2 係統軟件設計

　　傳(chuan) 統數控係統的使用流程是先由用戶編輯G代碼或其它格式的加工文件，數控係統根據該文件中代碼的意義(yi) ，控製刀具做出相應的動作。所以在軟件方麵，係統需要提供文本編輯功能、對加工文件的編譯功能、電機驅動功能等。為(wei) 了使用戶驗證加工程序的正誤，係統還要提供仿真功能，將走刀過程展現給用戶。

　　為(wei) 了實現網絡功能，本係統還移植了嵌入式瀏覽器Konqueror/Embedded， 這是一款自由軟件。由於(yu) 瀏覽器可以訪問HTTP、FTP、SMTP、NNTP等多種不同協議的服務，故安裝瀏覽器可謂一舉(ju) 多得，移植過程參考文獻。軟件結構如圖3所示。

　　2.1 操作係統平台的搭建

　　2.2 伺服電機和步進電機驅動程序

　　伺服電機需要的信號是PWM 波形控製信號，因此伺服電機驅動程序主要是實現脈寬調製。這個(ge) 脈寬調製是利用一個(ge) 定時器，並根據由SPWM 算法得到的延遲時間，控製一個(ge) 通用I /O端口高低電平持續時間得到的。係統產(chan) 生的PWM 波形如下圖4所示。

　　而在三個(ge) 步進電機的設備驅動程序中，向步進電機發送連續信號定義(yi) 為(wei) 寫(xie) 操作； 從(cong) 8253中讀數據定義(yi) 為(wei) 讀操作； 由鍵盤控製各電機動作作為(wei) 自定義(yi) 操作。

　　2.3 G代碼編譯

　　G代碼是國際通用的機床加工代碼，其編譯的思想是： 首先將G代碼文件讀入流中，逐行分析其意義(yi) ，並且帶有查錯功能。當遇到子程序跳轉時記錄文件指示出其位置和循環次數時，子程序返回後從(cong) 記錄位置繼續執行；遇到主軸旋轉時，在編譯文件中寫(xie) 入旋轉標誌和PWM 的脈寬； 遇到插補命令時寫(xie) 入脈衝(chong) 標誌和每步的三坐標脈衝(chong) 信號諸如此類。最後生成記錄整套加工步驟的二進製文件。編譯流程如圖5所示。

2.4 插補算法與(yu) 刀補算法

　　數控銑床控製係統使用逐點比較法實現直線和圓弧插補算法。以刀的當前位置為(wei) 起點，以G代碼給定位置為(wei) 終點，在其間的直線或圓弧上插入擬合點，根據這些點產(chan) 生一係列三坐標脈衝(chong) 信號。逐點比較法的缺陷是圓弧插補隻能走x 或y 方向的正交線，而缺失了最應該在圓弧插補中出現的由x、y 方向合成的±45/135°斜線，係統根據圓弧相對於(yu) x 或y 軸的傾(qing) 向性，使插補過程中在圓弧的±45 /135°附近盡量使用斜線，使得插補精度更高、步數更少。圖6 是由M atlab仿真得到的改進算法和傳(chuan) 統算法的比較，如果定義(yi) 理想曲線和擬和曲線的誤差為(wei) 兩(liang) 曲線相夾的麵積（圖中灰色部分） ， 可看出改進算法的誤差較小。

　　編寫(xie) 加工程序時，一般隻考慮刀具中心沿零件輪廓切削，而忽略刀具半徑對加工的影響，在實際加工時需要在刀具中心與(yu) 刀具切削點之間進行位置偏置，補償(chang) 上述影響。這種變換過程即為(wei) 刀具補償(chang) 。係統采用的是帶有過度連接的C刀具補償(chang) 算法，該算法比較複雜，與(yu) 許多因素有關(guan) ，為(wei) 此定義(yi) 了一個(ge) 結構作為(wei) 刀補函數的參數，該函數更改插補始末位置、增加過渡曲線實現刀補功能。參數結構如下，

　　3 結論

　　以ARM9微處理器為(wei) 硬件平台，免費的Linux操作係統為(wei) 軟件平台，開發了嵌入式數控銑床，實現了對步進電機和伺服電機的控製。 在對製作的電路板和編程的係統程序實驗的基礎上表明，與(yu) 傳(chuan) 統數控係統相比，嵌入式數控係統發揮了其耗能少、成本低、體(ti) 積小等優(you) 勢。