两头大的博客

本文介绍数控仿真软件设计方案。该软件具备四大功能：HMI组态界面、三维动画交互、数据曲线绘制和硬件仿真。开发方案采用Vue+three.js实现美观的Web界面和3D交互，通过WebSocket/ZMQ实现与运动控制系统的数据通信。目前已完成基础联调功能，能够实现加工路径可视化、速度曲线展示等效果。下一步计划开发桌面级迷你数控机床仿真系统，进一步优化和完善功能。整个设计兼顾了界面美观性、功能实用性和开发便捷性。

Grbl是基于Arduino/AVR328的开源嵌入式固件，采用分层架构实现对G代码解析和运动控制的核心功能。系统包含运动规划、实时中断控制和硬件驱动抽象层，通过前瞻算法实现平滑加速度控制。核心模块包括协议处理、G代码解释、速度规划、运动控制和硬件驱动等。采用状态机管理运行状态，支持复位、暂停、回零等操作流程。关键技术包括Bresenham插补算法、AMASS平滑技术和实时中断处理机制，通过定时器中断保证运动时序精度。该固件广泛应用于数控机床、3D打印等领域，具有高性能和低成本特性。

本文介绍了七段式加减速算法的计算流程，适用于非对称加减速控制。算法提供三种实现方法，通过可视化展示了非圆整轨迹和圆整轨迹的计算过程，分别使用不同参数进行仿真，并对离散化数值进行误差补偿处理。重点分析了包含初始/结束速度不为零的情况，以及插补周期整数倍的处理方法。

NURBS曲线在数控系统中的应用主要有两种方式：一是将CAM生成的小线段拟合成NURBS插补刀轨（插值或逼近），二是直接基于CAD模型轮廓进行NURBS插补（精度更高）。NURBS拟合需预读离散线段，通过数学模型重建曲线，其中逼近法比插值法更接近原始轨迹。NURBS插补的关键在于确定参数u值以实现插补点密化。相比传统插补方式，NURBS插补能更精确地处理复杂曲线轨迹。

数控系统的前瞻控制根据轮廓复杂度自动调整前瞻段数，确保速度优化。加减速算法分为T型、S型等多种类型，需进行圆整误差补偿以消除插补周期导致的离散误差。实验表明，采用误差补偿后能显著提高位置精度。通过对比常规插补和补偿后插补的轨迹数据，验证了补偿算法在保证运动平稳性和末端定位精度方面的有效性。

速度前瞻是数控加工中提升效率的关键技术，通过预判加工路径的速度变化实现提前加减速。研究重点包括前瞻段数确定、转接速度计算、动力学约束处理等难点。实现方案涵盖固定/自适应前瞻段数选择、S/T型加减速算法应用，以及机床动力学参数约束下的安全速度计算。实验数据表明，采用7段S型加减速的前瞻算法可显著优化加工轨迹。该技术解决了微小线段加工中的速度瓶颈问题，在保证精度的同时提高了加工效率。

FANUC数控系统通过表面精细处理技术提升加工精度与表面质量，包括伺服HRV控制、AI轮廓控制和纳米平滑技术。该系统支持微小线段精确插补和NURBS曲线直接加工，消除线性近似误差，并采用预读程序段优化加减速控制，实现高品位加工效果。

代码位置：src/emc/task任务控制器是整个数控系统的枢纽，它轮询所有人机界面的命令通道，取得上层（即人机界面）的操作命令，然后将其分解成对运动控制器和IO控制器的操作并下发到对应的模块。除了所作消息分类和路由的核心模块，任务控制器承当了数控加工自动模式、手动模式等功能模式的维护工作。G代码加工作为数控系统标准的编程接口，G代码解释的工作也在任务控制器中完成。G代码作为数控装备执行的规范代码，在界面上编辑运动的G代码是以文件路径名的形式通知任务管理器执行的。

LinuxCNC的主要代码结构如下所示。语法解析， 读取， 执行等， 对刀具信息、 主轴转速、 开始、 停止等信息进行判断和执行工作包含了不同的运动控制模块（五轴、 三轴、 六轴等等）、插补以及速度控制的轨迹规划文件通过用户空间获取命令， 执行不同的动作， 这些命令结构体为 emcmotCommand->command， 而全部动作值都保存为 EMCMOT_COMMAND 在 motion.h 中。对于 NML 消息机制传递和更新的定义。

现代数控加工流程包含CAD设计、CAM编程和CNC加工三个关键环节。NC文件通过G/M代码控制机床运动，NURBS插补技术可提高曲线加工精度。针对加工中的速度突变问题，采用拐角平滑、速度前瞻和S型加减速规划优化加工效率。误差补偿方面，通过反向间隙补偿、螺距误差补偿和摩擦补偿（如LuGre模型）来修正机械磨损和温度形变带来的精度损失，其中摩擦补偿需结合圆测试确定最优参数。这些技术的综合应用显著提升了数控加工的精度、效率和稳定性。