经济型数控系统硬件设计研究

经济型数控系统的硬件和软件设计直接影响数控系统的加工性能和操作性能。本文介绍经济型数控系统硬件设计中经常遇到的一些问题及处理方法。
    1、功能选择
    系统功能选择的方法有几种不同的方式，使用CRT显示器作为显示终端时，可以制作功能菜单，用户可以通过菜单选择功能。但经济型数控系统为了降低成本，一般不用CRT显示器，而用数码管组成显示终端。这时可用波段开关通过并行接口组成功能选择电路。图1是由接口电路8255和波段开关组成功能选择电路的原理图。

图1 功能选择及对刀处理电路原理
    程序编辑——加工程序的录入、检查和修改。
    参数设定——设定传动间隙、G00速度、刀具参数等。
    文件处理——加工程序装入和转存等。
    对刀处理——手动和自动检测刀具位置和半径参数并自动存入系统。
    手动处理——手动进给。
    连续加工——连续执行加工程序。
    单段加工——每次执行一段加工程序。
    在系统启动后的主程序和以后的各个功能程序中，通过8255循环检测波段开关的位置，并转入相应的功能模块。
    2、对刀处理
    我们设计的车床经济型数控系统中采用的对刀方式既可实现手动对刀，又可实现自动对刀。对刀棒为一定尺寸的绝缘圆棒，其头部采用金属材料，与机床绝缘，刀具通过机床接地。对刀时刀架带动刀具向对刀棒靠近，对刀信号经8255的PA7送入系统。刀尖与对刀棒不接触时系统接收到高电平，刀尖与对刀棒接触时系统接收到低电平。
    进入对刀功能后有三种选择，手动对刀、自动对刀和计算刀补值。

    手动对刀方式，显示当前刀位号，用键盘的换刀键手动换刀，用键盘的方向键(横向或纵向)移动刀具。当刀具与对刀棒接触后，刀具移动自动停止并保存其移动距离，继续等待键盘操作。当选择退出手动对刀时，则退出手动对刀功能返回对刀主程序。
    自动对刀方式，首先保证刀具从1号位开始，并显示当前刀位号。自动对刀分为纵向对刀和横向对刀。纵向自动对刀时，刀具从第一把刀开始纵向移动至与对刀棒接触时并记录下该刀具的移动距离，将该刀具退至原位并自动换至第二把刀，纵向移动至与对刀棒接触并记录下该刀具的移动距离，直到所有刀具完成对刀并自动保存刀具移动距离。横向自动对刀的方法与纵向相同，只是刀具的移动方向不同。当选择退出自动对刀功能时，则退出自动对刀功能返回对刀主程序。
    刀补计算是计算对刀后的其它刀具相对第一把刀具的位置差及将计算结果存入系统的刀补参数区。
   
    3、显示处理
    经济型数控系统的显示器大多由数码管组成。数码管显示可采用动态显示，也可采用静态显示。

    动态显示使用的元器件少，电路简单。其原理如图2所示，一排数码管有一个段显和一个位显地址，图中只画出了一个数码管。段显用来控制要显示的字符(字形代码)，位显用来控制哪一个数码管显示。要使某一个数码管显示某一个字符时，先将要显示的字形代码送段显地址，再使位显数据中对应该数码管的位为1(或0)，而其它位为0(或为1)，然后将该数据送位显地址。

图2 动态显示原理图
    静态显示使用的元器件多，电路复杂，每个数码管有一个段显示地址，无位显地址。每个数码管上有一个锁存器将要显示的数据锁存，这种显示方法只要不向数码管送新的数据，其显示内容不会消失。如果显示数据不变，不需要显示刷新，只有在要显示的数据发生变化时，才需要向显示器注入要显示的数据。由于系统中有EPROM(用来存放系统程序)，RAM(用来存放加工程序)，接口电路8255(用来作输入、输出)等，每片内存都要有一定的地址范围，而数码管地址可以连续。为解决这个问题可以采用二级译码，电路原理如图3所示。图中CS1作为系统的EPROM片选信号，CS2作为系统的RAM片选信号，CS3、CS4及CS5作为系统的8255片选信号。3—8译码器用来处理显示，若系统中有多排数码管时，可以使用多个3—8译码器，不同的3—8译码器A、B、C端接不同的地址线。

图3 静态显示电路原理图