數控機床信號顯示系統的設計與實現

周毅

摘 要：科技的不斷發展，數控技術在信號顯示方面也取得了技術性的突破，借助計算機數字控制技術和LCD顯示屏，結構主板及顯示卡等實現了數控機床信號的智能化顯示控制，實現了數控機床操控作業的人性化和智能化。因此文章主要就數控機床信號顯示系統設計與實現進行探討，以期實現數控機床作業能力的優化提升。

關鍵詞：數控機床；信號顯示系統；設計控制

中圖分類號：TG659 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0076-02

Abstract： With the continuous development of science and technology， numerical control technology has also made a technical breakthrough in signal display. With the help of computer digital control technology， LCD display screen， structure motherboard and display card， the intelligent display and control of the signal of numerical control machine tool has been realized. The humanization and intelligentization of the operation of CNC machine tool are realized. Therefore， this paper mainly discusses the design and realization of the signal display system of CNC machine tools， in order to realize the optimization of CNC machine tool working ability.

Keywords： CNC machine tool； signal display system； design control

社會信息化建設進程的加快，計算機制造和加工技術發展迅速，數控機床顯示系統也不斷優化升級，其中最具前沿代表性的當屬其信號顯示系統，而信號顯示系統設計與功能實現的分析則是數控機床技術改良升級必須關注的內容。也近顯示器代替原有的數碼顯示器，變成芯片替代邏輯電路，減少插件，提升運作效率，讓數控機床顯示系統實用價值更高。

1 數控機床信號顯示系統的概述

當前，數控機床人機對話主要通過數控系統顯示屏和信號指示燈，常見顯示屏大小在15英寸，這意味著數控機床的操作者必須近距離觀察才能獲取信心，但是受系統擴展性的限制，其信息表達及呈現受限，加上現有信號指示燈內容較為單一，主要通過閃爍進行報警提示或者表明加工狀態。因此做好數控機床信號顯示系統的優化設計就具有現實必要性，設計并成功植入多角度，多色彩的三維立體顯示裝置是關鍵，能擴展數控機床操作人員的管理區域，也帶動屏幕顯示的清晰化，人性化，能做好各類報警故障的分批處理。基于LC的數控機床信號顯示系統設計本文研究對象是由64個LED組成的三維立體顯示點陣組成的光立方體的作為顯示控制系統主件的數控機床。該顯示系統原理是通過數控系統中的PMC模塊的I/O接口和ATmega1280芯片進行數據交換，其中芯片控制行和列，驅動器向LED點陣發布信號，信號以圖案形式傳達信息。

2 數控機床系統構成分析

數控機床由四大部分構成，分別為數控機床主機、CNC、驅動裝置和輔助裝置。其中占主體地位的是主機，主要負責處理各種切削任務。基于不同零件加工需要，有車床、鉆床、鏜床、磨床、重型機床等分類。而起核心作用的是CNC，主要是零件程序的管控，在接收到信號后，有效存儲，進行數據的變換及插補運算，確保數控機床功能的有效發揮。驅動裝置則是負責機器驅動的，多數情況下，數控機床的驅動運行需要驅動裝置響應速度快，反應靈敏，只有這樣的驅動設置才能確保數字指令信號的有效跟蹤。數控機床的輔助裝置，其也是數控機床功能有效發揮必不可少的構成部分。數控機床信號顯示系統不同規格層次，其對應的顯示能力不同。低檔數控一般只有簡單的數碼管顯示或簡單的CRT、LCD基本信息顯示。而中檔數控則具有較齊全的CRT、LCD信息顯示，不僅有字符，而且有圖形，人機對話，自診斷等功能。高檔數控還可以有三維圖形顯示。

3 數控機床信號顯示系統的設計與實現

3.1 數控機床信號顯示系統驅動控制電路設計

數控機床信號顯示系統中的驅動電路設計是較為基礎的部分，當前的驅動電路有豎面驅動和層面驅動兩種。數控機床信號顯示系統中的LED立體顯示是4層點陣屏構成，一層對應一個獨立的驅動控制，四層的LED陰極相互連接構成共陰極面，然后將LED的豎面的共陽極連接到相應的豎面驅動對應的引腳上，而芯片負責將內置程序輸出信號到點陣驅動上，最終輸出到LED的指示燈上。完成整個數控機床信號顯示系統中的電路驅動控制。

3.2 數控機床信號顯示系統PMC控制程序設計

對于數控機床信號顯示系統來說，PMC的控制程序設計是相當重要的部分。因為數控機床信號顯示系統對應的LED立體顯示點陣共有64個輸出信號，基于經濟適用的原則，我們將其按照紅和藍分類，所有信號被分配成為8個字節，一個字節對應有8個輸出信號，而數控機床信號顯示修通中的PMC控制程序則是通過格林碼和二進制碼轉換程序實現信號輸出，在具體的信號轉換中呈現梯形圖分布。

3.3 數控機床信號顯示系統功能控制指令

通過梯形圖將數控系統二進制信號傳送給數控機床信號顯示系統的PMC寄存器，然后在PMC邏輯運算輔助下實現其到格林碼的轉換，從而將格林碼通過ATmega1280輸出給立體點陣LED，數控機床操作者可以通過對宏變量編程實現對應信號控制的目的，以一個沒有被定義的M碼作為斷點定位的指令代碼，以M20為例，其對應的指令格式就是M20EQ，在參數6071中設定數值為20，指令M20中的參數就按照系統格式進行規范設定。其中自變量地址為E，宏變量是#8，自變量II地址是Q，宏變量地址是#17。如果加工中斷，顯示信號輸出通過參數賦值實現。

3.4 數控機床信號顯示系統的程序設計

數控機床信號顯示系統程序設計的目的是做好界面內容的科學讀取與反映。基于界面實際設計情況，對應位置輸入動態字符，合成界面最終體現在顯示屏上，并做好突出展示。數控機床顯示子程序輸入參數是界面序號及動態數據的地址指導，基本的程序工作情況都是子程序通過參數傳遞與分析來反饋的，對應參數傳到既定顯示界面，顯示界面基于編號做好字符代碼的刷新，將參數放置到需要顯示的界面編號中，其中有一個字碼緩沖的時期，在緩沖完成后讀取界面存放的起始地址，從首地址開始讀取界面，然后判斷其是否是特殊字符，如果是特殊字符，用緩沖區內相應的字符替換處理，或者其他有效處理。如果不是特殊字符，默認其為固定在界面中的字符，不需要緩沖區字符替換，根據代碼直接在顯示器中顯示。界面顯示完成后會自動退出顯示子程序，回到主程序。

其次要做好界面顯示的流程圖及子程序設置安排。數控機床信號顯示系統設計與實現，顯示程序發揮重要作用。顯示程序是數控機床系統程序的重要構成，在編制顯示程序時，要想確保其顯示功能的正常發揮，我們需要考慮多方面的要素。從人機友好對話到直觀呈現，從加工效率到運行平穩性等，都要在顯示程序編制中有所關注與解決。

最后是鍵盤子程序及流程圖的設計優化。數控機床系統對鍵盤的掃描是基于程序控制的方式，其中負責掃描狀態的是進入鍵，可以反復掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或者相應參數，在執行鍵入命令或者進行鍵入數據處理時，數控機床控制系統不再響應鍵入命令，因為鍵盤有鍵按下去后需要執行對應指令和程序，因此在數控機床信號顯示系統鍵盤子程序的編程中必須選用標志位，讓程序運作更流程，更便于后期的維護。

4 數控機床信號顯示系統的故障檢查

數控機床信號顯示系統在出現故障時，需要我們及時加強故障檢查，盡快解決故障問題。具體來說，數控機床信號顯示故障的有效排查有以下思路。

首先是外部檢查，主要是外部顯示組件的檢查，查看其是否存在變形的情況，屏幕破裂的情況。一旦發現損傷及時處理避免二次破壞。其次是做好主板指示器件指數的分析，查看有無明顯的變形及變色情況，確保部件無脫落，焊接穩定。要查看電解電容是否存在漏液的情況，通過觸摸感知其工作溫度是否合適，及時查看插件和電纜接觸是否穩定等。再次是檢查測量主板上12VDC是否正常，在無電壓的情況下要檢查插頭端相應點的細節情況，及時排除接觸不良的情況。繼續檢查12V/5V、5V/3.3VDC/DC模塊的輸出。最后則是對各等級電壓正常與否情況的分析判斷。確定發生故障的部位是主板還是液晶屏幕等。及時查看逆變器的工作運行情況，做好逆變器電壓情況的分析。

5 數控機床信號顯示系統的未來發展

數控機床發展到今天，為機械制造注入活力，帶動機械制造行業的變革。數控機床加工柔性好，精度高，生產高質高效。大大減輕了勞動者的負擔，實現了勞動力的解放。而控制系統是數控機床平穩運作的關鍵，隨著科技的發展，數控機床信號顯示系統也不斷優化升級。著眼于數控機床的未來發展，其將更加智能化。自適應控制可以及時準確地調整工作狀態，確保數控機床切削過程中始終處于最佳工作狀態。快速化，整體上將采用32位及以上的微處理器，數控系統的輸入、翻譯及編碼輸出處理效率更高。多功能，數控系統具有監控、檢測及補償功能。借助CRT，利用鍵盤可以實現程序的輸入、編輯、修改和刪除等功能。現代數控系統還具有硬件、軟件及故障自診斷功能。正是基于數控機床技術的升級改良，數控機床信號顯示系統也將實現高速化、多功能化及智能化的發展。而我們也必須加大對數控機床信號顯示系統的研究與關注，以科研創新帶動技術的變革，生產力的變革。

6 結束語

隨著科技的進步，數控技術不斷改良，數控機床改良技術研究的關鍵在于控制系統，而信號顯示系統作為數控機床控制系統中的重要構成，在數控機床信號顯示系統的優化研究中，我們必須做好參數的設置，程序設定的優化，顯示界面的人性化處理等，讓數控機床信號顯示系統真正做好信息的傳輸，信號的傳遞，故障的提示等，讓數控機床運作更平穩，數控機床操作與使用更契合人的需求，操作更便捷高效。只有做好數控機床各方面控制系統的優化研究，才能帶動機械制造產業的創新優化。

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