双坐标十字滑台数控编程

学号 14n3500521知为理工茸睨毕业论文题目：双坐标十字滑台数控编程插补控制的实现作者 张晖 届别 2015届院别机械工程学院专业秘戒电子K余晓峰 职称 副完成时间2015年5月12日湖南理工学院毕业设计（论文）摘要本文主要研究双坐标十字滑台数控机床的宜线插补与圆弧插补算法及外围电路的 设计，完整的构建一个数控系统（包括软件与硬件的设计）。该系统以51单片机位核心, 硬件部分：由单片机最小系统、按键模块、LCD1602显示模块、步进电机驱动模块、位 置检测模块、报警模块所构成。该系统具有功耗低、可靠性高、体积小、人机界面友好 等特点。软件部分：根据各自数据手册采用C51对各个模块编程，其中直线插补算法、 圆弧插补算法采用绝对坐标与相对坐标坐标系结合分象限讨论的方法对逐点比较法分 析，构造偏差函数、分析偏差、减小偏差进给、终点判断、偏差计算的循环来进行插补 运算，绘制程序流程图然后用C51编程将计算出来的结果输出到步进电机驱动模块控制 电机转动。用户界面：用户通过键盘输入数控指令，单片机自动判断输入参数是否正确 如错误则重输入正确则执行相应指令驱动电机插补。关键词：十字滑台；直线插补；圆弧插补；步进电机；数控编程湖南理工学院毕业设计（论文）ABSTRACTTlus paper studies the design of two-cooidmate cioss-slide CNC maclnne tools linear inteipolation and cnculai inteipolation algontlun and penplieral circuits. We build complete a numerical control system (includmg software and haidware design). The system of the core is 51-bit nuciocontioiler. The hardware parts consist of the smallest smgle-chip system, the key module, the LCD 1602 display module, the stepper motor drive module, the detecting position module, and alann module. The system has low power consumption, high reliability, small size, fiiendly interface and other features. In tenns of the software components, according to the respective data sheets fbi each module we use the C51 to code, the linear mteipolation algontlun and cucular mteipolation algontlun use the absolute cooidinate and relative coordinate to combine. We distinguish different quadrant to discuss point by pomt companson method of analysis. The way of stnictuial deviation fiinction, analytical bias, reducing the bias feed, deteimining the end point and the deviation calculation cycle is to mteipolation opeiation. We draw program of flow chat and then use the C51to piogianunmg .In the last, the calculated results output to the stepper motor dnve module fbi contiollmg the motor to rotate. In respect of the user inteiface, the user by keyboard input CNC conunand and the nuciocontioiler automatically deteniuiie whether the input parameters are conect. If paiameteis are wrong, the microcontrollef will re-enter it .Othenvise conespondmg instiiiction will be executed to drive motor inteipolation.Keywords: Cross slide; lineai mteipolation; Interpolation; Steppmg motor; NC progranmiHign湖南理工学院毕业设计（论文）目录摘要IABSTRACT 11第一章绪论1第二章总体设计方案的选择及确定2第三章硬件控制电路设计33.1 单片机的选择33.2 最小系统设计43.3 键盘/显示器接口设计53.4 地址分配73.5 步进电机驱动部分设计73.6 告警电路设计9第四章软件设计104. 1快速定位111.1.1 1. 1差别判断131.1.2 进给减小误差141.1.3 计算偏差151.1.4 终点判断164.2直线插补171.1.1 2. 1差别判断181.1.2 进给减小误差191.1.3 计算偏差191.1.4 延时控制速度201.1.5 终点判断204. 3圆弧插补214.1.1 差别判断234.1.2 进给减小误差234.1.3 计算偏差244.1.4 终点判断24第五章注释、参考文献26第六章致谢27第七章附录28#湖南理工学院毕业设计（论文）第一章绪论随着电子技术的发展微处理器的出现、机电一体化概念的提出及数控技术发展，作 为一个机械电子工程专业的学生，实现机电一体化是每个学生必备技能。双坐标十字滑 台数控编程插补控制的实现通过对单片的选型、外围电路设计、软件的编写、proteus 下的仿真软件联调功能测试来实现设计。该设计是对我们大学四年以来所学的知识的一 个综合。通过自顶向下的设计方法，构建整体设计框图，分模块软硬件各自设计，然后在 proteus下各个模块软硬件联调修改完成设计任务。对单片机的选型，选择合适的单片 机、显示器、键盘、步进电机、驱动电路等进行外围电路设计，构成一个完整的硬件系 统。通过对插补算法的分析，采用逐点比较发对各种类型的直线圆弧进行分析计算偏差、 判断偏差、减小偏差进给、终点判断，不断循环执行直到到达终点为止。在分析插补过程中采用传统的判别方法构造的偏差函数计算复杂不便于快速运算， 采用迭代与递推公式对偏差函数进行离散处理大大减少了乘除法的运算从而插补运算 的时间。根据各部分硬件进行软件设计，进行人机界面按键显示器驱动电路进行设计， 通过按键让用户输入数控指令并通过LCD1602实时显示当前刀具的位置。采取脉冲增量 插补算法对直线插补、圆弧插补分别进行算法分析来进行软件设计，并将计算结果输出 再通过驱动电路驱动电机转动达到设计的目的。在keil下进行程序编辑调试，在proteus下搭建硬件电路，并将keil编译得到的 hex文件加载到proteus中进行软件硬件联调完成设计。用户通过按键跟根据LCD1602的显示提示输入插补指令与插补参数，单片开始计算 然后输出信号驱动电机电机转动并实时显示刀具位置以及指令。直到差不完成插补。完 成插补后用户可以继续输入插补函数指令跟参数继续插补。第二章总体设计方案的选择及确定图2.1系统基本结构总体设计阶段的任务是权衡利弊仔细划分硬件和软件功能。单片机实用系统的硬 件配置与软件设计是紧密相关的，硬件和软件功能上具有一定的互换性。如步进电动 机驱动所必须的环形分配器，既可以由数字逻辑硬件完成功能，可以增加工作速度， 降低软件工作量，但是提高了硬件成本。如果多使用软件完成功能，不但可以降低硬 件开发，还可以简化硬件结构，但增加了软件的复杂性。因此总体设计阶段，硬件和 软件的功能划分十分必要。本系统以51单片机为核心，主要任务是控制刀具进行直线插补圆弧插补，单片机 对各个模块进行控制，通过按键输入指令信息，通过LCD1602显示指令信息及刀具的 位置指信息并实时刷新。通过限位开关实时检测是否碰刀并给出报警。电机驱动部分 采用专用的步进电机驱动芯片L297、L298减少单片机的工作量，不用产生时序脉冲， 仅需给定信号（包括正反转与脉冲）即可完成对电机的控制，对L298输出电流不够驱 动电机，所以在后面再接了一个达林顿管驱动电路来驱动不急点击转动。由于逐点比较法算法简单最大误差为一个脉冲当量，软件设计采用逐点比较法对 直线插补圆弧插补进行分析，通过起点为原点终点在第一象限的宜线插补/圆弧插补分 析类推到第二三四象限，通过坐标平移把起点坐标为原点到任一点进行分析，完成软件的设计。第三章硬件控制电路设计XY双向十字滑台的运动由X向和Y向步进电动机来控制。电机驱动滑台的各个运 动部件。从而准确的控制它们的速度和位置。一般情况下，数控伺服系统分为开环和闭 环两大类。其中闭环伺服系统还可以根据检测位置的不同进一步细分为半闭环伺服系统 和闭环伺服系统两类。由于开环伺服系统具有结构简单，调试维修方便和成本低的特点。因此虽然这种伺 服的误差没有补偿和校正，精度较低。但广泛应用于中小型经济型数控机床。鉴于开环伺服系统的特点，本次设计的总体设计方案拟采用开环伺服系统。并为X Y运动方向加上极限位置检测及原点定位检测以实现基本运动位置控制。3.1单片机的选择end 二 d Ed 03d bLd 93d g二d二 mix N山窑 山,<| <山U1AT89S520Q<& NQ<总 gwoo 9clW9 尊fc svszd owCMzd 二 wcozd 建 WbZd 合<指Zd suzd ciin 司 md 目示.md 。与Sd dwgmd 制ZEd卜曲阵|二|目出H酬小H +阳泰14M图3.1 AT89s52单片机AT89S52是一种低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和 引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯 片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89s52为众多嵌入式控制应 用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89s52具有以下标准功能：8k字节Flash, 256字节RAM, 32位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位 定时器/ 计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外,AT89s52 可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工 作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被 保存，振荡器被冻结，单片机一