C的數控算法的分析研究

1、基于 89C51 的數控算法的研究 摘要 ：本文以 89C51 為軟件開發(fā)工具來完成數控機床的模擬功能， 提出了插補概念，重點提出了實現零件加工的逐點比較法算法。 關鍵字 ：數控 插補逐點比較法 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 數控是數字控制（ Numerical Control 縮寫為 NC ）的簡稱。數控系統(tǒng)是 用數字控制技術實現的自動控制系統(tǒng)，其被控對象可以是各種生產過程。 自 1952 年美國的麻省理工學院伺服機構實驗室研制出世界上第一臺三 坐標數控銑床以來，數控系統(tǒng)在制造業(yè)中得以廣泛地應用。半個世紀

3、以 來，數控技術無論在硬件還是軟件方面發(fā)展都很迅速。目前，在市面上已 經看不到普通的數控（ NC）裝置，取而代之的是計算機數控（ CNC Computer Numerical Control ）裝置。它采用存儲程序的專用計算機，由軟 件實現部分或全部數控功能，具有良好的“柔性”，容易通過改變軟件來 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行，離開 軟件硬件無法工作，二者缺一不可。 本文從軟件和硬件的設計對一些數控算法的實現進行研究。圖1所示為基于單片機數控算法的總體框圖 幵始 iwLi 圖i總體框圖 一、基于 PC 的數控實現硬件結構 硬件部分主要是鍵盤輸入、顯示、輸出的

4、接口電路。利用鍵盤向計算 機發(fā)布命令、傳送數據，控系統(tǒng)硬件總體，利用數碼管顯示計算結果、狀 態(tài)信息。 基于 PC 的數控實現軟件結構 収加工程序瘙沖器首址 取狛令 數控系統(tǒng)軟件為實時多任務系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各任務在數控實時操作系 統(tǒng)控制下協調進行。系統(tǒng)中的各模塊功能如圖 2所示： 2、信息預處理：該模塊完成輸入信息譯碼，完成軌跡插補前的坐標轉 Fi 廠 XeYi 1 Xi lYe =XeYi Xi Ye Ye 換和刀補運算。 3、 軌跡插補：它是數控系統(tǒng)的核心模塊，其任務是根據信息預處理 給出的希望軌跡和從檢測裝置獲得的實際軌跡信息，實時生成各坐標軸的 移動指令，使刀具根據程序軌跡運動。 4、 加

5、工仿真模塊：該模塊以動畫方式對數控加工過程進行動態(tài)仿 真，從而可在加工前檢驗參數輸入正確性和機床運動合理性。 三、數控插補技術 直線是構成被加工零件輪廓的基本線型，插補的任務就是根據進給速 度的要求，計算出每一段零件輪廓起點與終點之間的插入中間點的坐標 值。 (一) 1象限直線插補原理偏差計算公式 在圖3中，0E為要加工的直線輪廓，而動點 N (Xi , Yi)對應切削刀 具的位置。當刀具處于直線下方區(qū)域時 (F0),為了更靠攏直線輪廓，則要求刀具向 (+X)方向進給一步；當刀具正 好處于直線上時(F=0)，根據上述原則從 0(0, 0)開始，走一步，算一算， 判別F符號，再趨向直線進給，步步

6、前進，直至終點 E。這樣，通過逐點 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。當每次進給的臺階 (即脈沖當量)很小時，就可將這條折線近似 當作直線來看待。顯然，逼近程度的大小與脈沖當量的大小直接相關。 差值通過前一點的偏差遞推算出。 現假設第i次插補后，動點坐標 N (Xi , Yi),偏差函數為 Fi 二 XeYi - Xi Ye 若Fi 0,則向(+X)方向進給一步，新的動點坐標值為 + A Xi Xi 1，Yi 1 一 Yi 因此新的偏差函數為 同樣，若Fi0，則向（+Y）方向進給一步，新的動點坐標值為 Xi 1 = Xi， Yi Yi 1 因此新的偏

7、差函數為 Fi 1 =XeYi 1 - Xi lYe =XeYi - Xi Ye Xe 所以 F i F i X e （3-2） 根據式3-1和3-2可以看出，采用遞推算法，偏差函數 F的計算只與終 點坐標值 Xe、Ye有關，新動點的偏差函數可以由上一個動點的偏差函數 值遞推出來。因此，算法相當簡單，易于實現。 綜上所述，第一象限內偏差函數與進給方向的對應關系如下： 當F0時，進給（+X）方向，新的偏差函數 Fi a Fi Ye 當F 0 F 0 時，進給(-X)方向，Fi .1 二 Fi Ye ； 當 Fi 0 時，進給(+Y)方向，Fi41 = Fi + Xe。 L1、L2、L3、 4 -

8、Y 圖 計算 +X L4 表3-1四個象限直線插補進給方向和 如果直接利用圖 7來插補四個坐標軸直線時，將會造成較大的插補誤 差，顯然不太理想。為此，可對這四種特殊情況進行專門處理，即當判出 是插補四個坐標軸直線時，可將（ +X）軸直線插補歸入（+ X）進給方向 類，將（-X）軸直線插補歸入（- X）進給方向類，將（+Y）軸直線插補 歸入（+ Y）進給方向類，將（-Y）軸直線插補歸入（- Y）進給方向 類，這樣可將其插補誤差減小到零。 四、結語 實現高速高精度加工一直是數控技術研究的重點，但目前多數 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，即具備這項功能，其數控系統(tǒng)的成本也相當大。 參考文獻 1 關美華數控技術TG.重慶：重慶大學出版社.1998. 2 嚴愛珍、李宏勝.機床數控原理與系統(tǒng) TG.北京：機械工業(yè)出版 社.1998. 3 盧小平.數控機床加工與編