微機控制技術(shù)第三章

1、1第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)2第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)31 數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 311數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理 如圖所示的平面曲形圖形如圖所示的平面曲形圖形如何用計算機在繪圖儀或數(shù)控如何用計算機在繪圖儀或數(shù)控加工機床上重現(xiàn)，以此來簡要加工機床上重現(xiàn)，以此來簡要說明數(shù)字程序控制的基本原理。說明數(shù)字程序控制的基本原理。 3數(shù)數(shù)王王4第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)31 數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 311數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理 如圖是一段用折線逼近直線如圖是一段用折線逼近直線的直線插補線段，其中的直線插補線段，其中( (x x0 0，y

2、y0 0) )代表該線段的起點坐標(biāo)值，代表該線段的起點坐標(biāo)值，( (x xe e，y ye e) )代表終點坐標(biāo)值，則代表終點坐標(biāo)值，則x x方向和方向和y y方向應(yīng)移動的總步數(shù)方向應(yīng)移動的總步數(shù)N Nx x和和N Ny y分分別為：別為：N Nx x=(x=(xe e-x-x0 0)/)/x x N Ny y=(y=(ye e-y-y0 0)/ )/ y y5第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)31 數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 312 數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式 數(shù)控系統(tǒng)按控制方式來分類，可以分為數(shù)控系統(tǒng)按控制方式來分類，可以分為點位控制點位控制、直線直線切削控制和輪廓切削控制切削控制

3、和輪廓切削控制，這三種控制方式都是運動的軌，這三種控制方式都是運動的軌跡控制。跡控制。 1點位控制點位控制(Point To Point PTP) 在點位控制系統(tǒng)中，只要求控制刀具行程終點的坐標(biāo)值在點位控制系統(tǒng)中，只要求控制刀具行程終點的坐標(biāo)值，即工件加工點準(zhǔn)確定位，至于刀具從一個加工點移到下一，即工件加工點準(zhǔn)確定位，至于刀具從一個加工點移到下一個加工點走什么路徑、移動的速度、沿哪個方向趨近都無需個加工點走什么路徑、移動的速度、沿哪個方向趨近都無需規(guī)定，并且在移動過程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指規(guī)定，并且在移動過程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工。定位置后才開始加工。在機

4、床加工業(yè)中，采用這類控制的有在機床加工業(yè)中，采用這類控制的有鉆床、鏜床、沖床等。鉆床、鏜床、沖床等。 6第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)31 數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 312 數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式 2直線切削控制直線切削控制 這種控制主要是控制行程的終點坐標(biāo)值，不過還要求刀具這種控制主要是控制行程的終點坐標(biāo)值，不過還要求刀具相對于工件平行某一直角坐標(biāo)軸作直線運動，且在運動過程中進(jìn)相對于工件平行某一直角坐標(biāo)軸作直線運動，且在運動過程中進(jìn)行切削加工。這類控制的有銑床、車床、磨床、加工中心等。行切削加工。這類控制的有銑床、車床、磨床、加工中心等。 3輪廓的切削控制輪廓的切削控制(C

5、ontinuous Path-CP) 這類控制的特點是能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不斷地運動，這類控制的特點是能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不斷地運動，并在運動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式是借助于插補并在運動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式是借助于插補器進(jìn)行的，插補器根據(jù)加工的工件輪廓向每一坐標(biāo)軸分配速度指器進(jìn)行的，插補器根據(jù)加工的工件輪廓向每一坐標(biāo)軸分配速度指令，以獲得圖紙坐標(biāo)點之間的中間點。這類控制用于銑床、車床、令，以獲得圖紙坐標(biāo)點之間的中間點。這類控制用于銑床、車床、磨床、齒輪加工機床等。磨床、齒輪加工機床等。7第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)3 31 1 數(shù)字程序

6、控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 312 數(shù)字程序控制模式數(shù)字程序控制模式 1 1閉環(huán)數(shù)字程序控制閉環(huán)數(shù)字程序控制 下圖給出了閉環(huán)數(shù)字程序控制的結(jié)構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)的執(zhí)下圖給出了閉環(huán)數(shù)字程序控制的結(jié)構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機構(gòu)多采用直流電機和交流電機作為驅(qū)動元件，反饋測行機構(gòu)多采用直流電機和交流電機作為驅(qū)動元件，反饋測量元件采用光電編碼器、光柵、感應(yīng)同步器等，該控制方量元件采用光電編碼器、光柵、感應(yīng)同步器等，該控制方式控制精度高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。式控制精度高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 閉環(huán)控制特征閉環(huán)控制特征8第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)3 31 1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 312 數(shù)字程序控制模

7、式數(shù)字程序控制模式 2 2開環(huán)數(shù)字程序控制開環(huán)數(shù)字程序控制 如圖所示為開環(huán)數(shù)字程序控制的結(jié)構(gòu)，目前開環(huán)數(shù)字如圖所示為開環(huán)數(shù)字程序控制的結(jié)構(gòu)，目前開環(huán)數(shù)字程序控制得到了廣泛的應(yīng)用，如各類數(shù)控機床、線切割機、程序控制得到了廣泛的應(yīng)用，如各類數(shù)控機床、線切割機、低速小型數(shù)字繪圖儀等，都是利用開環(huán)數(shù)字程序控制原理低速小型數(shù)字繪圖儀等，都是利用開環(huán)數(shù)字程序控制原理實現(xiàn)控制的。這種控制結(jié)構(gòu)沒有反饋檢測元件，工作臺由實現(xiàn)控制的。這種控制結(jié)構(gòu)沒有反饋檢測元件，工作臺由步進(jìn)電機驅(qū)動。步進(jìn)電機驅(qū)動。 沒有反饋9第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 所謂逐點比較法插補，就是刀具或繪

8、圖筆所謂逐點比較法插補，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進(jìn)給方向。如的里面或外面，從而決定下一步的進(jìn)給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走，就向給定軌跡的外面走，。如此，走一步、。如此，走一步、看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近看一看，比較一次，決定

9、下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成給定軌跡，即形成逐點比較插補逐點比較插補。10第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 321 逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補 1第一象限內(nèi)的直線插補第一象限內(nèi)的直線插補(1)偏差計算公式偏差計算公式 在第一象限想加工出直線段在第一象限想加工出直線段OA，取直線段的起點為坐標(biāo)原點，直線段取直線段的起點為坐標(biāo)原點，直線段終點坐標(biāo)終點坐標(biāo)(xe，ye)是已知的，如圖所示。是已知的，如圖所示。點點m(xm，ym)為加工點為加工點(動點動點)，若點，若點m在直線段在直線段OA上，則有：上，則有：xm/ym=xe/ye 即即 ymx

10、e=xmye定義直線插補的偏差判別式為：定義直線插補的偏差判別式為： F Fm m=y=ym mx xe e-x-xm my ye e 動點動點11第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 321 逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補 1第一象限內(nèi)的直線插補第一象限內(nèi)的直線插補(1)偏差計算公式偏差計算公式簡化的判別式簡化的判別式 設(shè)加點正處于設(shè)加點正處于m點，當(dāng)點，當(dāng)Fm0時，表明時，表明m點在點在OA上或上或OA上方，上方，應(yīng)沿應(yīng)沿+x方向進(jìn)一步至方向進(jìn)一步至(m+1)點，該點的坐標(biāo)值為：點，該點的坐標(biāo)值為： xm+1=xm+1 ym+1=ym該點的偏差為：該

11、點的偏差為： F Fm+1m+1=y=ym+1m+1x xe e-x-xm+1m+1y ye e=y=ym mx xe e-(x-(xm m+1)y+1)ye e=F=Fm m-y-ye e 設(shè)加工點正處于設(shè)加工點正處于m點，當(dāng)點，當(dāng)Fm0時，表明時，表明m點在點在OA下方，應(yīng)下方，應(yīng)向向+y方向進(jìn)給一步至方向進(jìn)給一步至(m+1)點，該點的坐標(biāo)值為：點，該點的坐標(biāo)值為： xm+1=xm ym+1=ym+1該點的偏差為：該點的偏差為： F Fm+1m+1=y=ym+1m+1x xe e-x-xm+1m+1y ye e=(y=(ym m+1)x+1)xe e-x-xm my ye e=F=Fm m

12、+x+xe e 12第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 321 逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補 1第一象限內(nèi)的直線插補第一象限內(nèi)的直線插補 (2)終點判斷方法終點判斷方法 逐點比較法的終點判斷有多種方法，下面介紹兩種方法：逐點比較法的終點判斷有多種方法，下面介紹兩種方法： 設(shè)置設(shè)置Nx和和Ny兩個減法計數(shù)器，在加工開始前，在兩個減法計數(shù)器，在加工開始前，在Nx和和Ny計計數(shù)器中分別存入終點坐標(biāo)值數(shù)器中分別存入終點坐標(biāo)值xe和和ye，在在x坐標(biāo)坐標(biāo)(或或y坐標(biāo)坐標(biāo))進(jìn)給一步時，進(jìn)給一步時，就在就在Nx計數(shù)器計數(shù)器(或或Ny計數(shù)器計數(shù)器)中減去中減去1，直

13、到這兩個計數(shù)器中的數(shù)都，直到這兩個計數(shù)器中的數(shù)都減到零時，到達(dá)終點。減到零時，到達(dá)終點。 用一個終點計數(shù)器，寄存用一個終點計數(shù)器，寄存x和和y兩個坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)兩個坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)Nxy，x或或y坐標(biāo)進(jìn)給一步，坐標(biāo)進(jìn)給一步，Nxy就減就減1，若，若Nxy0，則就達(dá)到終點。則就達(dá)到終點。13第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 321 逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補 1第一象限內(nèi)的直線插補第一象限內(nèi)的直線插補 (3)插補計算過程插補計算過程 插補計算時，每走一步，都要進(jìn)行以下插補計算時，每走一步，都要進(jìn)行以下4個步個步驟的插補計算過程驟的插補計算過程:

14、: A.A.偏差判別；偏差判別； B. B.坐標(biāo)進(jìn)給；坐標(biāo)進(jìn)給； C. C.偏差計算；偏差計算； D. D.終點判斷。終點判斷。 14第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 321 逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補 2四個象限的直線插補四個象限的直線插補 不同象限直線插補的偏差符號及坐標(biāo)不同象限直線插補的偏差符號及坐標(biāo)進(jìn)給方向如圖所示。進(jìn)給方向如圖所示。 Fm0Fm0所在象限所在象限進(jìn)給方向進(jìn)給方向偏差計算偏差計算所在象限所在象限進(jìn)給方向進(jìn)給方向偏差計算偏差計算一、四一、四xFm+1=Fm-ye一、二一、二+yFm+1=Fm+xe二、三二、三-x三、四三、四

15、-y15第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 321 逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補 3直線插補計算的程序流程直線插補計算的程序流程 右圖按照插補計算過程的右圖按照插補計算過程的4個步驟，即偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、個步驟，即偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計算、終點判斷來實現(xiàn)插補偏差計算、終點判斷來實現(xiàn)插補計算程序。偏差判別、偏差計算、計算程序。偏差判別、偏差計算、終點判斷是邏輯運算和算術(shù)運算，終點判斷是邏輯運算和算術(shù)運算，容易編寫程序，而坐標(biāo)進(jìn)給通常容易編寫程序，而坐標(biāo)進(jìn)給通常是給步進(jìn)電機發(fā)走步脈沖，通過是給步進(jìn)電機發(fā)走步脈沖，通過步進(jìn)電機帶動機床工作臺或刀具步進(jìn)

16、電機帶動機床工作臺或刀具移動。移動。 +X-X+y-y偏差偏差計算計算偏差偏差判斷判斷終點終點判斷判斷坐標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)給進(jìn)給16第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 321 逐點比較法直線插補逐點比較法直線插補 4 例例設(shè)加工第一象限設(shè)加工第一象限直線直線OAOA，起點為起點為O(0O(0，0)0)，終點坐標(biāo)為止終點坐標(biāo)為止(6(6，4)4)，試，試進(jìn)行插補計算并作出走步進(jìn)行插補計算并作出走步軌跡圖。軌跡圖。 解：坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)解：坐標(biāo)進(jìn)給的總步數(shù)N Nxyxy|6|60|+|4-0|=100|+|4-0|=10，y ye e=4,F=4,F0 0=0=0，xoy

17、=1xoy=1。插補計插補計算過程如表所示。算過程如表所示。步數(shù)偏差判別偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差計算偏差計算終點判別終點判別起點起點 F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=-4Nxy=92F10+xF3= F2-ye=-2Nxy=74F30+xF5= F4-ye=0Nxy=56F5=0+xF6= F5-ye=-4Nxy=47F60+xF8= F7-ye=-2Nxy=29F80+xF1 0= F9-ye=0Nxy=017第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 322逐點比較法圓弧插補逐點比較法圓弧插補 1 1第一象限內(nèi)的圓弧插補第一象限內(nèi)的圓弧插

18、補 設(shè)要加工逆圓弧設(shè)要加工逆圓弧AB，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點，并已知圓弧的圓弧的圓心在坐標(biāo)原點，并已知圓弧的起點為起點為A(x0,y0)，終點終點B(xe，ye)，圓弧半徑為圓弧半徑為R。令瞬時加工點為令瞬時加工點為m(xm，ym)，它與圓心的距離為它與圓心的距離為Rm，顯然，可以比較顯然，可以比較Rm和和R來反來反映加工偏差。比較映加工偏差。比較Rm和和R，實際上是比較它們的平方值。實際上是比較它們的平方值。由圖所示的第一象限逆圓弧由圖所示的第一象限逆圓弧AB可知，可知， Rm2=xm2+ym2 R2=x02+y02可定義偏差判別式為：可定義偏差判別式為： Fm=Rm2-R=xm2+ym2-R

19、2 (1)偏差計算公式偏差計算公式 18第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 322逐點比較法圓弧插補逐點比較法圓弧插補 1 1第一象限內(nèi)的圓弧插補第一象限內(nèi)的圓弧插補 (1)偏差計算公式偏差計算公式 簡化偏差判別公式簡化偏差判別公式 設(shè)加工點正處于設(shè)加工點正處于m(xm，ym)點，當(dāng)點，當(dāng)Fm0時，應(yīng)沿時，應(yīng)沿-x方向進(jìn)給方向進(jìn)給一步至一步至(m十十1)點，其坐標(biāo)值為：點，其坐標(biāo)值為： xm+1=xm-1 ym+1=ym新的加工點的偏差為新的加工點的偏差為Fm+1=xm+12+ym+12-R2=(xm-1)2+ym2-R2=Fm-2xm+1 設(shè)加工點正處于設(shè)

20、加工點正處于m(xm，ym)點，當(dāng)點，當(dāng)Fm0時，應(yīng)沿時，應(yīng)沿+y方向進(jìn)給方向進(jìn)給其坐標(biāo)值為：其坐標(biāo)值為： xm+1=xm ym+1=ym+1新的加工點偏差為新的加工點偏差為Fm+1=xm+12+ym+12-R2=xm2+(ym+1)2-R2=Fm+2ym+1 19第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)32 逐點比較法插補原理 322逐點比較法圓弧插補逐點比較法圓弧插補 1 1第一象限內(nèi)的圓弧插補第一象限內(nèi)的圓弧插補 (2)終點判斷方法終點判斷方法 圓弧插補的終點判斷方法和直線插補相同。可將圓弧插補的終點判斷方法和直線插補相同?？蓪方向方向的走步步數(shù)的走步步數(shù)Nx|xe-x0|和和y

21、方向的走步步數(shù)方向的走步步數(shù)Ny|ye-y0|的總的總和和Nxy作為一個計數(shù)器，每走一步，從作為一個計數(shù)器，每走一步，從Nxy中減中減1，當(dāng)，當(dāng)Nxy0時發(fā)出終點到信號。時發(fā)出終點到信號。 (3)插補計算過程插補計算過程 圓弧插補計算過程比直線插補計算過程多一個環(huán)節(jié)，圓弧插補計算過程比直線插補計算過程多一個環(huán)節(jié)，即要計算加工點瞬時坐標(biāo)即要計算加工點瞬時坐標(biāo)(動點坐標(biāo)動點坐標(biāo))值，因此圓弧插補計值，因此圓弧插補計算過程分為算過程分為5個步驟即個步驟即偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計算、偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計算、坐標(biāo)計算、終點判斷。坐標(biāo)計算、終點判斷。 20第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)33 步進(jìn)電機控制技術(shù) 331 步進(jìn)電機的工作原理步進(jìn)電機的工作原理 如圖是一個三相反應(yīng)式步進(jìn)電如圖是一個三相反應(yīng)式步進(jìn)電機，其定子的每相都有一對磁機，其定子的每相都有一對磁極，每個磁極