基于单片机的新型逐点比较直线插补法设计

摘 要：随着社会的发展，资源越来越紧张，建立节约型社会的要求更加迫切。提出一种插补方法，其在改进单片机程序设计的基础上利用两轴联动走斜线取代原来的单轴单向运动走直角，可以更好地逼近工件的加工面，提高加工精度和零件表面质量，综合地减少了原材料和加工成本。

关键词：逐点比较；直线插补；两轴联动；汇编语言

中图分类号：TN409文献标识码：B

文章编号：1004 373X(2009)02 123 03

Design of New Point by Point Comparison Straight Line

Interpolation Based on Single Chip Computer

GAO Haitao

(Luoyang Technical Institute,Luoyang,471023,China)

Abstract：Along with development of sciety,the resources are shortened,it is urgent to establish economical society.The interpolation method applies two axis linkages on the improvement of single chip computer′s circuit programming foundation to walk the oblique line substitution original single axle unidirectional movement to walk the right angle,may approach the machined surface of work piece,improve the processing precision and the components′surface quality,reduce raw material and the processing cost.

Keywords：point by point comparison;straight line interpolation;two axis linkages;assembly language

0 引 言

随着社会的发展，资源越来越紧张，建立节约型社会的要求更加迫切。科技工作者都在尽力改进设计、工艺，以减少原材料和人工的投入，取得更大的效益。在教学和生产过程中，发现教科书与实际数控系统实现插补的方法都是单轴单向走直角运动，这样在工件的表面就会形成直角的加工轮廓，导致粗糙度大。如果能采用两轴联动走斜线的方法，就能更好地逼近工件的外形，提高加工精度和零件表面质量。

1 设计原理

该设计中采用两轴联动插补（图1中细实线表示的走刀路线，x和y相电机可以同时运动）与常用的单轴插补（图1中虚线表示的走刀路线，x和y相电机在某一时刻只有1个运动）相比，可以明显地减小零件表面的粗糙度，提高加工质量。

两轴联动逐点比较法的插补分为5个步骤，以第一象限为例：

第一步:根据直线偏向判定插补方向。如图1所示，根据要加工的直线两端点A（x璦,y璦），B（x璪,y璪）的坐标判定要加工的直线偏向及插补方向；当x璭（x璪-x璦 ）≥y璭（y璪-y璦）时，加工轮廓偏向x 轴，走x和xy；当x璭（x璪-x璦 ）＜y璭（ y璪-y璦）时,加工轮廓偏向y 轴,走y和xy。

图1 两轴联动比较插补

第二步:偏差判别。判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏差状况；直线AB上任一点C(x,y) ，其坐标满足：x/y=x璭/y璭，若刀具加工点为P璱（x璱，y璱），则该点的偏差函数与加工直线的位置关系为：F璱= 0，表示加工点位于直线上； F璱＞ 0，表示加工点位于直线上方；F璱＜ 0，表示加工点位于直线下方。

第三步:坐标进给。根据偏差控制坐标轴进给，使加工点向被加工轮廓靠拢，见表1。

表1 坐标进给与加工点的关系

F＞0F=0F＜0

x璪-x璦＞y璪-y璦(偏向x轴)沿x轴进给一步沿xy轴进给一步沿xy轴进给一步

x璪-x璦=y璪-y璦沿xy轴进给一步

x璪-x璦＜y璪-y璦(偏向y轴)沿xy轴进给一步沿xy轴进给一步沿y轴进给一步

第四步:计算新偏差。刀具进给一步后，坐标点位置发生了变化，计算新位置的偏差值；x璱，y璱为当前插补点的动态坐标，其原始的偏差计算公式为：

Ｆ璱＝x璭y璱-x璭y璪

沿x轴进给一步，动态坐标变为（x璱+1＝x璱＋１，y璱+1＝y璱），新偏差变为：

Ｆ璱+1＝x璭y璱－（x璱＋１）y璭＝x璭y璱－x璱y璭－y璭＝

Ｆ璱－y璭

沿y进给一步，动态坐标变为（x璱+1＝x璱，y璱+1＝y璱＋１），新偏差变为：

Ｆ璱+1＝x璭(y璱＋１）－x璱y璭＝x璭y璱－x璱y璭+x璭＝

Ｆ璱+ x璭

xy联动进给一步，动态坐标变为（x璱+1＝x璱＋１，y璱+1＝y璱＋１），新偏差变为:

Ｆ璱+1＝x璭(y璱＋１)－（x璱＋１)y璭＝

x璭y璱－x璱y璭+x璭－y璭＝Ｆ璱+ x璭－y璭

第五步:终点判别。判别长轴坐标x或y坐标是否到达终点，若已经插补到终点，则返回监控。

两轴联动逐点比较法的第一象限直线插补软件流程图如图2所示。

2 程序设计

2.1 存储单元分配

存储单元分配４ＦＨ，５０Ｈ为终判值；４ＤＨ，４ＥＨ为x璭(x璪-x璦)；４ＢＨ，４ＣＨ为y璭(y璪-y璦)；４９Ｈ，４ＡＨ为偏差值Ｆ；４７Ｈ为y电机当前相序；４８Ｈ为x电机当前相序；以大地址格式(低地址单元存放高位数据)存放各种数据。

2.2 程序清单

ＣＨＡＢＵ ：ＭＯＶ ＳＰ，＃６０Ｈ；定义堆栈指针

ＭＯＶ ４ＡＨ，＃００Ｈ；偏差单元清零

ＭＯＶ ４９Ｈ，＃００Ｈ

ＭＯＶ ４７Ｈ，＃００Ｈ；初始化x电动机

ＭＯＶ ４８Ｈ，＃００Ｈ；初始化y电动机

ＭＯＶ Ｐ１，＃１１Ｈ ；x，y电动机Ａ相上电

ＭＯＶ Ａ，４ＥＨ；计算终点判别，x璭，y璭低位减

ＣＬＲ Ｃ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＣＨ

ＭＯＶ Ａ，４ＤＨ；x璭，y璭高位减

ＳＵＢＢ Ａ，４ＢＨ

ＪＣy；x璭≤y璭

x：ＭＯＶ ５０Ｈ，４ＥＨ ；x，xy插补，x向坐标为判终坐标

ＭＯＶ ４ＦＨ，４ＤＨ

ＳＪＭＰ ＸＬＰ２

Ｙ：ＭＯＶ ５０Ｈ，４ＣＨ；y,xy插补，y向坐标为判终坐标

ＭＯＶ ４ＦＨ，４ＢＨ

ＹＬＰ２：ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ；取偏差Ｆ的高８位

ＪB ＡＣＣ．７，ＹＪＰ；偏差Ｆ＜ 0，去y进给

ＡＣＡＬＬ ＸＹＪＰＺ；Ｆ≥０，调xy进给及偏差计算

ＡＣＡＬＬ ＺＺＪＹ

ＪＮＺ ＹＬＰ２ ；终判值不为零，去ＹＬＰ２，否则插补结束

ＲＥＴ

ＹＪＰ： ＡＣＡＬ ＹＪＰＺ

ＡＣＡＬＬ ＺＺＪＹ

ＪＮＺ ＹＬＰ２

ＲＥＴ

ＸＬＰ２：ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ；取偏差Ｆ的高８位

ＪＮB ＡＣＣ．７，ＸＪＰ；偏差Ｆ＞ 0，去x进给

ＡＣＡＬＬ ＸＹＪＰＺ；Ｆ≤０，调xy进给及偏差计算

ＡＣＡＬＬ ＺＺＪＹ

ＪＮＺ ＸＬＰ２；终判值不为零，去ＸＬＰ２，否则插补结束

ＲＥＴ

ＸＪＰ： ＡＣＡＬ ＸＪＰＺ

ＡＣＡＬＬ ＺＺＪＹ

ＪＮＺ ＸＬＰ２

ＲＥＴ

ＸＹＪＰＺ：ＡＣＡＬＬ ＸＹＪＩＮＧ ；xy进给

ＣＬＲ Ｃ；计算新偏差Ｆ值，Ｆ璱+1＝Ｆ璱－y璭+x璭

ＭＯＶ Ａ，４ＡＨ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＣＨ；可向高位字节借位

ＭＯＶ ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＢＨ

ＭＯＶ ４９Ｈ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４ＡＨ

ＡＤＤ Ａ，４ＥＨ

ＭＯＶ ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ

ＡＤＤＣ Ａ，４ＤＨ

ＭＯＶ ４９Ｈ，Ａ

ＲＥＴ

ＹＪＰＺ：ＡＣＡＬＬ ＹＪＩＮＧ；调y电动机正转子程序

ＭＯＶ Ａ，４ＡＨ ；计算新偏差Ｆ值，Ｆ＝Ｆ＋x璭

ＡＤＤ Ａ，４ＥＨ

ＭＯＶ ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ

ＡＤＤＣ Ａ，４ＤＨ

ＭＯＶ ４９Ｈ，Ａ

ＲＥＴ

ＸＪＰＺ：ＡＣＡＬＬ ＸＪＩＮＧ；x进给

ＣＬＲ Ｃ；计算新偏差Ｆ值，Ｆ璱+1＝Ｆ璱－y璭

ＭＯＶ Ａ，４ＡＨ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＣＨ；可向高位字节借位

ＭＯＶ ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４９Ｈ

ＳＵＢＢ Ａ，４ＢＨ

ＭＯＶ ４９Ｈ，Ａ

ＲＥＴ

ＺＺＪＹ：ＣＬＲ Ｃ；终判值减１

ＭＯＶＡ，５０Ｈ

ＳＵＢＢ Ａ，＃０１Ｈ；可向高位字节借位

ＭＯＶ ５０Ｈ，Ａ

ＭＯＶ Ａ，４ＦＨ

ＳＵＢＢ Ａ，＃００Ｈ；考虑低位字节借位

ＭＯＶ ４ＦＨ，Ａ ；终判值判零

ＯＲＬ Ａ，５０Ｈ

ＲＥＴ

ＸＪＩＮＧ：ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＸＤＡＴＡ

ＩＮＣ ４８H；取下一节拍相序

ＣＪＮＥ ４８Ｈ，＃０６Ｈ，Ｓ１

ＭＯＶ ４８Ｈ，＃００Ｈ

Ｓ１：ＭＯＶ Ａ，４８Ｈ

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ

ＭＯＶ ４６Ｈ，Ａ

ＯＲＬ Ａ，４５ＨＨ；保存y电动机原状态不变

ＭＯＶ Ｐ１，Ａ

ＲＥＴ

ＹＪＩＮＧ：ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＹＤＡＴＡ

ＩＮＣ ４７H;取下一节拍相序

ＣＪＮＥ ４７Ｈ，＃０６Ｈ，Ｓ２

ＭＯＶ ４７Ｈ，＃００Ｈ

Ｓ２：ＭＯＶ Ａ，４７Ｈ

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ

ＭＯＶ ４５Ｈ，Ａ

ＯＲＬ Ａ，４６Ｈ；保存x电动机原状态不变

ＭＯＶ Ｐ１，Ａ

ＲＥＴ

ＸＹＪＩＮＧ：ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＸＤＡＴＡ

ＩＮＣ ４８H ；取下一节拍相序

ＣＪＮＥ ４８Ｈ，＃０６Ｈ，Ｓ１１

ＭＯＶ ４８Ｈ，＃００Ｈ

Ｓ１１：ＭＯＶ Ａ，４８Ｈ

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ

ＭＯＶ ４６Ｈ，Ａ

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＹＤＡＴＡ

ＩＮＣ ４７H ；取下一节拍相序

ＣＪＮＥ ４７Ｈ，＃０６Ｈ，Ｓ２２

ＭＯＶ ４７Ｈ，＃００Ｈ

Ｓ２２：ＭＯＶ Ａ，４７Ｈ

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ

ＭＯＶ ４５Ｈ，Ａ

ＯＲＬ Ａ，４６Ｈ

ＭＯＶ Ｐ１，Ａ

ＲＥＴ

图2 两轴联动逐点比较法的第一象限直线插补软件流程

3 结 语

在设计原系统中使用新的插补程序后,产品的表面质量和精度都有了很大提高,并且减少了下道工序的加工时间,降低了加工成本，提高了生产效益。

参考文献

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作者简介 高海涛 女，1966年出生，高级工程师。主要从事电子电气设计方面的工作。