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1、目 录摘要11 设计要求及意义21.1 设计要求21.2 设计意义22 设计原理32.1 硬件原理32.2 圆弧插补43 程序及流程图73.1 程序73.2 流程图104 心得体会11参考文献12摘 要圆弧插补的定义是给出两端点间的插补数字信息，借此信息控制刀具与工件的相对运动，使其按规定的圆弧加工出理想曲面的一种插补方式。它所属的学科是机械工程（一级学科）；切削加工工艺与设备（二级学科）；自动化制造系统（三级学科）。圆弧插补（Circula : Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线
2、。数控机床是典型的机电一体化产品，数控技术是高新技术的重要组成部分。采用数控机床，是当前机械制造业技术改造、技术更新的必由之路，是FMC、FMS、及CIMS中不可缺少的基础设备。直线插补：就是用直线运动的两个轴X和Y共同确定一个点， X直线运动，控制Y的坐标画圆。数控机床中圆弧插补只能在某平面进行，因此若要在某平面内进行圆弧插补加工，必须用G17、G18、G19指令将该平面设置为当前加工平面，否则将会产生错误警告，空间圆弧曲面的加工，事实上都是转化为一段段的空间直线后平面圆弧而进行的。关键词：数控机床 圆弧插补 逐步逼近1 设计要求及意义1.1 设计要求设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利
3、用PC机的并口输出控制信号，其信号驱动后控制X、Y两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补绘制出各种曲线。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）设计硬件系统，画出电路原理框图；（2）定义步进电机转动的控制字；（3）推导出用逐点比较法插补绘制出下面曲线的算法；（4）编写算法控制程序线；（5）撰写设计说明书。1.2 设计意义课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。使学生从硬件软件的结合上理论联系实际，提高动手能力，从而全面掌握微机的知识。2 设计原理2
4、.1 硬件原理步进电机通对计算机进行控制，进而进行数模转换，由伺服电机驱动电路驱动伺服电机，带动工作台进行逐步比较插补，逐步逼近给定轨迹。开环数字程序控制流程图如图2-1所示。图2-1 开环数字程序控制流程图计算机D/A步进电机工作台步进电机驱动电路随着计算机技术的发展，开环数字程序控制得到了广泛的应用，如各类数控机床、线切割机低速小型数字绘图仪等，它们都是利用开环数字程序控制原理实现控制的设备，其结构亦如图2-1所示。这种结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动，两台三相步进电机控制接口示意图如图2-2所示。选定由PA0、PA1、PA2通过驱动电路来控制x轴步进电机，由PB0、PB1、PB
5、2通过驱动电路来控制y轴步进电机，并假定数据输出为“1”时，相应的绕组通电；数据输出为“0”时，相应绕组断电。微型计算机8255PA0PA1PA2PB0PB1PB2驱 动电 路驱 动电 路X轴步进电机Y轴步进电机图2-2 两台三相步进电机控制接口示意图步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗地说：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机三相六拍工作方式输出字表如表2-1所
6、示。表2-1 步进电机三相六拍工作方式输出字表 x轴步进电机输出字表Y轴步进电机输出字表存储地址标号PA口输出字存储地址标号PB口输出字ADX10000000101HADY10000000101HADX20000001103HADY20000001103HADX30000001002HADY30000001103HADX40000011006HADY40000011006HADX50000010004HADY50000010004HADX60000010105HADY60000010105H2.2 圆弧插补本次课程设计内容为设计一个计算机控制步进电机系统，该系统利用PC机的并口输出控制信号，其
7、信号驱动后控制X、Y两个方向的三相步进电机转动，利用逐点比较法插补绘制出第一象限逆圆弧。M(Xm,Ym)A(Xa,Ya)B(Xb,Yb)N(Xn,Yn)图2-3 第一象限圆弧逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小，就可以达到精度的要求。第一象限圆弧如图2-3所示。（1）偏差计算公式设要加工圆弧AB，圆心在N(Xn,Yn)，起点坐标A(Xa,Ya),终点坐标(Xb,Yb),半径R。瞬时加工点M(Xm,Ym)，它距圆心Rm，则可用R与Rm来反映偏差。由图2-2可知：Rm=(XmXn)+
8、(Ym-Yn) （2-1）R=(XaXn)+(Ya-Yn) （2-2）由此定义偏差公式为：Fm=Rm- R （2-3）若Fm0，M点在圆弧上；若Fm0，M点在圆弧外；若Fm0，M点在圆弧内。圆弧圆心不在原点，可以将圆弧圆心平移到原点，此时圆弧平移到第三象限，为第三象限逆圆弧。第三象限逆圆弧的插补原理是：从圆弧起点出发，若Fm 0，沿X方向走一步，并计算新偏差；当Fm 0时，沿-Y方向走一步,并计算新偏差。如此一步一步计算与进给，并在到达终点时停止计算。但以上Fm计算式比较复杂，可以考虑用递推公式：当Fm0时，Xm+1Xm-1Ym+1YmFm+1Fm-2Xm+1（2-4）当Fm0时，Xm+1Xm
9、Ym+1Ym+1Fm+1Fm +2 Ym+1（2-5）（2）终点判断方法设置Nx,NY两个计数器，初值设为|Xe-Xo|,|Ye-Yo|在不同的坐标轴进给时对应的计数器减一，两个计数器均减到零时，到达终点。用一个计数器Nxy,初值设为Nx+NY,无论在哪个坐标轴进给，Nxy计数器减一，计数器减到零时，到达终点。（3）插补计算过程圆弧插补计算比直线插补计算过程要多一个环节，即要计算加工瞬时坐标。故圆弧插补计算为五个步骤即偏差判断、坐标进给、偏差计算、坐标计算、终点判断。圆弧插补计算公式和进给方向如表2-2所示。表2-2 圆弧插补计算公式和进给方向偏 差圆弧种类进给方向偏差计算坐标计算Fm0SR1
10、、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以下为根据表2-2得出的相应四个象限的插补对应关系，从图中可以推出其对应的具体进给方向，四个象限逆圆弧插补的对称关系如图2-4所示。Fm0Fm0Fm0Fm0Fm0Fm0Fm0Fm0YX图2-4 四个象限逆圆弧插补的对称
11、关系3 程序及流程图3.1 程序A_PORT EQU 20H;定义8255A的4个端口B_PORT EQU 22HC_PORT EQU 24HCTRL_P EQU 26H DATA SEGMENT;定义数据段X0DB?;起点横坐标Y0DB?;起点纵坐标NXYDB?;总步数FMDB?;加工点偏差XMDB?;加工点横坐标YMDB?;加工点纵坐标DM1DB?;X轴输出字表偏移量DM2 DB?;Y轴输出字表偏移量ADXDB01H,03H,02H,06H,04H,05H;X轴步进电机输出字表ADYDB05H,04H,06H,02H,03H,01H;Y轴步进电机输出字表DATA ENDSCODE SEGM
12、ENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATA;初始化MOVDS,AXMOVAL,80H;定位步进电机MOVDX,CTRL_POUTDX,ALMOVAL,01HMOVDX,A_PORTOUTDX,ALMOVAL,05HMOVDX,B_PORTMOVDX,ALDELAY:MOVCX,0060HADD:LOOPADDMOVFM,00H;偏差初值置为0STEP 1:MOVAL,FMTEST AL,80H;偏差是否大于等于0JNZSTEP 2;若FM0，则跳转到STEP 2MOVAL,XM;计算偏差FM=FM-2XM+1ADDAL,XMSUBFM,ALINCFMD
13、ECXM;坐标计算XM=XM-1CALLX_STEP;调用X轴走步控制程序JMPSTEP 3STEP 2:MOVAL,YM;计算偏差FM=FM+2YM+1ADDAL,YMADDFM,ALINCFMINCYM;坐标计算YM=YM+1CALL Y_STEP;调用Y轴走步控制程序STEP 3:MOVAL,NXY;终点判断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=1OU
14、T80H,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,0
15、4H; 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;延时子程序RETCODEENDSENDSTART 3.2 流程图开
16、始主程序流程图如图3-2所示。图3-2 主程序流程图输入X0、Y0、NXY置FM =0、XM =X0、YM =Y0FM0？FM = FM +2 YM +1FM = FM -2 XM +1NYYNXM = XM -1YM = YM +1调用走步控制程序NXY= NXY -1NXY =0？结束4 心得体会任何一个计算机系统都是一个复杂的整体，学习计算机控制原理是要涉及到整体的每一部分。所以，在循序渐进的课堂教学过程中，我总是处于“学会了一些新知识，弄清了一些原来保留的问题，又出现了一些新问题”的循环中，直到课程结束时，才把保留的问题基本搞清楚。学习该门课程知识时，其思维方法也和其它课程不同，该课程
17、偏重于工程思维，具体地说，在了解了计算机控制原理的同时，必须学会各种控制技术的应用。 在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。我觉得作为一名自动化专业的学生，课程设计是很有意义的。更重
18、要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的学习，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。参考文献1 于海生.计算机控制技术.机械工业出版社，20102 郑学坚，周斌.微型计算机原理与应用.清华大学
19、出版社3 沈美明，温冬婵.IBM-PC汇编语言程序设计.清华大学出版社 4 何立民.单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社5 姚燕南，薛钧义.微型计算机原理.西安电子科技大学出版社6 沙占友等.新编实用数字化测量技术.国防工业出版社7 宋春荣等.通用集成电路手册.山东科技出版社本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：评 定 项 目评分成绩1选题合理、目的明确（10分）2设计方案正确、具有可行性、创新性（20分）3设计结果（例如：系统设计程序、仿真程序） （20分）4态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）5设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）6答辩（25分）总 分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日
