基于8位MCU的2轴经济型插补控制器设计及插补脉冲误差分析

摘要

由于计算机技术和微电子技术的高速发展，数控技术的门槛已经降低了很多。当今数控装置的应用不仅仅局限金属切削机床，而是普及到众多的领域。对于许多应用领域，低成本的数控装置非常适合器产业升级的需要。基于这种情况，本论文对基于8位通用处理器的低成本两轴数控插补控制器展开了研究，插补控制器是数控机床的核心。本文重点讨论如何利用微处理器及其内置外设实现2轴插补脉冲序列的产生。
　　本文首先对数控系统中的各种插补原理及其特点进行了简要的描述，概括了脉冲增量插补的优缺点，基于脉冲增量插补的局限性，引出了微处理器平台上的精插补方案，并对实现精插补的原理、原始数据的准备以及脉冲分配计数值引起的进给误差进行了详细的分析。这些为下面详细插补流程的计算做好了准备。
　　本文给出了误差产生的原因和对误差的补偿措施。脉冲分配计数值写入寄存器是必须取整，而取整是造成舍入误差的主要原因。产生的误差是原理性的误差，不可避免。误差可以在下一个插补周期中进行补偿。在此基础上，本文给出了从插补准备，到逐点插补的相关计算公式和流程。
　　在讨论原理的基础上，本文根据需要，选择了一款具有多个可自动重装的定时器通用STCF15型MCU作为开发平台。在第4章给出了基于这种MCU的插补控制器硬件结构设计，以及软件结构设计。并做了原型设计和初步实验，证明方法正确，方案可行。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 数控技术发展历史回顾

1．2 课题描述及课题意义

1．3 课题目标和主要工作

1．4 本章小结

2 插补控制器的原理分析

2．1 概述

2．2 NC时期出现的插补方法

2．3 基于脉冲增量插补方法的局限性

2．4 基于现代微处理器的插补系统

2．5 微处理器平台上基于计数器实现精插补的原理

2．6 精插补模块原理性误差分析

2．7 本章小结

3 基于计数器精插补控制器的插补计算

3．1 插补计算的任务

3．2 插补计算的原始参数

3．3 插补速度与插补脉冲频率关系

3．4 粗插补流程

3．5 粗插补中插补准备相关计算与变量初始化

3．6 粗插补中插补计算流程

3．7 粗插补终点处理与判别

3．8 给定插补周期Ts和进给量ΔL时，精插补模块参数计算

3．9 本章小结

4 使用通用8位MCS51处理器实现两轴CNC控制器的原型样机

4．1 对处理器的需求分析

4．2 STC15F2K60S2单片机的主要资源

4．3 用STC15F2K60S2单片机实现精插补控制器

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献