C的数控算法的分析研究

1、基于 89C51 的数控算法的研究 摘要 ：本文以 89C51 为软件开发工具来完成数控机床的模拟功能， 提出了插补概念，重点提出了实现零件加工的逐点比较法算法。 关键字 ：数控 插补逐点比较法 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 数控是数字控制（ Numerical Control 缩写为 NC ）的简称。数控系统是 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 坐标数控铣床以来，数控系统在制造业中得以广泛地应用。半个世纪

3、以 来，数控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 经看不到普通的数控（ NC）装置，取而代之的是计算机数控（ CNC Computer Numerical Control ）装置。它采用存储程序的专用计算机，由软 件实现部分或全部数控功能，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数控算法的实现进行研究。图1所示为基于单片机数控算法的总体框图 幵始 iwLi 图i总体框图 一、基于 PC 的数控实现硬件结构 硬件部分主要是键盘输入、显示、输出的

4、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。 基于 PC 的数控实现软件结构 収加工程序瘙冲器首址 取狛令 数控系统软件为实时多任务系统，系统中的各任务在数控实时操作系 统控制下协调进行。系统中的各模块功能如图 2所示： 2、信息预处理：该模块完成输入信息译码，完成轨迹插补前的坐标转 Fi 厂 XeYi 1 Xi lYe =XeYi Xi Ye Ye 换和刀补运算。 3、 轨迹插补：它是数控系统的核心模块，其任务是根据信息预处理 给出的希望轨迹和从检测装置获得的实际轨迹信息，实时生成各坐标轴的 移动指令，使刀具根据程序轨迹运动。 4、 加

5、工仿真模块：该模块以动画方式对数控加工过程进行动态仿 真，从而可在加工前检验参数输入正确性和机床运动合理性。 三、数控插补技术 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。 (一) 1象限直线插补原理偏差计算公式 在图3中，0E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 (F0),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 0(0, 0)开始，走一步，算一算， 判别F符号，再趋向直线进给，步步

6、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。 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 Fi 二 XeYi - Xi Ye 若Fi 0,则向(+X)方向进给一步，新的动点坐标值为 + A Xi Xi 1，Yi 1 一 Yi 因此新的偏差函数为 同样，若Fi0，则向（+Y）方向进给一步，新的动点坐标值为 Xi 1 = Xi， Yi Yi 1 因此新的偏

7、差函数为 Fi 1 =XeYi 1 - Xi lYe =XeYi - Xi Ye Xe 所以 F i F i X e （3-2） 根据式3-1和3-2可以看出，采用递推算法，偏差函数 F的计算只与终 点坐标值 Xe、Ye有关，新动点的偏差函数可以由上一个动点的偏差函数 值递推出来。因此，算法相当简单，易于实现。 综上所述，第一象限内偏差函数与进给方向的对应关系如下： 当F0时，进给（+X）方向，新的偏差函数 Fi a Fi Ye 当F 0 F 0 时，进给(-X)方向，Fi .1 二 Fi Ye ； 当 Fi 0 时，进给(+Y)方向，Fi41 = Fi + Xe。 L1、L2、L3、 4 -

8、Y 图 计算 +X L4 表3-1四个象限直线插补进给方向和 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。 四、结语 实现高速高精度加工一直是数控技术研究的重点，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，其数控系统的成本也相当大。 参考文献 1 关美华数控技术TG.重庆：重庆大学出版社.1998. 2 严爱珍、李宏胜.机床数控原理与系统 TG.北京：机械工业出版 社.1998. 3 卢小平.数控机床加工与编