工作台说明书

目录

一、设计说明

（一）设计任务

（二）总体方案的确定

（三）系统总体方案设计

二、机械部分设计

（一）脉冲当量的选定

（二）步进电机的选用

（三）计算铣削力

（四）滚珠丝杠副的选用

（五）工作台尺寸确定:

（六）滚珠丝杠长度确定

（七）丝杠传动效率计算

（八）丝杠稳定性验算

（九）丝杠刚度验算

（十）计算减速器传动比

（十一）齿轮机构设计

（十二）传动系统是转动惯量计算

（十三）步进电动机负载能力校验

（十四）导轨的选型及计算

三、控制系统电路设计

（一）接口设计

（二）伺服系统设计

（三）步进电机驱动电路设计

（四）运动控制器控制原理

四、控制软件结构设计

（一）直线插补程序

（二）圆弧插补程序

参考文献

一、设计说明

本设计是以PC平台为基础的数控X-Y工作台实验系统，它具有直线插补和圆弧插补等数控系统所使用的常用功能，结构简单，操作方便，控制精度相对较高, 可靠性、稳定性和实用性都很好。

X、Y两方向的运动各由一台步进电机控制。数控系统每发出一个信号，步进电机就走一步，并通过中间传动机构带动两方向的丝杠旋转，分别使得X、Y工作台进给。数控系统由单片机、键盘、变频检测系统构成，具有间隙补偿、直线插补、圆弧插补、断丝自动处理等主要功能。线切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。线切割技术、线切割机床正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控线切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优

越性。

（一）设计任务:

设计一个数控X-Y工作台及其控制系统,该工作台可安装在铣床上,用于铣削加工.设计参数如下:

最在铣削直径： 20mm

最在铣削宽度： 8 mm

最大铣削深度： 5 mm

加工材料：碳钢

工作台加工范围：X=250,Y=180

最大移动速度： 3 m/min

（二）总体方案的确定

数控X—Y工作台的总体方案设计应考虑以下几点：

1．工作台应具有沿纵向和横向往复运动、暂停等功能，因此数控控制系统采用连续控制系统。

2．在保证一定加工性能的前提下，结构应简单，以求降低成本。因此进给伺服统采用伺服电机开环控制系统。

3．纵向和横向进给是两套独立的传动链，它们各自由各的伺服电动机、联轴器、丝杠螺母副组成。

4．为了保证进给伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧装置，以提高传动刚度和消除间隙。

5．为减少导轨的摩擦阻力，选用滚动直线导轨。

（三）系统总体方案设计

二、机械部分设计

（一）脉冲当量的选定

根据已知条件：X、Y 方向的脉冲当量δx、δy分别为

δx =δy = 0.01mm

（二）步进电机的选用

即脉冲当量较小，因此这里选用反应式步进电动机。其特点是：步距角小，运行频率高，价 格较低，但功耗较大。

BF 反应式步进电动机技术参数(指导书表2-18)

（1）步进电动机的脉冲频率计算

典型工况下，步进电动机的脉冲频率f x 和f y 分别为

33max 3

10105000/8000/60600.01

x x x x v f p s f p s σ=

?=?=<=?33max 3

10105000/8000/60600.01

y y y y

v f p s f p s σ=

?=

?=<=?

（2）90BF001启动矩频特性

（3）90BF001运行矩频特性

（三）计算铣削力

（1）切削力的请算

选用高速钢直柄立铣刀，其铣削力公式为：

Z d a a a C F t

p f

e

F Z ??????=-86

.072

.086

.081.9

查<<机械制造技术基础课程式设计指导教程>>表5-11得＝68.2，＝20mm ，＝8mm ，＝0.09mm ，＝5mm ,=5

代入公式可知0.860.72 1.86

z F 9.8168.280.09520

51345N -=??????= （2）进给工作台工作载荷的计算

进给工作载荷沿铣床工作台运动方向可分解为三个力:工作台纵向进给方向载荷，工作台垂直进给方向载荷，工作台横向进给方向载荷。 （3）工作台载荷与铣削力的经验比算(指导书表2-4) 考虑最不利影响

/=0.9 /=0.8 /=0.4

所以= 1211 N=1076 N=538 N

（四）滚珠丝杠副的选用

（1）丝杠寿命的估算

令两方向丝杠的工况均为：每天开机8小时；每年300 个工作日；工作10年以上。 丝杠材料：CrWMn 钢；滚道硬度为58~62HRC ；丝杠传动精度为±0.04mm 丝杠寿命 :

'83001024000h L h =??=

初定丝杠的导程为P=5 其平均转速为工作台最大移动速度一半时所对应的转速 故平均转速1000 1.51000

300/min 5

v n r p ??=

== （2）计算丝杠工作载荷

计算载荷F C 求解,其中取 的较大值为F m, 故 F m, =1211 N

F C =K F K H K A F m = 1.1×1.0×1.0×=1332N

查《机电一体化设计基础》表2-6；2-7；2-8 得 K F =1.1; K H =1.0; K A =1.0 查表 2-4 取C 级精度。

表2-7 硬度系数

表

2-8 精度系数

（3）额定动载荷计算a 计算

12479421a C F N ==≈ （4）滚珠丝杠副初选

假设选用C1 型号，按滚珠丝杠副的额定动载荷C a 等于或稍大于C a 的原则，选初定选用汉江机床生产的 2005-3C a =10493 N 其参数如下:

)

2d -

=工作台的行程为X ＝250mm ，Y ＝180mm 。工作台尺寸一般为工作台行程的1.1倍。所以：X ＝250×1.1＝275mm, Y ＝180×1.1＝198mm 。圆整，取X ＝270mm,Y ＝190mm 。其厚度初定为30mm

选择工作台的型槽为T 型槽，查《袖珍机械设计师手册》表3-25可得所选T 型槽的参数： A ＝12mm

B ＝21mm

C ＝9mm H ＝20mm

间距取50mm

一取工作台厚度为T 型槽厚度的2倍， 即2×20＝40mm 。

工作台质量：М0＝ ＝3

7.8102719416kg -????=,即纵向丝杠所承受的质量。因工作台有T 型槽，故取М0＝15kg 。(减去3个t 型槽的重量得到的大概数值)

横向丝杠所要承受的质量М为工作台质量加上拖板质量，一般以工作台质量的3.5倍计。即М＝52.5kg

（六）滚珠丝杠长度确定

根据经验公式 l l L l =++行程余量 其中L 由2005-3丝杠副中取L=97mm. 故 =250+97+50=397mm 圆整 =400mm =180+97+50=327mm 圆整 =330mm

（七）丝杠传动效率计算

滚珠丝杠螺母副的传动效率为

)

(?λλ

η+tg tg ＝

见《机电综合设计指导》公式（2-15）P15

式中：为丝杠螺旋升角，为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数＝0.003～0.004,

其摩擦角约等于。 所以， 94.0)

01'552('

552)(='+??+tg tg tg tg ＝＝

?λλη

（八）丝杠稳定性验算

由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数 S ，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S], [S] 是许用稳定性安全系数一般取2.5~4 丝杠不会发生失稳的最大载荷称为临界载荷Fcr （N ）按下式计算：

2

()

A

cr EI F l πμ=

式中，E 为丝杠材料的弹性模量，对于钢，E=206GPa ；l 为丝杠工作长度（m ）；Ia 为丝 杠危险截面的轴惯性矩（m4）；μ为长度系数.丝杠初定支承方式如下

故0.7μ≈(一端固定.另一端铰支)

X 轴受到的临界力: 99522

3.14206103100.2510()(0.70.40)A xcr

EI F N l πμ-????===?? Y 轴受到的临界力: 99522

3.14206103100.3610()(0.70.33)

A ycr EI F N l πμ-????===?? 安全系数:

5

0.2510211211xcr x m F s F ?===>

5

0.3610301211

ycr

y m F s F ?===>

临界载荷与丝杠工作载荷之比称为稳定性安全系数s,如果大于许用稳定性安全系数[s] ,刚该滚珠丝杠不会失稳. 一般取[] 2.5

4s =,考虑丝杠自重对水平滚珠丝杠的影响可取[]4s ≥

（九）丝杠刚度验算

滚珠丝杠在工作负载F （N ）和转矩T (N ?m )共同作用下引起每个导程的变形量

22c

pF p T

p EA GJ π?=±±

式中，A 为丝杠截面积 1221A=

()4d m π，为丝杠的极惯性矩 44c 1J =()32

d m π

G 为丝杠切变模量，对钢G = 83.3GPa ；T (N ?m )为转矩。

2

tan()2

m

D T F λρ=+ 式中，ρ为摩擦角，其正切函数值为摩擦系数；为平均工作负载 由所选用选杠有 433'λ=10'ρ=

320

121110tan(433'10')0.99.2

T N m -=?

??+≈ 按最不利的情况取（其中F = F m ）

222

2411

4162c pF p T pF p T p EA GJ Ed Gd πππ?=+=+ 332922944510112116(510)0.993.14206100.01679 3.1483.3100.01679

--??????=+??????

812.90710m -≈?

则丝杠在工作长度上的弹性变形所引起的导程误差为:取x l l =进行校验.

2

3

12.907100.4010.32510p l l m m p μμ--???==?=?

通常要求丝杠的导程误差Δl 应小于其传动精度的1/2，

11

[]0.040.022022

l mm m σμ?==?==[]l l ?

（十）计算减速器传动比

减速器传动比：

由所选电机型号和丝杠副参数可求得传动比如下:

0.94

13603600.01

b p p i θσ?=

==?

（十一）齿轮机构设计

系统传递的功率很高，在要求不高时，以后各步的计算可省略。并采用经验法来 设计各元部件。

（1）选择材料及确定许用应力

齿轮材料选择45 钢（表面淬火），硬度为45HRC 齿轮的接触疲劳强度极限σlim1 H =1130MP a （淬火处理）

安全系数S H 和S F

取安全系数 1.1H S =

lim

1130

[]1027.271.1

H H H

MPa MPa S σσ=

=

= 齿轮的弯曲疲劳强度极限 lim 240F MPa σ= 取 1.3F S =

lim

240

[]184.621.3

F F F

MPa S σσ=

=

=

（2）齿结构参数确定

为简化结构选1220z z ==, 模数m 取1.5, 则121230D D mz mz mm ==== 齿宽 20B mm =

（十二）传动系统是转动惯量计算

传动系统是转动惯量是一种惯性负载,在电机选用时必须加以考虑。由于传动系统的各传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算问题。最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。本设计需要对电机转子,联轴节,丝杠,工作台进行转动惯量的计算。 两齿轮转动惯量:

43432120.78100.7832100.126.J J D B kg cm --==??=???=

滚珠丝杠转动惯量的折算:

43220.78240100.4992.s

S J J kg cm i

-==???= 工作台转动惯量折算到丝杠上:

2220.5

(

)()52.50.33.22G p J M kg cm ππ

==?= 由电机参数可知:

52217.6410. 1.764.J kg m kg cm -=?=转子

传动系统等效转动惯量计算:

2120.12620.49920.33 1.0812S G J J J J J J kg cm =++++=?++=转子

惯量匹配验算:

1.08120.611.764J J =

=转子

满足 114J

J ≤≤转子

的要求,惯量匹配合理.

（十三）步进电动机负载能力校验

电机加速力矩:

2max

210(.)60KA n M J J

N cm t

πε-==?参考类似设计取t=0.04s 电机最大转速:

max max 30000.9

/min 750/min 3600.01360

b p v n r r θσ?=

==?

故 22750

1.08121021.08.0.2108.600.04

ka M N cm N m π-?=?

?==?

参考指导书表2-17如下:

由表可求得电机空载启动时max 0.298.0.707

j M N m =

=

所选电机90BF001最大静转矩3.92N.m 远大于所需的启动转矩.因此选择的步进电机的功能不能充分发挥,为提高经济效益可考虑重选.

（十四）导轨的选型及计算

导轨为直线滚动矩形导轨，本设计中共用4条导轨，每条导轨用2个滑块.考虑到切削工件时工作台受力不均产生起颠覆力矩初步确定选用燕尾形直线滚动导轨.

滚动导轨副的距离额定寿命可用下列公式计算：

滚动体为球时 3

50???

?

??=W C T H a f f f f F C L 一般滚子导轨的距离寿命定为100km. 为硬度系数导轨面的硬度为58～64HRC 时，＝1.0；为温度系数，当工作温度不超过1000

C 时，＝1；为接触系数，每根导轨条上装二个滑块时＝0.81；为载荷/速度系数，无冲击振动或min /60m v <时，＝1-1.5取=1.5。 求

3

10

100()100w a

H T C

f F C f f f ??=,其中F 为丝杠\工作台的重力:F=Mg=52.5*9.8N=514N

=1.5＝1.0＝1＝0.81

计得: 951.8a C N = 根据查设计指导书表2-16,选择20

S V

GDA T W

型号的燕尾形导轨副. 三、控制系统电路设计

机电一体化控制系统由硬件系统和软件系统两大组成。在机床行业，控制系统的控制对象主要包括各种机床。在使用中各种控制对象各不相同，但其控制系统硬件组成的基本原理是一致的。控制系统的硬件基本组成图如下

如果是开环控制系统，则没有反馈电路，不带检测装置。 硬件设计主要包括微杨控帛系统的扩展、接口及控制电路。

（一）接口设计

因为本系统传输距离较短，数据传输率高，所以采用并行通讯方式。

8255A 是Intel180系列微处理机的配套并行接口芯片，它可以为8086/8088与外设之间提供并行输入/输出的通道，由于它是可编程的，可以通过软件来设置芯片的工作方式，所

以，用8255A连接外设时，通常不用附加外部电路。

本设计中采用的可编程并行接口8255A可为微处理器提供三个独立的并行输入/输出端口，利用输出端口与运算放大器相连，可控制步进电机的运转及速度。利用模数转换器又可将工作台的位置及速度参数变换成数字量，通过并行输入端口送回微机系统中，从尔构成半闭环系统。

8255A中端口A工作在方式0，完成输出功能，用来向x,y向步进电机输出8位脉冲信号。端口B工作在方式1，完成输入功能，用来接受由模数转换器输入的8位脉冲信号。端口C作控制用，PC7用作模数转换器ADC0809的启动信号，PC2用作输入的STB信号，PC0用作中断请求信号，INTR，通过中断控制器8259A可向CPU发中断请求，这些都要由初始化程序来定义。

由8255A端口A输出的8位数字信息，经运算放大器放大后便将模拟电流放大并转换为模拟电压，经过调整可达到，当CPU输出的数字量从00H-FFH时，运算放大器输出0－4.98V 的模拟电压，该电压经传感器可调节控制不进电机的转动与速度。

通过8255A并行接口和步进电机的驱动器电路连接，这样就可以用计算机的软件取代常规大的环形分配器。PA0-PA7的八个端口后接步进电机的各项绕组，光电隔离器TIL117是用作电平转换并防止电机电路对微处理器的干扰，驱动电路由复合功率放大，驱动步进电机的三个绕组A相，B相，C相,D相。

（1）人机接口

A、采用键盘或BCD 码盘作为输入。

B、采用LED 作为电源等指示标志。

C、采用蜂鸣器或扬声器作为警报装置。

D、采用数码管作为显示器。

（2）机电接口

采用光电偶合器作为微型机与步进电动机驱动电路的接口，实现电气隔离。

（二）伺服系统设计

（1）控制部分方案选择

控制方案不外乎三种：开环控制、半闭环控制、闭环控制。

若在“机械传动”机构中引出反馈给控制部分，再经过比较放大的则为“半闭环控制”。如若是在“机械执行机构中引出反馈则为闭环控制。采用步进电机来实现驱动，一般情况下多采用开环控制。因为步进电机的输出转角与控制器提供的脉冲数有着正比关系，电机转速与控制器提供的脉冲频率成正比。因此通常在精确度要求不是很高时，采用步进电机是合理的。当然，由于步进电机具有高频易失步，负载能力不强的缺点。

本次设计的系统精度要求不高，载荷不大，因此采用开环控制。

（2）系统扩展

系统中采用键盘实现输入，并采用LED显示器，它们均需要占用占用较多芯片口线，所以该系统是需要进行系统扩展的。可编程并行接口8255A 是一种应用广泛的并行接口扩展器件。它具有三个8 位并行口PA、PB、PC 由此提供了24 条口线。

（三）步进电机驱动电路设计

（1）步进电机的驱动电路设计主要涉及脉冲分

配器的选择问题和驱动电路的选则问题。

时下脉冲分配器主要有两种：一种是硬件脉冲分配器（国内主要有YB 系列），另一种

是软件脉冲分配器。软件脉冲分配器不需要额外的电路，相应的降低了系统的成本，虽然这种方法占用了一定的计算机运行时间，但是在该设备中计算机有足够的资源来担当脉冲分配任务。该系统采用软件来进行脉冲分配更为合理。单片机与步进电机的接口电路见图3-5

步进电机的驱动电路采用斩波限流驱动方式，这种电路采用单一高压电源供电，以加快

电流的上升速度，并通过对绕组电流的检测，控制功放管的开和关，使电流在控制脉冲持续期间始终保持在规定值上下，这种电路出力大，功耗小，效率高，目前应用较广。

（2）电机驱动程序

设电机总的运行步数放在R4，转向标志存放在程序状态寄存器用户标志位F1（D5）中，当F1为0时，电机正转，为1时则反转。正转时P1端口的输出控制字

01H,03H,02H,06H,04H,05H存放在片内数据存储单元20H~27H中，28H中存放结束标志00H，在29H~2EH的存储单元内反转时P1端口的输出控制字01H,05H,04H,06H,02H,03H,在2DH单元内存放结束标志00H。

（3）电机正反转及转速控制程序

PUSH A ；保护现场

MOV R4, #N ；设步长计数器

CLR C；

ORL C, D5H ；转向标志为1转移

JC ROTE；

MOV R0, #20 ；正转控制字首址指针

AJMP LOOP；

ROTE: MOV R0, #27H ；反转控制字首地址

LOOP: MOV A, @R0；

MOV P1, A ；输出控制字

ACALL DELAY ；延时

INC R0 ；指针加1

MOV A, #00H；

ORL A, @R0；

JZ TRL；

LOOP1: DJNZ R4, LOOP ；步数步为0转移

POP A ；恢复现场

RET；;返回

TPL: MOV A, R0；

CLR A；

SUBB A, #06H；

MOV R0, A；恢复控制字首指针

AJMP LOOP1；

DELAY: MOV R2, #M；

DELAY1: MOV A, #M1；

LOOP: DEC A；

JNZ LOOP；

DJNZ R2, DELAY1；

RET；

（四）运动控制器控制原理

运动控制器由基卡和接口卡组成，如图4-1所示。单卡可以同时控制1-4轴伺服电机的运动。基卡集成了PC机与DSP通信电路，DSP辅助电路，存储器扩展电路，CPLD译码、中断、正交编码处理电路，控制电压转换电路等。接口卡通过62针接头与基卡相连。伺服使能、报警清除等输出信号经过光电隔离后通过25针接头对电机进行控制或者连到I/O端子排进行输出；伺服电机编码器反馈信号经过差分处理和光电隔离后输入基卡，伺服使能、伺服报警信号，回零信号、限位信号和通用I/O信号等也通过光隔进行输入输出。

运行过程中，PC机把粗插补的数据通过PC机与DSP通讯电路传递给DSP进行时间分割精插补。在每一个伺服周期中，CPLD器件EPM7128和DSP各处理两路反馈的正交编码信号进以获取实时位置和速度，DSP进行参数曲线的自适应插补计算出理论插补位置，并与实际位置进行比较获取偏差值，以此作为输入基于速度和加速度前馈进行PID调节，计算获得速度控制量，产生的输出信号经DAC7625进行数模转换及放大电路放大后将模拟电压量送伺服驱动器以控制电机。外部的伺服报警信号、通用输入信号、回零信号、限位输入信号在CPLD 中进行逻辑运算后输入DSP的XINT1，只要有一个信号输入就引起中断，由中断处理程序进一步判断后做出相应处理。

与单片机、PLC相比，采用运动控制卡有以下优势：

1）友好界面：PC平台控制系统受到机器操作员的普遍欢迎。与单片机和PLC方案的界面相比，PC机（显示器、键盘、鼠标、通讯端口、硬盘、软驱等）具有无可比拟的输入输出能力。

2）强大功能：由于PC机的强大功能以及雷赛控制卡的先进技术，基于PC机的运动控制系统能够实现单片机系统和PLC系统所无法应付的无数高级功能。

3）开发便利：用户可使用VB、VC、C++Buider等高级编程语言，快速开发人机界面、调用成熟可靠的运动函数，在几天或几周时间内完成强大控制软件的开发。修改和添加功能十分便利，而且开发好的软件极易移植到类似的机器中。

4）成本优势：由于PC机成本持续下跌且雷赛控制卡具有很高的性价比，使得由此构成的基于PC机和雷赛卡的控制系统在大多数运动控制场合中具有良好的综合成本优势。

控制器原理框图

四、控制软件结构设计

一般机电控制系统中常用的软件结构有：子程序结构、主程序加中断程序结构及中断程序结构。本设计中由铣床的工作原理要进行直线插补程序设计和圆弧插补程序设计。

（一）直线插补程序

在机电设备中，执行部件如要实现平面斜线和圆弧曲线的路径运动，必须通过两个方向运动的合成来完成。在数控机床中，这是由X、Y两个方向运动的工作台，按照插补控制原理实现的。

第一象限直线插补计算子程序框图:

直线插补程序

第一象限直线插补：LP

ＬＰ：ＭＯＶＳＰ,＃６０Ｈ定义堆栈指针

ＭＯＶ４ＡＨ,＃００Ｈ偏差单元清零

ＭＯＶ４９Ｈ,＃００Ｈ

ＭＯＶ４８Ｈ,＃０１Ｈ初始化ＸＹ电动机

ＭＯＶ４７Ｈ,＃０２Ｈ

ＭＯＶＡ,４ＥＨ计算终点判别，Xe+Ye之低位

ＡＤＤＡ,４ＣＨ

ＭＯＶ５０Ｈ,Ａ

ＭＯＶＡ,４ＤＨXe+Ye之高位

ＡＤＤＣＡ,４ＢＨ低位相加，可能产生进位

ＭＯＶ４ＦＨ,Ａ

ＭＯＶＡ,＃０３ＨＸＹ电动机上电

ＭＯＶＤＰＴＲ,＃００３０Ｈ

ＭＯＶＸ＠ＤＰＴＲ,Ａ

ＬＰ2：ＡＣＡＬＬＤＬ０延时子程序ＭＯＶＡ,４９Ｈ取偏差Ｆ的高８位ＪＢＡＣＣ．７,ＬＰ４偏差Ｆ< 0，去ＬＰ４ＡＣＡＬＬＸＭＰＦ＞＝０，调Ｘ电动机正转子程序

ＣＬＲＣ计算新偏差Ｆ值，Ｆ＝Ｆ－Ｙe

ＭＯＶＡ,４ＡＨ

ＳＵＢＢＡ,４ＣＨ可向高位字节借位

ＭＯＶ４ＡＨ,Ａ

ＭＯＶＡ,４９Ｈ

ＳＵＢＢＡ, ４ＢＨ

ＭＯＶ４９Ｈ,Ａ

ＬＰ3：ＣＬＲＣ终判值减１

ＭＯＶＡ,５０Ｈ

ＳＵＢＢＡ,＃０１Ｈ可向高位字节借位

ＭＯＶ５０Ｈ,Ａ

ＭＯＶＡ,４ＦＨ

ＳＵＢＢＡ,＃００Ｈ考虑低位字节借位

ＭＯＶ４ＦＨ,Ａ终判值判零

ＯＲＬＡ,５０Ｈ

ＪＮＺＬＰ２终判值不为零，去ＬＰ２，否则插补结束

ＬＪＭＰ００００Ｈ

ＬＰ4：ＡＣＡＬＬＹＭＰ调Ｙ电动机正转子程序

ＭＯＶＡ,４ＡＨ计算新偏差Ｆ值，Ｆ＝Ｆ＋Ｘe

ＡＤＤＡ,４ＥＨ

ＭＯＶ４ＡＨ,Ａ

ＭＯＶＡ,４９Ｈ

ＡＤＤＣＡ,４ＤＨ

ＭＯＶ４９Ｈ，Ａ

ＳＪＭＰＬＰ3

ＸＭＰ：ＭＯＶＡ，４８Ｈ取X电动机当前状态字

ＣＬＲＣ移位法

ＲＲＣＡ

ＲＲＣＡ

ＲＲＣＡ

ＸＭＰ２：ＣＰＬＡ

ＡＮＬＡ，＃４９Ｈ屏蔽无关位

ＭＯＶ４８Ｈ，Ａ保存Ｘ电动机状态字，作为下次转动的基准

ＯＲＬＡ，４７Ｈ保存Ｙ电动机原状态不变

ＸＭＰ４：ＭＯＶＤＰＴＲ，＃００３０Ｈ

ＭＯＶＸ@ＤＰＴＲ，Ａ

ＲＥＴ

ＸＭＭ：ＭＯＶＡ，４８Ｈ

ＣＬＲ

ＲＬＣＡ

ＲＬＣＡ

ＲＬＣＡ

ＳＪＭＰＸＭＰ２

ＹＭＰ：ＭＯＶＡ，４７Ｈ

ＣＬＲＣ

ＲＲＣＡ

ＲＲＣＡ

ＲＲＣＡ

ＹＭＰ２：ＣＰＬＡ

ＡＮＬＡ，＃９２Ｈ

ＭＯＶ４７Ｈ，Ａ

ＯＲＬＡ，４８Ｈ

ＳＪＭＰＸＭＰ４

ＹＭＭ：ＭＯＶＡ，４７Ｈ

ＣＬＲＣ

ＲＬＣＡ

ＲＬＣＡ

ＲＬＣＡ

ＳＪＭＰＹＭＰ２

说明：１）黑体字模块为软件环形分配器；

２）各变量地址分配如下：４ＦＨ５０Ｈ－终判值，４ＤＨ４ＥＨ－Ｘe，４ＢＨ４ＣＨ－Ｙe，４９Ｈ４ＡＨ－偏差值Ｆ，４７Ｈ－Ｙ电动机状态字，

４８Ｈ－Ｘ电动机状态字；以大地址格式(最低字节地址单元存放最高位数

据)存放各种数据；

３）上面的讨论只是第一象限,其他三个象限的插补程序可以根据上面给出的“直线插补计算公式及进给方向表”,然后仿照第一象限的插补程序获得,

区别只在于控制进给运动的方向不同.

第一象限圆弧插补计算子程序框图

（二）圆弧插补程序

和直线插补程序设计一样，也在内存中开辟存储单元用以存放有关数据。在RAM数据区分别存放动点坐标X和Y，其初始什为起点坐标值，其后依据坐标计算结果而变化。

第一象限圆弧插补程序：RP

ＲＰ：ＭＯＶＳＰ，＃６０Ｈ

ＭＯＶ４ＡＨ，＃００ＨＦ单元清零

ＭＯＶ４９Ｈ，＃００Ｈ

ＭＯＶ４８Ｈ，＃０１ＨＸ电动机初始化

ＭＯＶ４７Ｈ，＃０２ＨＹ电动机初始化

ＭＯＶＤＰＴＲ，＃００３０Ｈ

ＭＯＶＡ，＃０３ＨＸＹ电动机上电

ＭＯＶＸ@ＤＰＴＲ，Ａ

ＣＬＲＣ计算终判值

ＭＯＶＡ，５２Ｈ低位Ｘ、Ｘe相减，得a

ＳＵＢＢＡ，４ＥＨ

ＭＯＶ５４Ｈ，Ａ保存结果于终判值单元低位字节

ＭＯＶＡ，５１Ｈ高位Ｘ、Ｘe相减，得b

ＳＵＢＢＡ，４ＤＨ

ＭＯＶ５３Ｈ，Ａ保存结果于终判值单元高位字节

ＣＬＲＣ低位Ye、Y相减，得c

ＭＯＶＡ，４ＣＨ

ＳＵＢＢＡ，５０Ｈ

ＭＯＶ２０Ｈ，Ｃ暂存Ye、Y低位相减产生的借位位

ＡＤＤＡ，５４Ｈ计算d=a+c，d为低位终判值

ＭＯＶ５４Ｈ，Ａ保存d于终判值单元低位字节

ＭＯＶ２１Ｈ，Ｃ暂存d=a+c产生的进位位

ＭＯＶＡ，４ＢＨ

ＭＯＶＣ，２０Ｈ恢复Ye、Y低位相减产生的借位位

ＳＵＢＢＡ，４ＦＨ高位Ye、Y相减，得e

ＭＯＶＣ，２１Ｈ恢复d=a+c产生的进位位

ＡＤＤＣＡ，５３Ｈ计算f=b+e，f为高位终判值

ＭＯＶ５３Ｈ，Ａ保存f于终判值单元高位字节ＲＰ２：ＡＣＡＬＬＤＬ０延时子程序

ＭＯＶＡ，４９Ｈ取Ｆ高位字节

ＪＢＡＣＣ．７，ＲＰ６高位＝1，Ｆ＜0，去ＲＰ６

ＡＣＡＬＬＸＭＭ高位＝０，Ｆ＞0，Ｘ反转一步

ＣＬＲＣ计算新偏差Ｆ＝Ｆ－２Ｘ＋１

ＭＯＶＡ，４ＡＨ计算g＝Ｆ－Ｘ低位

ＳＵＢＢＡ，５２Ｈ

ＸＣＨＡ，Ｂg存入Ｂ寄存器

ＭＯＶＡ，４９Ｈ计算h＝Ｆ－Ｘ高位

ＳＵＢＢＡ，５１Ｈ

ＸＣＨＡ，Ｂ低位存Ａ，高位存Ｂ。ＢＡ内容为Ｆ－Ｘ

ＣＬＲＣ计算i＝g－Ｘ＝Ｆ－２Ｘ低位

ＳＵＢＢＡ，５２Ｈ

ＸＣＨＡ，ＢＢ内容为Ｆ－２Ｘ低位Ａ内容为Ｆ－Ｘ高位

ＳＵＢＢＡ，５１ＨＡ内容为Ｆ－２Ｘ高位

ＸＣＨＡ，ＢＢＡ内容为Ｆ－２Ｘ

ＡＤＤＡ，＃０１Ｈ计算Ｆ－２Ｘ＋１

ＭＯＶ４ＡＨ，Ａ４Ａ内容为Ｆ－２Ｘ＋１低位

ＸＣＨＡ，ＢＢ内容为Ｆ－２Ｘ＋１低位，Ａ内容为Ｆ－２Ｘ高位

ＡＤＤＣＡ，＃００Ｈ考虑Ｆ－２Ｘ＋１的进位

ＭＯＶ４９Ｈ，Ａ４９Ｈ的内容为Ｆ－２Ｘ＋１高位

ＣＬＲＣ计算Ｘ＝Ｘ－１

ＭＯＶＡ，５２Ｈ低位

ＳＵＢＢＡ，＃０１Ｈ

ＭＯＶ５２Ｈ，Ａ

ＭＯＶＡ，５１Ｈ高位

ＳＵＢＢＡ，＃００Ｈ

ＭＯＶ５１Ｈ，Ａ

ＲＰ４：ＣＬＲＣ终判值减１

ＭＯＶＡ，５４Ｈ

ＳＵＢＢＡ，＃０１Ｈ

ＭＯＶ５４Ｈ，Ａ

ＭＯＶＡ，５３Ｈ

ＳＵＢＢＡ，＃００Ｈ

ＭＯＶ５３Ｈ，Ａ

ＯＲＬＡ，５４Ｈ

ＪＮＺＲＰ２插补没结束，转至ＲＰ２

ＬＪＭＰ００００Ｈ

ＲＰ６：ＡＣＡＬＬＹＭＰＹ电动机正转

ＭＯＶＲ６，＃０２Ｈ此处“２”，为“Ｆ＋２Ｙ＋１”的“２”

Ｆ＋２Ｙ＋１

ＲＰ７：ＭＯＶＡ，４ＡＨ

ＡＤＤＡ，５０Ｈ

ＭＯＶ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶＡ，４９Ｈ

ＡＤＤＣＡ，４ＦＨ

ＭＯＶ４９Ｈ，Ａ

ＤＪＮＺＲ６，ＲＰ７

ＭＯＶＡ，４ＡＨ

ＡＤＤＡ，＃０１Ｈ

ＭＯＶ４ＡＨ，Ａ

ＭＯＶＡ，４９Ｈ

ＡＤＤＣＡ，＃００Ｈ

ＭＯＶＡ，５０Ｈ

ＡＤＤＡ，＃０１Ｈ

ＭＯＶ５０Ｈ，Ａ

ＭＯＶＡ，４ＦＨ

ＡＤＤＣＡ，＃００Ｈ

ＭＯＶ４ＦＨ，Ａ

ＡＪＭＰＲＰ４

说明：１）以大地址格式(最低字节地址单元存放最高位数据)存放各种数据；

２）各变量地址分配如下：４７Ｈ－４ＥＨ，存放数据方式同直线，４ＦＨ５０Ｈ－Ｙ，５１Ｈ５２Ｈ－Ｘ，５３Ｈ５４Ｈ－终判值

３）上面仅讨论了第一象限的情况，对于其他象限可以根据上面的“圆弧插补计算公式及进给方向表”按同样的方法类推。

参考文献

郑堤唐可洪机电一体化设计基础机械工业出版社2007

邹青机械制造技术基础课程设计指导教程机械工业出版社 2006

王昆机械设计机械设计基础课程设计高等教育出版社 2006

刘杰赵春雨机电一体化技术基础与产品设计冶金工业出版社 2003

刘鸿文材料力学高等教育出版社2005

机械设计手册编写组*机械设计手册（15册）*机械工业出版社；1998.5