2 系統軟件設計

　　傳統數控系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，數控系統根據該文件中代碼的意義，控制刀具做出相應的動作。所以在軟件方面，系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。為了使用戶驗證加工程序的正誤，系統還要提供仿真功能，將走刀過程展現給用戶。

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

　　2.1 操作系統平臺的搭建

　　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 波形控制信號，因此伺服電機驅動程序主要是實現脈寬調制。這個脈寬調制是利用一個定時器，并根據由SPWM 算法得到的延遲時間，控制一個通用I /O端口高低電平持續時間得到的。系統產生的PWM 波形如下圖4所示。

　　而在三個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為寫操作； 從8253中讀數據定義為讀操作； 由鍵盤控制各電機動作作為自定義操作。

　　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，并且帶有查錯功能。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，子程序返回后從記錄位置繼續執行；遇到主軸旋轉時，在編譯文件中寫入旋轉標志和PWM 的脈寬； 遇到插補命令時寫入脈沖標志和每步的三坐標脈沖信號諸如此類。最后生成記錄整套加工步驟的二進制文件。編譯流程如圖5所示。

2.4 插補算法與刀補算法

　　數控銑床控制系統使用逐點比較法實現直線和圓弧插補算法。以刀的當前位置為起點，以G代碼給定位置為終點，在其間的直線或圓弧上插入擬合點，根據這些點產生一系列三坐標脈沖信號。逐點比較法的缺陷是圓弧插補只能走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，系統根據圓弧相對于x 或y 軸的傾向性，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統算法的比較，如果定義理想曲線和擬和曲線的誤差為兩曲線相夾的面積（圖中灰色部分） ， 可看出改進算法的誤差較小。

　　編寫加工程序時，一般只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刀具切削點之間進行位置偏置，補償上述影響。這種變換過程即為刀具補償。系統采用的是帶有過度連接的C刀具補償算法，該算法比較復雜，與許多因素有關，為此定義了一個結構作為刀補函數的參數，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微處理器為硬件平臺，免費的Linux操作系統為軟件平臺，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制。 在對制作的電路板和編程的系統程序實驗的基礎上表明，與傳統數控系統相比，嵌入式數控系統發揮了其耗能少、成本低、體積小等優勢。