技術(shù)

數(shù)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

   組成該數(shù)控火焰切割機數(shù)控系統(tǒng)的硬件，主要包括工業(yè)PC機、運動控制卡和伺服系統(tǒng)。其中工業(yè)PC機是數(shù)控系統(tǒng)的核心，它擔負著切割機運動軌跡的計算（粗插補）以及對整個系統(tǒng)管理的任務(wù)。運動控制卡插在工業(yè)PC機的擴展槽中，它一方面與伺服系統(tǒng)相連，實現(xiàn)對切割機運動軌跡的控制（精插補）；另一方面與機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)整機床的位置，指令機床啟動、暫?；蜓卦懈钴壽E返回，還能實現(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)可以選擇步進伺服系統(tǒng)或數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)。

   運動控制卡由自己設(shè)計，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。其中譯碼電路為運動控制卡提供一個接口地址段，通過撥碼開關(guān)可以更改該地址段的范圍；振蕩電路為運動控制卡上的脈沖控制電路提供一個固定頻率的脈沖源；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氣源控制信號及輸入機床按鈕信號；脈沖控制電路由兩片8254計數(shù)器組成，每片8254計數(shù)器分別控制一個軸的伺服電機；中斷電路是為控制軟件提供硬件中斷信號而設(shè)計的；光電隔離輸出輸入電路將工業(yè)PC機電源和外界電源隔離，減少外界電源對計算機的干擾。

控制軟件設(shè)計

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

（1）界面設(shè)計
    該控制軟件的界面分成三個區(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動軌跡；狀態(tài)顯示區(qū)顯示切割機目前的狀態(tài)參數(shù)，如切割速度、割炬當前坐標等；操作說明區(qū)簡要介紹各種功能所對應(yīng)的熱鍵，如暫停、返回、加減速及點動等功能的熱鍵。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
    由于運動控制卡上的8255并行口和8254計數(shù)器均屬于可編程序芯片，因此，在它們工作前必須對它們進行初始化，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)，此時可以調(diào)整機床的位置、檢驗自動點火裝置以及通氣用的電磁閥是否工作正常。

（3）程序檢驗及圖形仿真
    當數(shù)控加工程序指定以后，首先要檢驗輸入的數(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)哪一種類型的錯誤，編程人員修改好數(shù)控加工程序以后，可繼續(xù)進入控制程序。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)都能自動按比例縮放。

（4）數(shù)控加工程序處理
    為了節(jié)省計算機在插補過程中的運算時間，在正式插補前對數(shù)控加工程序作一些預(yù)處理是十分必要的，預(yù)處理主要包括長直線段的預(yù)處理和圓弧的預(yù)處理。由于運動控制卡一次計數(shù)的范圍有限，因此當長直線段超出計數(shù)器的計數(shù)范圍時，須將長直線段分解成若干段小直線段，防止計數(shù)值溢出。又由于運動控制卡不能直接用來對圓弧進行插補，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)，該方法對圓弧的分解是最為有效的。從實際出發(fā)，我們選擇最大的誤差為1BLU，即EH=ER=1BLU，則在計算出小直線段對應(yīng)的圓弧夾角α后，便可通過幾何關(guān)系計算出從圓弧起點到終點各小直線段的節(jié)點坐標。

（5）插補控制及軌跡的動態(tài)跟蹤
    在插補過程中，計算機一方面根據(jù)數(shù)控加工程序中的數(shù)值以及各軸的脈沖當量計算出X軸、Y軸的脈沖數(shù)；另一方面根據(jù)指定的切割速度，計算出各軸的分頻系數(shù)。并在上一條指令執(zhí)行結(jié)束時，將計算出的脈沖數(shù)和分頻系數(shù)送到對應(yīng)8254計數(shù)器的對應(yīng)通道。另外，計算機通過不停地讀回8254計數(shù)器的計數(shù)值，得到剩余的脈沖數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到割炬當前的屏幕坐標，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前的切割位置。

（6）按原軌跡返回功能的實現(xiàn)
    在切割過程中，若發(fā)現(xiàn)有未割穿的情況，此時可以按下暫停鍵，暫時中斷切割并自動關(guān)閉切割氧；再按下返回鍵，割炬便準確地按原軌跡返回；待割炬返回到未割穿點以后，再次按下暫停鍵并按啟動鍵，切割機便自動打開切割氧，重新進行切割。在按下返回鍵時，計算機便從運動控制卡上的8254計數(shù)器中讀回剩余的脈沖數(shù)，與原來的脈沖數(shù)進行比較，將差值送回8254計數(shù)器，并使方向信號反相，這樣便使割炬按原軌跡返回。在該指令結(jié)束時，使系統(tǒng)指回上一條指令，從而實現(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整個系統(tǒng)的管理，包括暫停、啟動、退出、升降速的控制以及對限位信號的處理。