数控机床信号显示系统的设计与实现

周毅

摘 要：科技的不断发展，数控技术在信号显示方面也取得了技术性的突破，借助计算机数字控制技术和LCD显示屏，结构主板及显示卡等实现了数控机床信号的智能化显示控制，实现了数控机床操控作业的人性化和智能化。因此文章主要就数控机床信号显示系统设计与实现进行探讨，以期实现数控机床作业能力的优化提升。

关键词：数控机床；信号显示系统；设计控制

中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：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

社會信息化建设进程的加快，计算机制造和加工技术发展迅速，数控机床显示系统也不断优化升级，其中最具前沿代表性的当属其信号显示系统，而信号显示系统设计与功能实现的分析则是数控机床技术改良升级必须关注的内容。也近显示器代替原有的数码显示器，变成芯片替代逻辑电路，减少插件，提升运作效率，让数控机床显示系统实用价值更高。

1 数控机床信号显示系统的概述

当前，数控机床人机对话主要通过数控系统显示屏和信号指示灯，常见显示屏大小在15英寸，这意味着数控机床的操作者必须近距离观察才能获取信心，但是受系统扩展性的限制，其信息表达及呈现受限，加上现有信号指示灯内容较为单一，主要通过闪烁进行报警提示或者表明加工状态。因此做好数控机床信号显示系统的优化设计就具有现实必要性，设计并成功植入多角度，多色彩的三维立体显示装置是关键，能扩展数控机床操作人员的管理区域，也带动屏幕显示的清晰化，人性化，能做好各类报警故障的分批处理。基于LC的数控机床信号显示系统设计本文研究对象是由64个LED组成的三维立体显示点阵组成的光立方体的作为显示控制系统主件的数控机床。该显示系统原理是通过数控系统中的PMC模块的I/O接口和ATmega1280芯片进行数据交换，其中芯片控制行和列，驱动器向LED点阵发布信号，信号以图案形式传达信息。

2 数控机床系统构成分析

数控机床由四大部分构成，分别为数控机床主机、CNC、驱动装置和辅助装置。其中占主体地位的是主机，主要负责处理各种切削任务。基于不同零件加工需要，有车床、钻床、镗床、磨床、重型机床等分类。而起核心作用的是CNC，主要是零件程序的管控，在接收到信号后，有效存储，进行数据的变换及插补运算，确保数控机床功能的有效发挥。驱动装置则是负责机器驱动的，多数情况下，数控机床的驱动运行需要驱动装置响应速度快，反应灵敏，只有这样的驱动设置才能确保数字指令信号的有效跟踪。数控机床的辅助装置，其也是数控机床功能有效发挥必不可少的构成部分。数控机床信号显示系统不同规格层次，其对应的显示能力不同。低档数控一般只有简单的数码管显示或简单的CRT、LCD基本信息显示。而中档数控则具有较齐全的CRT、LCD信息显示，不仅有字符，而且有图形，人机对话，自诊断等功能。高档数控还可以有三维图形显示。

3 数控机床信号显示系统的设计与实现

3.1 数控机床信号显示系统驱动控制电路设计

数控机床信号显示系统中的驱动电路设计是较为基础的部分，当前的驱动电路有竖面驱动和层面驱动两种。数控机床信号显示系统中的LED立体显示是4层点阵屏构成，一层对应一个独立的驱动控制，四层的LED阴极相互连接构成共阴极面，然后将LED的竖面的共阳极连接到相应的竖面驱动对应的引脚上，而芯片负责将内置程序输出信号到点阵驱动上，最终输出到LED的指示灯上。完成整个数控机床信号显示系统中的电路驱动控制。

3.2 数控机床信号显示系统PMC控制程序设计

对于数控机床信号显示系统来说，PMC的控制程序设计是相当重要的部分。因为数控机床信号显示系统对应的LED立体显示点阵共有64个输出信号，基于经济适用的原则，我们将其按照红和蓝分类，所有信号被分配成为8个字节，一个字节对应有8个输出信号，而数控机床信号显示修通中的PMC控制程序则是通过格林码和二进制码转换程序实现信号输出，在具体的信号转换中呈现梯形图分布。

3.3 数控机床信号显示系统功能控制指令

通过梯形图将数控系统二进制信号传送给数控机床信号显示系统的PMC寄存器，然后在PMC逻辑运算辅助下实现其到格林码的转换，从而将格林码通过ATmega1280输出给立体点阵LED，数控机床操作者可以通过对宏变量编程实现对应信号控制的目的，以一个没有被定义的M码作为断点定位的指令代码，以M20为例，其对应的指令格式就是M20EQ，在参数6071中设定数值为20，指令M20中的参数就按照系统格式进行规范设定。其中自变量地址为E，宏变量是#8，自变量II地址是Q，宏变量地址是#17。如果加工中断，显示信号输出通过参数赋值实现。

3.4 数控机床信号显示系统的程序设计

数控机床信号显示系统程序设计的目的是做好界面内容的科学读取与反映。基于界面实际设计情况，对应位置输入动态字符，合成界面最终体现在显示屏上，并做好突出展示。数控机床显示子程序输入参数是界面序号及动态数据的地址指导，基本的程序工作情况都是子程序通过参数传递与分析来反馈的，对应参数传到既定显示界面，显示界面基于编号做好字符代码的刷新，将参数放置到需要显示的界面编号中，其中有一个字码缓冲的时期，在缓冲完成后读取界面存放的起始地址，从首地址开始读取界面，然后判断其是否是特殊字符，如果是特殊字符，用缓冲区内相应的字符替换处理，或者其他有效处理。如果不是特殊字符，默认其为固定在界面中的字符，不需要缓冲区字符替换，根据代码直接在显示器中显示。界面显示完成后会自动退出显示子程序，回到主程序。

其次要做好界面显示的流程图及子程序设置安排。数控机床信号显示系统设计与实现，显示程序发挥重要作用。显示程序是数控机床系统程序的重要构成，在编制显示程序时，要想确保其显示功能的正常发挥，我们需要考虑多方面的要素。从人机友好对话到直观呈现，从加工效率到运行平稳性等，都要在显示程序编制中有所關注与解决。

最后是键盘子程序及流程图的设计优化。数控机床系统对键盘的扫描是基于程序控制的方式，其中负责扫描状态的是进入键，可以反复扫描键盘，等待用户从键盘上输入命令或者相应参数，在执行键入命令或者进行键入数据处理时，数控机床控制系统不再响应键入命令，因为键盘有键按下去后需要执行对应指令和程序，因此在数控机床信号显示系统键盘子程序的编程中必须选用标志位，让程序运作更流程，更便于后期的维护。

4 数控机床信号显示系统的故障检查

数控机床信号显示系统在出现故障时，需要我们及时加强故障检查，尽快解决故障问题。具体来说，数控机床信号显示故障的有效排查有以下思路。

首先是外部检查，主要是外部显示组件的检查，查看其是否存在变形的情况，屏幕破裂的情况。一旦发现损伤及时处理避免二次破坏。其次是做好主板指示器件指数的分析，查看有无明显的变形及变色情况，确保部件无脱落，焊接稳定。要查看电解电容是否存在漏液的情况，通过触摸感知其工作温度是否合适，及时查看插件和电缆接触是否稳定等。再次是检查测量主板上12VDC是否正常，在无电压的情况下要检查插头端相应点的细节情况，及时排除接触不良的情况。继续检查12V/5V、5V/3.3VDC/DC模块的输出。最后则是对各等级电压正常与否情况的分析判断。确定发生故障的部位是主板还是液晶屏幕等。及时查看逆变器的工作运行情况，做好逆变器电压情况的分析。

5 数控机床信号显示系统的未来发展

数控机床发展到今天，为机械制造注入活力，带动机械制造行业的变革。数控机床加工柔性好，精度高，生产高质高效。大大减轻了劳动者的负担，实现了劳动力的解放。而控制系统是数控机床平稳运作的关键，随着科技的发展，数控机床信号显示系统也不断优化升级。着眼于数控机床的未来发展，其将更加智能化。自适应控制可以及时准确地调整工作状态，确保数控机床切削过程中始终处于最佳工作状态。快速化，整体上将采用32位及以上的微处理器，数控系统的输入、翻译及编码输出处理效率更高。多功能，数控系统具有监控、检测及补偿功能。借助CRT，利用键盘可以实现程序的输入、编辑、修改和删除等功能。现代数控系统还具有硬件、软件及故障自诊断功能。正是基于数控机床技术的升级改良，数控机床信号显示系统也将实现高速化、多功能化及智能化的发展。而我们也必须加大对数控机床信号显示系统的研究与关注，以科研创新带动技术的变革，生产力的变革。

6 结束语

随着科技的进步，数控技术不断改良，数控机床改良技术研究的关键在于控制系统，而信号显示系统作为数控机床控制系统中的重要构成，在数控机床信号显示系统的优化研究中，我们必须做好参数的设置，程序设定的优化，显示界面的人性化处理等，让数控机床信号显示系统真正做好信息的传输，信号的传递，故障的提示等，让数控机床运作更平稳，数控机床操作与使用更契合人的需求，操作更便捷高效。只有做好数控机床各方面控制系统的优化研究，才能带动机械制造产业的创新优化。

参考文献：

[1]郝丽娜.教学中对数控机床显示系统改进研究的课题分析[J].现代职业教育，2017（18）：105.

[2]郑博.一种数控机床状态监控系统的设计与实现[D].郑州大学，2017.

[3]周振.基于指令域的数控机床健康状态监测[D].华中科技大学，2016.

[4]魏领会.数控机床可用性耦合建模及影响度分析[D].吉林大学，2011.