuǎn)動(dòng)。PA7PA6PA5PA

18、4PA3PA2PA1PA0DRA轉(zhuǎn)向控制PB7PB6PB5PB4PB3PB2PB1PB0DRB00000CBA驅(qū)動(dòng)電路X軸步進(jìn)電機(jī)圖1-7 X軸步進(jìn)電機(jī)控制接口框圖當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和控制方式確定之后，PB0PB2輸出數(shù)據(jù)變化的規(guī)律就確定了，這種輸出數(shù)據(jù)變化規(guī)律就稱為“輸出字”。為了便于尋找，“輸出字”以表形式存放在指定的RAM或EPROM的六個(gè)單元內(nèi)(三相六拍方式)。假定PB3PB7都輸出為“0”，三相六拍控制方式的“輸出字”可列出如表1-8所示。表1-8 三相六拍控制方式輸出字表標(biāo)號(hào)存貯單元輸出字標(biāo)號(hào)存貯單元輸出字ODM12001H00000001ODM42004H00000110ODM22

19、002H00000011ODM52005H00000100ODM32003H00000010ODM62006H00000101顯然，若要控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，則按ODM1ODM2ODM3ODM6ODM1正序取出數(shù)據(jù)送到PB0PB2輸出即可。若要控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，則按ODM1ODM6ODM5ODM2ODM1反序取出數(shù)據(jù)送到PB0PB2輸出即可。同理，若要控制四相、五相或六相步進(jìn)電機(jī)，或者一個(gè)輸出口同時(shí)控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，只要控制方式及數(shù)據(jù)輸出端確定之后，就可根據(jù)要求確定“輸出字”表，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。PIO預(yù)置結(jié)束后，即從輸出字表中取出ODM1數(shù)據(jù)送出，使步進(jìn)電機(jī)繞組A通電(以三相六拍方式為例)，

20、它就是步進(jìn)電機(jī)的初始通電狀態(tài)。然后按正序或反序取出數(shù)據(jù)即可控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。但是，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)用于精密的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)(如數(shù)控機(jī)床的某一進(jìn)給坐標(biāo))的驅(qū)動(dòng)時(shí)，就必須考慮步進(jìn)電機(jī)繞組通電的初始狀態(tài)與機(jī)械零位的準(zhǔn)確配合問(wèn)題，即要求當(dāng)機(jī)械部件處于坐標(biāo)零位時(shí)，步進(jìn)電機(jī)必須正好處于初始通電狀態(tài)。精密的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)都設(shè)計(jì)有專門(mén)的“回零”機(jī)構(gòu)及相應(yīng)的控制電路和控制程序。系統(tǒng)起動(dòng)后，先執(zhí)行“回零”控制程序，進(jìn)行“回零”操作，部件先快速，后慢速，最后以點(diǎn)動(dòng)方式準(zhǔn)確的趨近于零位，達(dá)到上述機(jī)械和電氣零位一致的要求。(二) 轉(zhuǎn)速控制如前所述，按正序或反序順次取出輸出送到PIO的輸出端即可控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。那么，

21、輸出字更換得越快，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。如何控制輸出字更換(即步進(jìn)電機(jī)從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài))的速度，即如何控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通常有二種方式：直接控制方式和中斷控制方式。所謂直接控制方式就是通過(guò)程序延時(shí)的辦法來(lái)直接控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，即CPU送出前一組數(shù)據(jù)后，進(jìn)入程序延時(shí)，到再取第二組數(shù)據(jù)送出。那么，延時(shí)長(zhǎng)轉(zhuǎn)速就慢，延時(shí)短轉(zhuǎn)速就快。通過(guò)改變延時(shí)系數(shù)就可改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。采用這種方式，可方便的實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)升速、降速控制。中斷控制方式就是外加一個(gè)變頻振蕩器，振蕩器輸出脈沖作中斷申請(qǐng)信號(hào)從接口輸入，中斷一次就更換一次輸出字。調(diào)節(jié)振蕩器的頻率就可調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用這種方式，操作者

22、可根據(jù)不同工況隨時(shí)調(diào)節(jié)振蕩頻率，從而控制步進(jìn)電機(jī)到合適的轉(zhuǎn)速上。第二章 數(shù)字程序控制系統(tǒng)舉例本例的控制對(duì)象是一臺(tái)可用于加工平面直線和圓弧工件的機(jī)床(如線切割機(jī)、激光焊接機(jī)、火焰切割機(jī)和銑床等)，它的工作臺(tái)由x軸和y軸兩步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)。系統(tǒng)具有單步操作和自動(dòng)工作兩種工作方式，且操作方便、編程簡(jiǎn)單。下面簡(jiǎn)要介紹為該機(jī)床設(shè)計(jì)的微型計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制系統(tǒng)。一、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1微型計(jì)算機(jī)是控制系統(tǒng)的核心?？紤]到，選用逐點(diǎn)比較法或數(shù)字積分法進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算以及附加一些輔助控制功能，總的程序量，輸入/輸出信號(hào)也不多，因此，選用單板機(jī)就能滿足要求。也可選用單片機(jī)來(lái)控制。下面以選用Z

23、-80單板機(jī)為例。系統(tǒng)中采用并行輸入/輸出接口芯片PIO，實(shí)現(xiàn)CPU與控制臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)等的信息交換；采用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器芯片CTC的一個(gè)通道CTC0，利用它向CPU發(fā)定時(shí)中斷信號(hào)，用于控制加工速度。為了便于操作，實(shí)現(xiàn)各種操作功能，系統(tǒng)設(shè)立了一個(gè)操作員控制臺(tái)，在控制臺(tái)上裝有工作方式選擇開(kāi)關(guān)、起動(dòng)鍵、停止鍵、單步鍵以及必要的工作狀態(tài)和故障指示等。二、 輸入/輸出接口設(shè)置和中斷控制邏輯電路PIO輸入/輸出端安排如圖2-2所示。圖2-2PIO的B口設(shè)置為輸出方式，送出x軸、y軸步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)及加工結(jié)束信號(hào)。A口設(shè)置為輸入方式，分別送進(jìn)工作方式選擇及單步方向選擇信號(hào)，同時(shí)從選通輸入端引進(jìn)中斷申請(qǐng)信號(hào)，中

24、斷申請(qǐng)信號(hào)來(lái)自中斷控制邏輯電路。為滿足控制功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如圖2-3所示的中斷控制邏輯電路。圖2-3當(dāng)系統(tǒng)需要調(diào)整時(shí)，將工作方式選擇開(kāi)關(guān)置“單步”位，從PIO的PA3將讀入“0”信號(hào)。按“單步鍵”(自動(dòng)復(fù)位)產(chǎn)生一個(gè)單步脈沖，通過(guò)向CPU發(fā)出一次中斷申請(qǐng)，CPU響應(yīng)中斷后，讀入單步方向選擇信號(hào)，按所選擇的方向步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給一步。在單步調(diào)整工作時(shí)，CTC0所產(chǎn)生的定時(shí)脈沖被封鎖。當(dāng)系統(tǒng)需要連續(xù)自動(dòng)工作時(shí)，工作方式選擇開(kāi)關(guān)置“自動(dòng)”位，從PIO的PA3將讀入“1”信號(hào)。待一切準(zhǔn)備工作就緒后，按“起動(dòng)鍵：，CTC0所產(chǎn)生的定時(shí)脈沖被選通，通過(guò)向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，CPU響應(yīng)中斷后，進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，控制機(jī)

25、床連續(xù)加工，直至加工完畢送來(lái)加工結(jié)束信號(hào)將CTC定時(shí)脈沖封鎖才停止加工。必要時(shí)操作員也可以按“停止鍵”而暫停加工。三、 加工指令和加工程序加工每一線段(直線或圓弧)都要編制一條相應(yīng)的加工指令，所有加工指令的集合就構(gòu)成加工某一機(jī)器零件的加工程序。(一) 加工指令每一條加工指令應(yīng)包括哪些內(nèi)容與采用何種插補(bǔ)計(jì)算方法有關(guān)，本例要求進(jìn)行平面直線和圓弧插補(bǔ)，顯然采用前述的逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法就能實(shí)現(xiàn)（數(shù)字積分插補(bǔ)法或時(shí)間分割插補(bǔ)法都能實(shí)現(xiàn)），下面我們以逐點(diǎn)比較法為例進(jìn)行說(shuō)明。按逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)計(jì)算的要求，每條加工指令應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1) 線形。直線或圓弧及它所在的象限、走向，共有12種不同情況。想想為什么有12種？(2) X軸坐標(biāo)值。加工直線時(shí)，它為直線的X軸終點(diǎn)坐標(biāo)值(Xe)，坐標(biāo)原點(diǎn)取在直線的起點(diǎn)；加工圓弧時(shí)，它為圓弧的X軸起點(diǎn)坐標(biāo)值(X0)，坐標(biāo)原點(diǎn)取在圓弧的圓心。(3) Y軸坐標(biāo)值。加工直線時(shí)，它為直線的Y軸終點(diǎn)坐標(biāo)值(Ye)，坐標(biāo)原點(diǎn)取在直線的起點(diǎn)；加工圓弧時(shí)，它為圓弧的Y軸起點(diǎn)坐標(biāo)值(Y0)，