铣床数控系统的研究

王新社  白新力  鲁东学  李  键

(西安微电机研究所)

    【摘  要】分析各种微处理器实现铣床数控系统存在的问题，确定了控制方案，给出了双cpu通讯实现方法。采用缓冲区技术设计程序，提高加工光洁度。对程序、设计中的若干难点给出了处理方法。

    【叙  词】数控系统微处理器／双cpu通讯／缓冲区

1  引  言

    近年来，电力电子技术、微电子技术、计算机技术发展十分迅速。它们的发展有力的推动着数控技术的发展，国外投入大量资金发展该项技术，国内许多单位从事该项技术的研究，主要集中在车床数控系统，铣床数控系统研制单位不多。我所1986年就从事该项技术的研究，前后推出3代产品。第1代  不能led显示3座标任意2联动铣床系统，价格低廉，性能功能较好。第2代led显示3座标3联动铣床数控系统，第2代与第1代系统硬件系统基本相同，主要是增加了软件联动功能及本机固化功能，提高了系统可靠性及实用性。在第2代系统基础上，我所开发了具有较高水平的经济型数控系统。

2  方案选择   

    国外铣床数控系统以闭环为主，速度快、精度较高，价格约10～20万元，原理复杂维修困难，由于技术经济原因，国内难以大批量推广。而步进机伺服3座标数控系统原理简单，维修方便，价格便宜，深受用户欢迎，为此选定步进机伺服数控系统进行开发。闭环系统一般10ms插补运算一次，对计算机实时性要求较低，而步进机伺服系统对计算机实时性要求很高，10ms要插补运算30次左右，一个主频5mhz8088c二pu只作插补运算和电机控制已消耗cpu绝大部分时间，几乎没有空余时间解释程序和管理显示，而铣床数控系统在解释程序时，进行复杂的刀补运算约需hz8088cpu20～40时间，crt图形画面显示约消耗30～40cpu时间，显然一般cpu计算机实时性是不能满足基本要求的。解决问题的途径有两种方法。其一，选择高性能80386cpu计算机系统，主频工作在10mhz左右，可满足实时性要求；其二是选择普通双cpu计算机系统，主cpu解释程序，刀补运算，管理显示，从cpu插补运算控制多台电机运动及s、t、m信号。两cpu之间采用共享ram通讯。第1种方案高速eprom、ram与80386cpu价格很贵，而且高频计算机设计技术问题较多。第2种方案价格便宜，主频4～6mhz即可满足实时性要求，元器件货源充足，成熟设计实例较多，技术问题少，故采用双cpu通讯计算机系统。

    目前，国内流行的普通cpu有mcs一51系列单片机cpu、8098单片机cpu、z80cpu和8088cpu，均很便宜。通过反复比较，选择了8088cpu微处理器作为控制核心。其理由有4：①寻址范围大。该系统主cpu需要寻址224k，而z80cpu与单片机微处理器均不满足要求。②硬件开发环境好，成功实例多。利用流行的ibm—pc机即可开发。③寻址能力强，多字节计算指令多，特别适合于复杂的刀补、缩放、旋转等功能复杂运算的实现。④随着技术的发展，硬件向80286、80386cplj过渡时，软件完全兼容，开发工作量小。

3双cpu通讯实现方法

    随着低成本的微型计算机的使用，将复

a种通讯速度快，但接口技术复杂；b种通讯速度快，接口简单；c种通讯速度慢，接口简单，容易掌握；d种技术难度较大，通讯  速度最快，接口简单。通过比较，选择b种方案最适合于数控装置的需要，采用普通ram，多端口线路由74ls245、74ls273、74ls373与8259中断控制器部分中断引脚完成。实践证明，此方案切实可行，通讯速度杂的计算实时处理任务分解成各个不同的部分，并将各自的计算机资源分配给各组成部分，已成为发展的趋势——即多cpu计算机系统。多cpu通讯通常有4种方式：a．公用总线——把许多微处理器直接连到一条共享存贮器的公共总线系统。b．多端口存贮器——通过多端口存贮器与微处理相连的系统。c．输入、输出链接(串行通讯或并行通讯)。d．总线窗口——一个微处器给定的存贮空间互为映射到另一个处理器的存贮器中。4种通讯互连方案见图1。快，成本低，现已成功使用。

  通讯的基本方法是，在通常情况下，共享内存由主机使用。当从机执行完一段程序或需要传递显示数据时，首先查询主机是否允许从机使用共享内存，不允许时等待，允许时向主机发出中断后，便开始查询是否允许使用共享内存。主机响应从机中断后，把共用内存开关拨到从机一方，并向从机发出允许使用信号，从机查到允许使用信号后开始使用内存，使用完毕向主机发出收回共享内存信号。主机在发出允许从机使用共享内存信号后，一直在查询从机是否使用完毕信号，查