第七章 系统控制软件的设计
(一).系统控制软件的主要内容
数控系统是按照事先编好的控制程序来实现各种控制功能。按照功能可将数控系统的控制软件分为以下几个部分： 1、系统管理程序：它是控制系统软件中实现系统协调工作的主体软件。其功能主要
是接受操作者的命令，执行命令，从命令处理程序到管理程序接收命令的环节，使系统处于新的等待操作状态。
2、零件加工源程序的输入处理程序。该程序完成从外部I/O设备输入零件加工源程序
的任务。
3、插补程序。根据零件加工源程序进行插补，分配进给脉冲。
4、伺服控制程序。根据插补运算的结果或操作者的命令控制伺服电机的速度，转角以及方向。
诊断程序。包括移动不见移动超界处理，紧急停机处理，系统故障诊断，查错等功能。
6、机床的自动加工及手动加工控制程序。
7、键盘操作和显示处理程序。包括监视键盘操作，显示加工程序、机床工作状态、操作命令等信息。
(二).软件设计
1.系统控制功能分析
数控X-Y工作台的控制功能包括： （1）、系统初始化。如对I/O接口8155，8255A进行必要的初始化工作，预置接口工作方式控制字。 （2）、工作台复位。开机后工作台应该自动复位，亦可手动复位。 （3）、输入和显示加工程序。 （4）、监视按键，键盘及开关。如监视紧急停机键及行程开关，键盘扫描等功能。 （5）、工作台超程显示与处理。工作台位移超过规定值时应该立即停止工作台的运动，并显示相应的指
示字符。 （6）、工作台的自动控制。 （7）、工作台的手动控制。 （8）、工作台的联动控制。 2.系统管理程序控制
管理称许是系统的主程序，开机后即进入管理程序。其主要功能是接受和执行操作者的命令。在设计管理程序时，应确定接收命令的形式，系统的各种操作功能等。数控X-Y工作台的基本操作功能有：输入加工程序，自动加工，刀位控制，工作台位置控制，手动操作，紧急停机等。根据以上分析，设计管理程序流程图如下所示：
开始
系统初始化
机床复位
21
N 加工数据输入 N Y 自动加工键按下？ 自动加工
N 手动调整 手动加工 Y 键按下？ Y N 管理程序流程
3.自动加工程序设计
（1）机床在自动加工时的动作顺序：工作台移动到位→刀具快速进给→加工→退刀→工作台运动到下
一位置；
（2）计算机在加工过程中的操作：读取刀具轨迹，控制机床完成加工； （3）由以上分析，设计自动加工程序框图如下所示： 入口 零件坐标地址指 读零件坐标 调步进电机子程序 工作台移动到位 刀具快进 加工 22
快速退刀 零件坐标地址 指针加1 零 件 加 N 工完成 Y 返回
4.步进电机控制子程序设计
步进电机的控制包括速度，转角及方向的控制。步进电机在突然启动或停止时，由于负载和惯性，会使电机失步，所以电机运行时有一个加，减速过程。
通过确定进给脉冲数和脉冲时间间隔，即可实现步进电机转角与速度的控制。 （1）时间常数的确定
在步进电机控制程序中，利用单片机的定时器中断，延时产生进给脉冲的时间间隔。此间隔由送入定时器的时间常数决定。时间常数由下式计算：
T?10?3Te?te?10?6
式中：T为脉冲时间间隔（ms）；te为单片机机器周期（?s），在时钟为6MHz时，te=2?s。 （2）步进电机加，减速进给脉冲及脉冲时间间隔的确定 设步进电机加，减速方式为直线加，减速。 要使步进电机不失步，应满足：
Tm?Tg?TI
式中：Tm为步进电机启动力矩；Tg为负载力矩；TI为惯性力矩。 由步进电机Tjmax=3.92N.m，取步进电机的加速启动力矩
TM?Tjmax?0.866?0.3?392?0.866?0.3?101.84
则使步进电机不失不的惯性力矩
TI?Tm?Tg?101.84?96.57?5.27N.cm
步进电机角加速度
23
TI5.27?10?22????676.25(rad/s)
?4Jd0.7793?10fmaxd?df????b??b又
dtdttm
式中：tm为上升到步进电机最高频率所需时间，所以有：
2?1.5?1667?fmax360?64.5(ms)tm??b? ?676.2511?3n?ft??1667?64.5?10?53.76 加速脉冲个数：mmax22确定加减脉冲个数都为54个 又因为：n?0.5ftn?0.5(fmaxtn)tn tm所以脉冲时刻tn?2tmnmfmax T?10?3T?结合ete?10?6可以算出对应各脉冲时刻的计数器时间常数。
EPROM存储器中，时间常数依次安排在首地址为1000H的存储单元中，每个时间常数占据两个字节，低位地址存放时间常数低8位，高位地址存放时间常数高8位。
在程序中，设置加速，恒速，减速脉冲计数器N0，N1，N2。以计数器的值是否为0作为相应过程是否结束的标志。步进电机控制程序框图如下所示： 步进电机控制子程序：
开始 中断初始化 设时间常数地址指针 首地址指向1000H 24
加速 减速 脉冲计数器赋初值 恒速
送时间常数至计数器中
N Y 开中断 关中断？ 启动定时器
步进电机控制中断服务程序：
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