數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

   組成該數(shù)控火焰切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件，主要包括工業(yè)PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡和伺服系統(tǒng)。其中工業(yè)PC機(jī)是數(shù)控系統(tǒng)的核心，它擔(dān)負(fù)著切割機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算（粗插補(bǔ)）以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)管理的任務(wù)。運(yùn)動(dòng)控制卡插在工業(yè)PC機(jī)的擴(kuò)展槽中，它一方面與伺服系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制（精插補(bǔ)）；另一方面與機(jī)床控制面板及控制氣源的繼電器相連，通過控制面板，可以調(diào)整機(jī)床的位置，指令機(jī)床啟動(dòng)、暫停或沿原切割軌跡返回，還能實(shí)現(xiàn)切割速度的加速與減速；通過繼電器，可以控制氧氣和乙炔氣體的開關(guān)。伺服系統(tǒng)可以選擇步進(jìn)伺服系統(tǒng)或數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。

   運(yùn)動(dòng)控制卡由自己設(shè)計(jì)，它主要包括譯碼電路、振蕩電路、I／O端口電路、脈沖控制電路、中斷電路以及光電隔離輸入輸出電路。其中譯碼電路為運(yùn)動(dòng)控制卡提供一個(gè)接口地址段，通過撥碼開關(guān)可以更改該地址段的范圍；振蕩電路為運(yùn)動(dòng)控制卡上的脈沖控制電路提供一個(gè)固定頻率的脈沖源；I/O端口電路由兩片8255并行口芯片組成，其主要作用是輸出切割機(jī)氣源控制信號(hào)及輸入機(jī)床按鈕信號(hào)；脈沖控制電路由兩片8254計(jì)數(shù)器組成，每片8254計(jì)數(shù)器分別控制一個(gè)軸的伺服電機(jī)；中斷電路是為控制軟件提供硬件中斷信號(hào)而設(shè)計(jì)的；光電隔離輸出輸入電路將工業(yè)PC機(jī)電源和外界電源隔離，減少外界電源對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾。

控制軟件設(shè)計(jì)

    控制軟件是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的靈魂，離開了軟件，數(shù)控系統(tǒng)便無法運(yùn)行。根據(jù)切割加工工藝的要求，同時(shí)又能充分發(fā)揮工業(yè)PC機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，該切割機(jī)的控制軟件按以下模塊化方式來設(shè)計(jì)。

（1）界面設(shè)計(jì)
    該控制軟件的界面分成三個(gè)區(qū)域：圖形仿真跟蹤區(qū)、狀態(tài)顯示區(qū)以及操作說明區(qū)。圖形仿真跟蹤區(qū)用于顯示數(shù)控加工文件所指定零件的圖樣，并在切割過程中跟蹤割炬的運(yùn)動(dòng)軌跡；狀態(tài)顯示區(qū)顯示切割機(jī)目前的狀態(tài)參數(shù)，如切割速度、割炬當(dāng)前坐標(biāo)等；操作說明區(qū)簡(jiǎn)要介紹各種功能所對(duì)應(yīng)的熱鍵，如暫停、返回、加減速及點(diǎn)動(dòng)等功能的熱鍵。熱鍵的功能與操作面板上按鈕的功能相同。

（2）系統(tǒng)初始化及切割等待
    由于運(yùn)動(dòng)控制卡上的8255并行口和8254計(jì)數(shù)器均屬于可編程序芯片，因此，在它們工作前必須對(duì)它們進(jìn)行初始化，按照工作方式確定它們的控制字。在初始化以后，系統(tǒng)便處于切割等待狀態(tài)，此時(shí)可以調(diào)整機(jī)床的位置、檢驗(yàn)自動(dòng)點(diǎn)火裝置以及通氣用的電磁閥是否工作正常。

（3）程序檢驗(yàn)及圖形仿真
    當(dāng)數(shù)控加工程序指定以后，首先要檢驗(yàn)輸入的數(shù)據(jù)文件是否符合規(guī)定的要求，一旦發(fā)現(xiàn)指定的文件中有非法的指令，則退出控制程序，并提示編程人員哪一行出現(xiàn)哪一種類型的錯(cuò)誤，編程人員修改好數(shù)控加工程序以后，可繼續(xù)進(jìn)入控制程序。如果數(shù)控加工程序正確，系統(tǒng)便將讀入的數(shù)控加工程序經(jīng)過處理在圖形仿真區(qū)中畫出零件圖形，無論零件有多大或多小，系統(tǒng)都能自動(dòng)按比例縮放。

（4）數(shù)控加工程序處理
    為了節(jié)省計(jì)算機(jī)在插補(bǔ)過程中的運(yùn)算時(shí)間，在正式插補(bǔ)前對(duì)數(shù)控加工程序作一些預(yù)處理是十分必要的，預(yù)處理主要包括長(zhǎng)直線段的預(yù)處理和圓弧的預(yù)處理。由于運(yùn)動(dòng)控制卡一次計(jì)數(shù)的范圍有限，因此當(dāng)長(zhǎng)直線段超出計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍時(shí)，須將長(zhǎng)直線段分解成若干段小直線段，防止計(jì)數(shù)值溢出。又由于運(yùn)動(dòng)控制卡不能直接用來對(duì)圓弧進(jìn)行插補(bǔ)，因此必須在誤差允許的范圍內(nèi)將圓弧分解成小直線段，在相同誤差范圍內(nèi)，該方法對(duì)圓弧的分解是最為有效的。從實(shí)際出發(fā)，我們選擇最大的誤差為1BLU，即EH=ER=1BLU，則在計(jì)算出小直線段對(duì)應(yīng)的圓弧夾角α后，便可通過幾何關(guān)系計(jì)算出從圓弧起點(diǎn)到終點(diǎn)各小直線段的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。

（5）插補(bǔ)控制及軌跡的動(dòng)態(tài)跟蹤
    在插補(bǔ)過程中，計(jì)算機(jī)一方面根據(jù)數(shù)控加工程序中的數(shù)值以及各軸的脈沖當(dāng)量計(jì)算出X軸、Y軸的脈沖數(shù)；另一方面根據(jù)指定的切割速度，計(jì)算出各軸的分頻系數(shù)。并在上一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，將計(jì)算出的脈沖數(shù)和分頻系數(shù)送到對(duì)應(yīng)8254計(jì)數(shù)器的對(duì)應(yīng)通道。另外，計(jì)算機(jī)通過不停地讀回8254計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，得到剩余的脈沖數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到割炬當(dāng)前的屏幕坐標(biāo)，并用小箭頭指示。因此從顯示屏上，操作者可以清楚地看到當(dāng)前的切割位置。

（6）按原軌跡返回功能的實(shí)現(xiàn)
    在切割過程中，若發(fā)現(xiàn)有未割穿的情況，此時(shí)可以按下暫停鍵，暫時(shí)中斷切割并自動(dòng)關(guān)閉切割氧；再按下返回鍵，割炬便準(zhǔn)確地按原軌跡返回；待割炬返回到未割穿點(diǎn)以后，再次按下暫停鍵并按啟動(dòng)鍵，切割機(jī)便自動(dòng)打開切割氧，重新進(jìn)行切割。在按下返回鍵時(shí)，計(jì)算機(jī)便從運(yùn)動(dòng)控制卡上的8254計(jì)數(shù)器中讀回剩余的脈沖數(shù)，與原來的脈沖數(shù)進(jìn)行比較，將差值送回8254計(jì)數(shù)器，并使方向信號(hào)反相，這樣便使割炬按原軌跡返回。在該指令結(jié)束時(shí)，使系統(tǒng)指回上一條指令，從而實(shí)現(xiàn)線段之間的連續(xù)返回。在返回過程中，指示割炬位置的小箭頭也按原軌跡返回。

（7）系統(tǒng)管理
   系統(tǒng)管理是用來在切割過程中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理，包括暫停、啟動(dòng)、退出、升降速的控制以及對(duì)限位信號(hào)的處理。