課件 第三章數(shù)字程序控制技術(shù)

1、第三章 數(shù)字程序控制技術(shù) 數(shù)控?cái)?shù)控是采用數(shù)字電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)，它包括順序控制和數(shù)字程序控制兩部分。 順序控制順序控制：把按時(shí)序或事序規(guī)定工作的自動(dòng)控制稱為順序控制。 數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制：計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)械）按照規(guī)定的順序，運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)的完成工作的自動(dòng)控制。第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)順序控制的特點(diǎn)順序控制的特點(diǎn)：(1)控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)都是開關(guān)量信號(hào)。(2)順序控制系統(tǒng)控制生產(chǎn)機(jī)械依次順序動(dòng)作，動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)的邏輯判斷或時(shí)序的判斷來決定的。(3)為了保證系統(tǒng)可靠的工作，有的系

2、統(tǒng)中，需增加檢測(cè)機(jī)構(gòu)及顯示和報(bào)警電路。 第三章 數(shù)字程序控制技術(shù) 數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制主要用于機(jī)床的自動(dòng)控制，如用于銑床，車床，加工中心，線切割機(jī)以及焊接機(jī)，氣割機(jī)等的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。采用數(shù)字程序控制的機(jī)床叫做數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床具有能夠加工形狀復(fù)雜的零件，加工精度高，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化的一個(gè)重要的發(fā)展方向。 第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)鉆床：在金屬或其他材料的零件上加工圓孔用的機(jī)床。工件不動(dòng)，刀具一面旋轉(zhuǎn)，一面推進(jìn)。最常用的有立式鉆床，旋臂鉆床等。鏜床：用來加工工件上孔眼的機(jī)床。工件固定在工作臺(tái)上，刀具裝在旋轉(zhuǎn)的金屬桿上，伸進(jìn)工件的孔眼里進(jìn)行切削，使原有的孔眼擴(kuò)大，光滑而精確

3、。沖床：用沖壓的方法使金屬板成形或在金屬板上沖孔的加工機(jī)器。汽車外殼和酒瓶瓶蓋等就是用沖床加工制成的。第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)銑床：切削金屬用的一種機(jī)床。裝有棒狀或者盤狀的多刃刀具，用來加工平面，曲面和各種凹槽。工作時(shí)刀具旋轉(zhuǎn)，工件移動(dòng)著跟刀具接觸。種類很多，如立式銑床，萬(wàn)能臥式銑床等。刨床：用于金屬材料的平面加工和各種直線的成型面的加工的一種機(jī)床。龍門刨，牛頭刨。車床：最常用的一種金屬切削機(jī)床。主要用來做內(nèi)圓，外圓和螺紋等成型面的加工。工作時(shí)工件旋轉(zhuǎn)，車刀移動(dòng)著進(jìn)行切削。也叫旋床。磨床：裝有高速旋轉(zhuǎn)的砂輪，用來磨制工件表面的機(jī)床，作用是使工件表明光潔，提高零件的精確度。第三章 數(shù)字程序控制技

4、術(shù)3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.3 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)3.1 3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，為了滿足高精度和高效率的加工復(fù)雜零件的需要，設(shè)計(jì)出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 早期的數(shù)控（NC: Numerical Control）機(jī)床是以數(shù)字電路技術(shù)為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)的。70年代初期在數(shù)控系統(tǒng)中利用了計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制，從而誕生了計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）。 3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 它是通過軟件實(shí)現(xiàn)控制，要想改變控制功能，只需改變相應(yīng)的控制程序，硬件電路不作或只作極少改動(dòng)，所以通用性和靈活性都很好。 3.1.1 3.1.1 微機(jī)數(shù)控

5、系統(tǒng)的組成微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成 當(dāng)CNC系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)采用微機(jī)時(shí)，就成為微機(jī)數(shù)控(MNC)系統(tǒng)。 3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3.1.1 3.1.1 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)輸入裝置：指微機(jī)的輸入設(shè)備，如鍵盤。 微機(jī)：微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算和控制的核心。 輸出裝置：包括輸出緩沖電路、隔離電路、輸出信號(hào)功率放大器、各種顯示設(shè)備等。 伺服機(jī)構(gòu)：包括各種伺服元件和功率驅(qū)動(dòng)元件。 加工機(jī)械：數(shù)控系統(tǒng)的控制對(duì)象，各種機(jī)床、織機(jī)等。 3.1.2 3.1.2 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的分類微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的分類3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)1 1 按控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡分類（按控制方式）按控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡

6、分類（按控制方式）（1）點(diǎn)位控制（2）直線切削控制（3）輪廓切削控制2 2 按對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的控制方式分類按對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的控制方式分類 （1）閉環(huán)數(shù)字程序控制（2）開環(huán)數(shù)字程序控制3.1.3 3.1.3 數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理 3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)OXYabcd 圖3.2 曲線分段3.1.3 3.1.3 數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理 插補(bǔ)（插值）插補(bǔ)（插值）：求取曲線中間各個(gè)點(diǎn)的數(shù)值計(jì)算方法稱為插值或者插補(bǔ)。 插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算就是按照給定的基本數(shù)據(jù)（如直線或圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)），插補(bǔ)（插值）其中間的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而把曲線形狀描述出來的一種計(jì)算。 插補(bǔ)計(jì)算的宗旨宗旨是通過給定的基點(diǎn)坐

7、標(biāo)，以一定的速度連續(xù)的定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值是以一定的精度逼進(jìn)給定的線段。 3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3.1.3 3.1.3 數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理 把插補(bǔ)運(yùn)算過程中定出的各個(gè)中間點(diǎn)，以脈沖信號(hào)形式去控制x，y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆，刀具等，從而繪出圖形或者加工出所要求的輪廓來。這里的每一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步，即繪圖筆或刀具在x或y方向上移動(dòng)一個(gè)位置。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置稱為脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量，也稱為步長(zhǎng)步長(zhǎng)，常用 來表示，并且總是規(guī)定 。 3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)yxyx ,3.1.3 3.1.3 數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理yyyNxxxNe

8、yex00,x方向和y方向應(yīng)移動(dòng)的總步數(shù) ：1yx00,yyNxxNeyex令則：3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)3.2 3.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 逐點(diǎn)比較法逐點(diǎn)比較法：走一走，看一看，比一比走一走，看一看，比一比3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) 3.2.2 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) 3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理eeexyK 直線的斜率：當(dāng)某一時(shí)刻加工點(diǎn)到達(dá)M(Xm,Ym)點(diǎn)時(shí)，則直線OM的斜率為 mmmxyK3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理emm

9、eemxxxyxyFF=0，M點(diǎn)在直線OE上；F0，M點(diǎn)在直線OE上方；F0， M點(diǎn)在直線OE下方。 3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)meemmxyxyF偏差可表示為 ：當(dāng)Fm=0時(shí)，M點(diǎn)在直線OE上，此時(shí)沿+x軸方向進(jìn)給一步；當(dāng)Fm0時(shí)，M點(diǎn)在直線OE的上方，沿+x軸方向進(jìn)給一步；當(dāng)Fm0時(shí)，M點(diǎn)在直線OE的下方，沿+y軸方向進(jìn)給一步。 按照上式計(jì)算偏差，要做兩次乘法，一次減法兩次乘法，一次減法，比較麻煩，因此需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化，也是為了便于編程，得到偏差計(jì)算的遞推公式遞推公式。 3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)

10、（2）Fm0，向+y軸方向進(jìn)給一步，新坐標(biāo)： ),(11mmyxmmmmyyxx111則：則偏差為 ：ememeemmyFyxyxyF1（1）Fm0，向+x軸方向進(jìn)給一步，新坐標(biāo)： ),(11mmyx則：則偏差為 ：111mmmmyyxxememeemmxFxxyxyF13. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)1 設(shè)置兩個(gè)計(jì)數(shù)器Nx和Ny，分別對(duì)x坐標(biāo)方向和y坐標(biāo)方向的總步數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。每走一步，相應(yīng)計(jì)數(shù)器減一，直到兩個(gè)均為零為止。如何判斷是否已經(jīng)走到終點(diǎn)？3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理2 設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器Nxy，對(duì)x坐標(biāo)方向和y坐標(biāo)方向的總步數(shù)之和進(jìn)

11、行計(jì)數(shù)。每走一步，計(jì)數(shù)器減一，直到為零為止。3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)的步驟直線插補(bǔ)的步驟 ： (1)偏差判別：即判別上一次進(jìn)給后的偏差值Fm是最大于等于零，還是小于零；（2)坐標(biāo)進(jìn)給：即根據(jù)偏差判斷的結(jié)果決定進(jìn)給方向，并在該方向上進(jìn)給一步； (3)偏差計(jì)算：即計(jì)算進(jìn)給后的新偏差值Fm+1，作為下一步偏差判別的依據(jù)； (4)終點(diǎn)判別：即若已到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)；若未到達(dá)終點(diǎn)，則重復(fù)上述步驟。 3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)第一象限直線插補(bǔ)的幾個(gè)思考問題：第一象限直線插補(bǔ)的幾個(gè)思考問題：3. 2

12、逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理1 每走一步，橫坐標(biāo)或者縱坐標(biāo)總有一個(gè)是增加的么？ 2 第一步,起始點(diǎn)在原點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)m=0，必須是橫坐標(biāo)方向（X）先走么？ 3 有無可能在某一個(gè)方向連著走幾步 ？4 有無更簡(jiǎn)單的直線插補(bǔ)方法，節(jié)省所走的步數(shù)？ 3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)計(jì)算舉例：直線插補(bǔ)計(jì)算舉例：例3.1 設(shè)加工第一象限直線OA，起點(diǎn)為(0，0)，終點(diǎn)坐標(biāo)為(6，4)試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，并作出走步軌跡圖。 3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理思路：首先確定終點(diǎn)在哪個(gè)象限；其次計(jì)算出總步數(shù)為多少；按照四步計(jì)算過程(偏差判別，坐標(biāo)進(jìn)給，偏差計(jì)算，終點(diǎn)判斷)來計(jì)算各步的走向；最后繪出走步

13、軌跡圖。3.2.1 3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.2.2 3.2.2 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理222Ryxaa222RyxFmmm若Fm=0，則表明加工點(diǎn)M在圓弧上；Fm0，表明加工點(diǎn)在圓弧外；Fm0，表明加工點(diǎn)在圓弧內(nèi)。為了使新的加工點(diǎn)逼近給定圓弧，對(duì)于SR1，進(jìn)給方向應(yīng)為：當(dāng)Fm0時(shí)，應(yīng)向-y軸方向進(jìn)給一步；當(dāng)Fm0時(shí)，應(yīng)向+x方向進(jìn)給一步。 3.2.2 3.2.2 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 若Fm0，則應(yīng)沿-y軸方向走一步，新加工點(diǎn)的偏差為： 若Fm0，則應(yīng)沿

14、+x軸走一步，新加工點(diǎn)的偏差為：， 111mmmmyyxx121mmmyFFmmmmyyxx111121mmmxFF3.2.2 3.2.2 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)的步驟圓弧插補(bǔ)的步驟 ： (1) 偏差判別(2) 坐標(biāo)進(jìn)給 (3) 偏差計(jì)算 (5) 終點(diǎn)判別 (4) 坐標(biāo)計(jì)算3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.2.2 3.2.2 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)四象限圓弧插補(bǔ)公式（四象限圓弧插補(bǔ)公式（P85P85）3. 2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理3.3 3.3 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù) 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 3.3.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原

15、理 3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 3.3.3 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)控制程序 3.3.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 3. 3 步進(jìn)電機(jī)控制方式步進(jìn)電機(jī)，又叫脈沖電機(jī)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)控制線路接收計(jì)算機(jī)發(fā)來的脈沖指令，控制步進(jìn)電機(jī)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，來帶動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)或

16、刀具。3.3.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 3. 3 步進(jìn)電機(jī)控制方式3.3.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 3. 3 步進(jìn)電機(jī)控制方式ZNNZ360步距角：ZZ3602齒距角：N是步進(jìn)電機(jī)的工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 1 單 三 拍 工 作 方 式 ABCA2 雙三拍工作方式 ABBCCAAB 3 三相六拍工作方式 AABBBCCCAA 3. 3 步進(jìn)電機(jī)控制方式3.3.3 3.3.3 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù) 1 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表 2 步進(jìn)電機(jī)控制程序 本章重點(diǎn)： 1 數(shù)字控制技術(shù)原理。 2 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)原理及計(jì)算。 3 步進(jìn)電機(jī)原理及控制方式。本章作業(yè)：P99 3.1,3.2,3.4,3.5,3.