2 系统软件设计

　　传统数控系统的使用流程是先由用户编辑G代码或其它格式的加工文件，数控系统根据该文件中代码的意义，控制刀具做出相应的动作。所以在软件方面，系统需要提供文本编辑功能、对加工文件的编译功能、电机驱动功能等。为了使用户验证加工程序的正误，系统还要提供仿真功能，将走刀过程展现给用户。

　　为了实现网络功能，本系统还移植了嵌入式浏览器Konqueror/Embedded， 这是一款自由软件。由于浏览器可以访问HTTP、FTP、SMTP、NNTP等多种不同协议的服务，故安装浏览器可谓一举多得，移植过程参考文献。软件结构如图3所示。

　　2.1 操作系统平台的搭建

　　2.2 伺服电机和步进电机驱动程序

　　伺服电机需要的信号是PWM 波形控制信号，因此伺服电机驱动程序主要是实现脉宽调制。这个脉宽调制是利用一个定时器，并根据由SPWM算法得到的延迟时间，控制一个通用I /O端口高低电平持续时间得到的。系统产生的PWM 波形如下图4所示。

　　而在三个步进电机的设备驱动程序中，向步进电机发送连续信号定义为写操作； 从8253中读数据定义为读操作； 由键盘控制各电机动作作为自定义操作。

　　2.3 G代码编译

　　G代码是国际通用的机床加工代码，其编译的思想是： 首先将G代码文件读入流中，逐行分析其意义，并且带有查错功能。当遇到子程序跳转时记录文件指示出其位置和循环次数时，子程序返回后从记录位置继续执行；遇到主轴旋转时，在编译文件中写入旋转标志和PWM 的脉宽； 遇到插补命令时写入脉冲标志和每步的三坐标脉冲信号诸如此类。最后生成记录整套加工步骤的二进制文件。编译流程如图5所示。

2.4 插补算法与刀补算法

　　数控铣床控制系统使用逐点比较法实现直线和圆弧插补算法。以刀的当前位置为起点，以G代码给定位置为终点，在其间的直线或圆弧上插入拟合点，根据这些点产生一系列三坐标脉冲信号。逐点比较法的缺陷是圆弧插补只能走x 或y 方向的正交线，而缺失了最应该在圆弧插补中出现的由x、y 方向合成的±45/135°斜线，系统根据圆弧相对于x 或y 轴的倾向性，使插补过程中在圆弧的±45 /135°附近尽量使用斜线，使得插补精度更高、步数更少。图6 是由M atlab仿真得到的改进算法和传统算法的比较，如果定义理想曲线和拟和曲线的误差为两曲线相夹的面积（图中灰色部分） ， 可看出改进算法的误差较小。

　　编写加工程序时，一般只考虑刀具中心沿零件轮廓切削，而忽略刀具半径对加工的影响，在实际加工时需要在刀具中心与刀具切削点之间进行位置偏置，补偿上述影响。这种变换过程即为刀具补偿。系统采用的是带有过度连接的C刀具补偿算法，该算法比较复杂，与许多因素有关，为此定义了一个结构作为刀补函数的参数，该函数更改插补始末位置、增加过渡曲线实现刀补功能。参数结构如下，

　　3 结论

　　以ARM9微处理器为硬件平台，免费的Linux操作系统为软件平台，开发了嵌入式数控铣床，实现了对步进电机和伺服电机的控制。 在对制作的电路板和编程的系统程序实验的基础上表明，与传统数控系统相比，嵌入式数控系统发挥了其耗能少、成本低、体积小等优势。