连，它们可同时复位。
湖南大学毕业设计
计中采用上电复位和开关复位。另外，两片8155的RESET也与8031的RESET管脚相
8031的T0是片内的定时器/计数器溢出中断申请，由主轴后面的光电编码器输入。当车床车螺纹时，主轴光电编码器向8031T0发出进给脉冲，用以控制不同导程的螺纹加工。光电编码器还发出一个零位螺纹信号，输入8155(1)的PB6，用以防止车螺纹乱扣。
8155(1)主要用于功能键的控制，刀架转位控制以及报警等。其中PA口为输入口，
PA0?PA5作为功能键的控制管理，刀架控制编辑、空运行、自动、手动
I，手动II和回
零。PB口也是输入口，PB0?PB4由面板上的按键分别控制起动、暂停、单段、连续、急停等功能。PB5是换刀回答，当自动转位刀架按指令转位、夹紧，刀架电机停转之后，发出此信号，开始执行进给指令。PB6接光电编码器输出的零位螺纹信号。PC口是输出口，PC0?PC3控制自动转位刀架四个刀位的选刀。PC4用于报警显示，系统正常工作时，输出低电平，绿色发光二极管亮，当系统出现异常情况时，输出高电平，经反向后，红色发光二极管亮，实现报警功能。
8155(2)控制步进电机，行程控制，以及键盘，显示电路。其中PA0?PA7为输出口，用于控制Z向、X向步进电机运转，Z向步进电机为五相，X向为三相。此系统采用软件分配。键盘显示电路为4?6键和6位显示器。PC0?PC5作为键盘的6条列线，是键盘扫描线，是输出口。PB0?PB3接行线作为键盘输入口。PC0?PC5是6位数码显示器的位选信号，8031的P1口是数码显示器的段选信号。PB4?PB7接越程限位控制电路，
当床鞍或拖板在Z向或X向越程时，即向计算机输入此信号，使进给系统停止。
表6 ：数控车床控制系统芯片地址分配
芯片
接74LS1 38引脚
Y0
地址选择线
片内地 址单元 8K 8K
地址编码
0000H-1FFFH 2000H-3FFFH
2764(1) 2764(2)
000xxxxxxxxxxxxx 001xxxxxxxxxxxxx
Y1
8
6264 8155(1)I/O
8155(2)
I/O
Y2 Y4
湖南大学毕业设计
010xxxxxxxxxxxxx 0110000100000xxx 1000000100000xxx
8K 6 6
4000H-5FFFH 6100H-6105H 8100H-8105H
Y4
第五章 数控系统软件设计
5.1 本数控系统软件设计任务
1.系统管理程序 2. 零件加工源程序的输入处理命令 3. 插补程序 4. 伺服控制程序5. 诊断程序 6. 机床的自动加工及手动控制程序 7. 键盘操作和显示处理程序 5.2进给伺服系统X轴与Z轴步进电机控制
数控机床的进给速度与加工精度、表面光洁度和生产率有密切关系。要求进给速度稳定、有一定的调速范围、启动快、停车准。在CNC系统中，可用软件或软件与接口配合实现进给速度控制。常见的有程序计时法、时钟中断法及V/ 积分器法等。在这里只介绍时钟中断法。时钟中断法只要求一种时钟频率，用软件控制每个时钟周期内的插补次数，以达到控制速度的目的。进给速度可每分钟毫米数给定。时钟频率选择：根据最高插补进给速度要求，并结合计算机换算的方便，可取一特殊的F（mm/min），使该速度下每个时钟周期进行一次插补。如取F=256mm/min，脉冲当量为0.01mm/l时： F=256mm/min=256×100/60=426.66l/s
取F=427Hz。这样对F=256mm/min时，恰好每次时钟中断作一次插补。因为Z轴步进电机的控制方法与X轴步进电机的控制方法一样，所以在此仅以X轴步进电机的控制为例说明。 5.3主轴电机的控制
目前，数控机床的主传动电机已经基本不再采用普通的交流异步电机或传统的直流调速电机，它们已逐步被新型的交流调速电机和直流调速电机所代替。数控机床的主传动要求较大的调速范围，以保证加工时能选用合理的切削用量，从而获得最佳的生产率、
8
湖南大学毕业设计
加工精度和表面质量。数控机床的变速是按照控制指令自动进行的。 5.4螺纹加工工作原理和加工程序
主轴脉冲发生器是为加工螺纹安装的主轴转速检测装置。解决螺纹精度和粗糙度，加工出高质量的螺纹是当前数控机床急需解决的问题。被采集的主轴脉冲发生器的脉冲N，经过8031单片机软件处理，转换成沿主轴方向进给的脉冲，通过步进电机推动刀架运动，完成螺纹加工
机床数控的控制对象，是使刀架按给定要求，沿不同坐标方向运动，完成预定加工。对螺纹加工说，只要把装有主轴发生器的旋转轴 和沿主轴Z运动的刀架，看成Z、 坐标系内的两轴联动，则螺纹加工就是解决 和Z的联动问题。当主轴脉冲数固定后，螺距不同，得到不同斜率的直线；转速不同，脉冲频率，只影响沿Z轴的进给速度，对斜率无影响；
在螺纹加工中，脉冲的到来是沿螺距方向进给的依据。螺纹加工的进给速度由脉冲的频率决定。因此，每来一个脉冲，做一次偏差计算，当F≥0时，进给⊿Z。因此脉冲的到来，标志 方向已进给了⊿ ，所以，F≥0进给⊿Z，并需继续进行偏差计算，直至F＜0，再等待下一次脉冲的到来。对于Z方向定义第一象限的进给是+⊿Z，可加工反螺纹。第二象限进给-⊿Z，加工正螺纹。
1.采用软件环形分配器控制步进电机运行 步进电机程序设计的主要任务如下： (1)判断旋转方向 (2)按相序确定控制字
(3)按顺序输入控制字即传送控制脉冲序列 (4)控制步数
本系统步进电机采用三相六拍工作方式，当电机A、B、C三相绕组分别接于8031的P1.0、P1.1、P1.2，其工作状态及控制字如表4-1所示，其中P1.0，P1.1，P1.2经光电耦合和驱动电路到A、B、C三相电机绕组。
2.手动操作移动溜板程序设计
在机床手动工作或自动加工启动前，常需手动移动溜板，使它到达指定位置。这对于零件加工的调刀特别有用。它相当于普通机床用手移动溜板，所不同的是不用手摇手柄，而是通过按键完成。键盘分板指令识别后，控制系统在软件功能指令下自动发出进
8
程序说明如下：
湖南大学毕业设计
给指令，并记忆其移动位置。但要注意，该操作程序必须在主程序执行后才能起作用。
（1）设电机驱动子程序中2027H单元内存方向代码，2028H单元内存速度系数。 （2）使用该程序可使溜板按给定方向移动到指定位置，也可点动，分别由键处理程序调动。
（3）软件自动规定移动速度，按“9速”移动，即纵、横向分别以6.24mm/s和16mm/s的速度移动。
3.逐点比较法插补程序
软件插补方法分为两类：基准脉冲插补法和数据采样法。基准脉冲插补方式适用于以步进电动机为驱动装置的开环数控系统。基准脉冲插补在计算过程中不断向各坐标轴发出相互协调的进给脉冲，从而使各坐标轴作相应移动。基准脉冲插补的实现较简单，通常只需进行加法和移位就能完成插补计算。因此它较易由硬件实现，插补速度快。也可由软件实现，但插补速度和精度受限制，只适合于一些中等精度和中等速度的机床控制，通常为经济型数控系统。基准脉冲插补算法中较为成熟并得到广泛应用的是逐点比较法和数字积分法。以下介绍一下逐点比较法的工作原理和程序：
逐点比较法的基本原理：在刀具按要求的轨迹运动加工零件时，不断比较刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置，根据比较的结果决定下一步进给的方向，使刀具向减少误差的方向进给，且只有一个方向的进给。逐点比较法每进给一步都要经过四个工作节拍：偏差判别、进给、偏差计算、终点判别。利用逐点比较法可以实现平面内的直线和圆弧插补，插补误差被控制在一个脉冲当量之内，输出脉冲均匀且速度变化不大，因此在两坐标数控机床中得到较为普遍的应用。
4.直线插补
下面以第一象限直线为例说明。 实现逐点比较法直线插补可以采用硬件逻辑，也可以利用软件来模拟。软件插补灵活可靠，但速度较硬件慢，程序清单见附录8-7a。插补用到的各寄存器在内部RAM中的分配如图4-10a所示，其中判别值为绝对值， 、 和F为二进制补码，低位在上，高位在下，高位的D7位为符号位。
5.圆弧插补
现以第一象限逆圆插补为例说明，逐点比较法圆弧插补每进给一步也需要经过四个工作节拍。逐点比较法由软件实现圆弧插补，动点坐标修正和偏差公式中的乘2及加1
8
湖南大学毕业设计
运算用软件实现时几条指令即可完成，程序清单如附录8-7b。插补用到的各寄存器在内部RAM中的分配，其中终制值为绝对值， 、 、 、 和F为二进制补码，低位在上，高位在下，高位的D7位为符号位。
6.象限
（1）.插补与象限及圆弧走向的关系
前面均是以特例来讨论逐点比较法直线插补和圆弧插补的，所推出的偏差判别公式等仅适用于第一象限中的直线和逆时针走向圆弧。但是，对于不同象限中的线型，其插补运算公式和脉冲进给方向都是不同的，圆弧还受其走向的影响。
在一个坐标平面内，由于象限及圆弧走向不同，圆弧共有8种情况。若用R表示圆弧，用S表示顺时针走向，用N表示逆时针走向，四个象限分别用1、2、3、4标注，则可将这8种情况分别表示为SR1、SR2、SR3、SR4（四个象限的顺圆）和NR1、NR2、NR3、NR4（四个象限的逆圆）。直线情况较简单，仅因象限而异。若用L表示直线，四个象限还由数字1、2、3、4分别标注，则可将4种直线分别表示为L1、L2、L3和L4。
圆弧插补的8种情况和直线插补的4种情况的进给方式，对于各种情况的偏差计算公式不再一一推导。圆弧插补的偏差公式有两套，且公式形式相同。若采用坐标互换的办法，可将两套公式合并为一套公式。即在用第二套公式计算时，将X和Z的坐标值互换，使第二套公式变为了第一套公式的形式，实现合二为一。直线插补只有一套计算公式，只是各象限的进给方向不同。可将8种不同的进给方向归纳为两个分支，每个分支有两个入口，每个入口包含了有相同偏差公式的不同象限。
（2）.圆弧自动过象限
所谓圆弧过象限，即圆弧的起点和终点不在同一个象限内。为实现一个程序段的完整功能，须设置圆弧自动过象限功能。
首先应判别何时过象限。过象限有一个显著的特点，即过象限时刻正好是圆弧与坐标轴相交的时刻，因此在两个坐标轴中必有一个为零。这样，判别是否过象限只要检查坐标值是否为零即可。过象限后圆弧线型也改变了。但过象限时象限的转换是有一定的规律的。当圆弧起点在第一象限时，顺时针圆弧过象限的顺序是SR1 SR4 SR3 SR2 SR1，即每转过一次，象限顺序号减1；逆时针圆弧过象限的转换顺序则为NR1 NR2 NR3 NR4 NR1，每转过一次象限顺序号加1。
7.系统的初始化
8