第計(jì)算機(jī)控制技術(shù)三章 數(shù)字程序控制技術(shù)

1、1第3章 數(shù)字程序控制技術(shù) 3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制CNC計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)(shngchn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動距離和運(yùn)動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。 數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器。 共四十九頁2共四十九頁33.1.1 數(shù)字程序控制原理 基本思路： 逐點(diǎn)輸入加工軌跡的坐標(biāo)不現(xiàn)實(shí)。 數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成(z chn)，也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線基點(diǎn)和曲線屬性）擬合加工輪廓。 共四十九頁4 步驟： 1. 曲線分段： 圖中曲線分為三段，分別為ab、bc、cd，a、b、

2、c、d四點(diǎn)坐標(biāo)(zubio)送計(jì)算機(jī)。 分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)。共四十九頁5 2. 插補(bǔ)計(jì)算： 插補(bǔ)計(jì)算： 給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。 插補(bǔ)計(jì)算原則：通過給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。 插補(bǔ)： 直線插補(bǔ) 二次曲線插補(bǔ)圓弧、拋物線、雙曲線 3. 折線逼近： 根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算出的中間點(diǎn)、產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動x、y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動繪圖筆、刀具(doj)等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。共四十九頁6步長：刀具對應(yīng)于每個(gè)脈沖移動的相對位置，可以用 x, y表示(biosh)，一般

3、x y x方向步數(shù)：Nx(xe-x0)/ x y方向步數(shù)：Ny(ye-y0)/ y 共四十九頁73.1.2 數(shù)字程序控制方式 數(shù)字程序控制的3種方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。 點(diǎn)位控制 只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位，對刀具的移動路徑、移動速度、移動方向不作規(guī)定，且在移動過程中不做任何加工，只是(zhsh)在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工。（定位） 直線切削控制 控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動，且在運(yùn)動過程中進(jìn)行切削加工。（單軸切削）共四十九頁8輪廓的切削控制 控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動(yndng)，并在運(yùn)動(yndng)

4、過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。（多軸切削） 三種方式比較 點(diǎn)位控制：驅(qū)動電路簡單，無需插補(bǔ) 直線切削控制：驅(qū)動電路復(fù)雜，無需插補(bǔ) 輪廓切削控制：驅(qū)動電路復(fù)雜，需插補(bǔ) 共四十九頁93.1.3 數(shù)字程序控制(chngxkngzh) 閉環(huán)方式 開環(huán)方式 共四十九頁103.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 逐點(diǎn)比較(bjio)插補(bǔ)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(bjio)一次，決定下一步的進(jìn)給方向： 用階梯折線逼近曲線。 走一步 - 比較一次 - 決定下一步的走向 逐點(diǎn)比較法的最大誤差：一個(gè)脈沖當(dāng)量（步長）共四十九頁113.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) 插補(bǔ)步驟： 偏

5、差判別 - 坐標(biāo)(zubio)進(jìn)給 - 偏差計(jì)算 - 終點(diǎn)判斷 走一步 - 比較一次 - 決定下一步的走向 插補(bǔ)結(jié)束判斷 共四十九頁12第一(dy)象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 共四十九頁13偏差判別： 偏差判別式： Fm=ymxe-xmye 進(jìn)給方向確定(qudng)： 當(dāng)Fm = 0時(shí)，沿+x軸方向走一步； 當(dāng)Fm 0，M點(diǎn)在圓弧外 Fm=0，向-x方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差；當(dāng)Fm 坐標(biāo)進(jìn)給 - 偏差計(jì)算 -坐標(biāo)計(jì)算- 終點(diǎn)判斷 直線插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)xe，ye 圓弧插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)xm，ym 共四十九頁24四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ) 第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算 當(dāng)Fm=0，向-y方向(

6、fngxing)進(jìn)給一步， Fm+1= Fm 2ym +1 當(dāng)FmB-C-A相輪流通電，則磁場沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動360度角，轉(zhuǎn)子(zhun z)沿ABC方向轉(zhuǎn)動了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為4，齒距角為90度，即1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動了90度。共四十九頁35 步進(jìn)電機(jī)的“ 相”和“ 拍” “ 相”繞組的個(gè)數(shù) “ 拍”繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有6種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)齒距。 步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算(j sun)： N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù) Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 齒距角： Z 360/Z 步進(jìn)電機(jī)每周期步進(jìn)的角度。 步距角360/(NZ) ：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角

7、度。 共四十九頁363.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作(gngzu)方式 步進(jìn)電機(jī)的通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。 三相步進(jìn)電機(jī)可工作于單相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。 單三拍工作方式 A-B-C-A 共四十九頁37雙三拍工作(gngzu)方式 AB-BC-CA-AB- 三相六拍工作方式 A-AB-B-BC-C-CA-A- 共四十九頁38步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動： 切換時(shí)，繞組電流并非全部切除或通入，只改變額定值的一部分（如1/4)，轉(zhuǎn)子(zhun z)也只轉(zhuǎn)動步距角的一部分（如1/4)。共四十九頁39優(yōu)點(diǎn)：達(dá)到更高分辨率，減小振動(zhndng)和噪聲

8、共四十九頁403.3.3 步進(jìn)電機(jī)(dinj)控制接口及輸出字表 步進(jìn)電機(jī)常規(guī)控制電路 共四十九頁41 脈沖分配器：把脈沖串按一定規(guī)律分配給脈沖放大器的各相輸入端，又稱環(huán)形分配器。 輸入：步進(jìn)脈沖，1個(gè)脈沖為1拍，走一步； 方向選擇 ，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 輸出：各相繞組的驅(qū)動脈沖。 功率放大器：脈沖分配器的輸出電路(dinl)不足以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行功率放大。 步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式1 微機(jī) 環(huán)形分配器 功放 運(yùn)動控制及脈沖產(chǎn)生 脈沖分配 共四十九頁42步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式2 微機(jī) 驅(qū)動電路(dinl) 運(yùn)動控制和脈沖分配 功率放大 1.步進(jìn)電機(jī)控制接口 例如：采用8255芯片控制x, y軸步進(jìn)電機(jī)。

9、共四十九頁43 2.步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表 8255的PA、PB口分別(fnbi)控制x, y軸步進(jìn)電機(jī)。 輸出數(shù)據(jù)“ 1”表示通電，“ 0”表示斷電。 共四十九頁44輸出字以表的形式順序存放(cnfng)在內(nèi)存： 正轉(zhuǎn)訪問順序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反轉(zhuǎn)訪問順序：ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY5-ADY1 微機(jī)的運(yùn)動控制功能 改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)； 改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)； 改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。共四十九頁453.3.4 步進(jìn)電機(jī)(dinj)控制程序 步進(jìn)電機(jī)走步控制程序流

10、程圖共四十九頁46共四十九頁47步進(jìn)電機(jī)速度控制程序 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率。 可采用延時(shí)或定時(shí)器方法。 步進(jìn)電機(jī)的速度控制就是控制步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)動作時(shí)間，使步進(jìn)電機(jī)按照給定的速度規(guī)律(gul)進(jìn)行工作。共四十九頁延時(shí)或定時(shí)時(shí)間的計(jì)算： Ti為相鄰兩次走步(zu b)的時(shí)間間隔（S），Vi為進(jìn)給一步后的末速度（步/S），a為進(jìn)給一步的加速度（步/S2） 。共四十九頁內(nèi)容摘要1。插補(bǔ)計(jì)算： 給定(i dn)曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法?？刂菩谐痰慕K點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動，且在運(yùn)動過程中進(jìn)行切削加工?？刂频毒哐毓ぜ喞€運(yùn)動，并在運(yùn)動過程中將工件加工成某一形狀。當(dāng)目前坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)相等，停止插補(bǔ)。2象限：1象限以y軸鏡象。4象限