基于四次位移曲线的CNC数控系统的研究 摘要：对加减速控制方法在CNC 数控系统中的运用进行了总体介绍。对开发的四次位移曲线 加减速方法数控系统的总体结构进行了介绍，包括硬件和软件部分。然后对加减速在本系统 中的具体应用方法做了说明，并通过一个加工实例，对常见的几种加减速方法进行了验证和 比较。 关键词：加减速控制方法 四次位移曲线加减速方法 CNC 数控系统 Based on the displacement curve of four CNC Numerical Control System 1 Teachers Campus,Guangzhou Technology Teachers College, Li Li-bin 2 Guangdong Industry and trade Professional Technology College， Zhao Wen-long 3 guangdong university of technology，Gao-jian Abstract: To adding the control method reducing the speed, in CNC, the population having wielded go along in numerical control system introduces that. The population structure adding the method numerical control system reducing the speed has carried out the part introducing , including hardware and the software on development four time of displacement curves. Have been used for and then explanation to the method applying concretely in adding the system reducing the speed in , have been in progress and by adding the method reducing the speed one processes an example , face to face common several kind verifying and comparing. Keywords: Add the control method reducing the speed Four time of displacement curves add the method reducing the speed CNC numerical control system 加减速控制是CNC 系统的关键技术之一，也是实现数控系统高实时性的瓶颈。在CNC 装置中，为了保证机床在启动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对进给电机的 脉冲频率或电压进行加减速控制。即在机床加速启动时，保证加在电机上的脉冲频率或电压 逐渐增加;而当机床减速停止时。保证加在电机上的脉冲频率或电压逐渐减小。好的加减速 控制算法除了应保证数控机床运动平稳，在启停和程序段间速度有变化时不产生失步、超程、 冲击和振荡外;还应当具有算法简单、系统加减速处理时间短、实时性强的特点。此外，很 好的柔性(通用性)也是必要的，以便适应不同配置的机床，特别是在高速加工中，这显得尤 为重要。 1 加减速控制方法 1.1 直线加减速控制方法 直线加减速控制方法是加减速控制方法中最为简单的一种，也是最常用的一种。数控系 统每插补一次，都要进行稳定速度、瞬时速度和加减速处理。整个过程共有加速、匀速、减 速三个阶段。 1.2 S 曲线加减速控制方法 直线加减速启动和加减速结束时存在加速度突变，产生冲击，因而不适合用于高档的数 控系统。一些先进的CNC 系统采用S 形加减速，通过对启动阶段即高速阶段的加速度衰减， 来保证电机性能的充分发挥和减小启动冲击。正常情况下S 曲线加减速的运行过程可分为7 段:加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段、减减速段。 1.3 四次曲线加减速控制方法 是一种四次位移曲线，三次速度曲线的加减速控制方法。非常实用于高档的数控系统上， 具有算法简单，柔性好的优点，是一种值得推广的加减速模式。 2 四次位移曲线加减速系统总体结构与组成 2.1 系统硬件结构 本数控系统采用通用PC 机和单片机构成的主从式二级控制总体结构，系统硬件组成如 图1 所示，上位机采用通用PC 机，完成系统参数的设置、加工数据的实时计算和仿真等任 务，而下位单片机系统完成不同方向的进给驱动控制，并从外部机器上获取加工状态的反馈 信息，上、下位机间以中断方式进行串行通信。 图1 硬件系统结构框图 下位机系统能根据主机命令，独立完成全部数控功能，基于单片机技术设计的速度位 置控制单元，用于同时对三轴((x, Y, z 向)电机进行多功能的控制。速度位置控制单元采 用Winbond78E58 作为主控芯片。整个电路主要由开关量输入控制电路、脉冲控制电路及 通讯电路等组成。脉冲控制电路由三个定时/计数器8254 来实现对三个驱动电机的位置及 速度控制。当前加工轨迹段运行完毕后可向主机申请中断，78E58 也可通过查询中断的方 式获得当前运行状态。开关量输入电路可检测限位开关、对刀仪等状态，并向78E58 申请 中断。 2.2 系统软件结构 根据数控机床的功能控制要求，并结合图1 硬件总体结构，本数控系统的系统软件，由 PC 系统控制软件和驱动接口卡软件两大部分组成，它们之间相互独立，如图2 所示。其中 PC 机上的系统控制软件采用面向对象的编程技术((OOP)、由高级编程语言Visual C 十十编 制而成，各个功能模块被独立地封装在不同的对象中，系统具有良好的扩充性和可移植性。 驱动卡上的软件部分由汇编语言编制而成。 PC 系统控制软件负责整个系统的综合管理、人机交互和数据处理等工作。具体由以下 几部分组成:人机接口部分、数据处理软件部分、工作模式控制软件部分、通信部分、诊断 部分和联机帮助系统软件部分，各个部分各自包含一些独立的功能模块。其中，人机接口部 分用于管理机床参数、提供NC 程序全屏幕编辑窗口并且可以在加工过程中动态显示机床加 工状态，以实现用户与系统之间的信息交互。数据处理软件部分用于对NC 程序进行语法检 查和译码，间隙补偿、加减速控制和插补运算等强实时功能。工作模式控制软件部分提供各 种常见的工作模式控制，协调控制机床实时运动，并实现动态图形仿真功能。通信软件部分 用于实现PC 机和接口卡之间的双向串行数据通信，保证数据通讯畅通。诊断软件部分可以 在系统工作过程中随时发现系统故障、并指示故障类型，以实现在线诊断功能，保证系统正 通 用 P C 外部设备 显示器、鼠 标和键盘 形成交互 界面 78E58 位置、速度 控制单元 正反转信号 隔离开 关量输 入接口 光 电 隔 离 X 轴驱动器 Y 轴驱动器 Z 轴驱动器 X, Y. Z 轴回零， 限位开关、对刀 等输入 上位机 下位机 常运行。联机帮助系统提供联机帮助功能。
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