第3章 数字控制技术

1、 数字控制就是数字控制就是利用数字化信号对机床运动及其加工过程进利用数字化信号对机床运动及其加工过程进行自动控制。行自动控制。 数控技术和数控机床是实现柔性制造（数控技术和数控机床是实现柔性制造（FMFM）和计算机集成）和计算机集成制造（制造（CIMCIM）的最重要的基础技术之一。）的最重要的基础技术之一。 直线驱动直线驱动多过程、多多过程、多任务调度、任务调度、模板化和复模板化和复合化、数字合化、数字智能化智能化复合设计复合设计加工加工计算机集成制造计算机集成制造系统系统(CIMS)(CIMS)、无人化工厂无人化工厂l990l990至至今今高性能高性能集成化集成化交流伺服交流伺服电机电机友好

2、的友好的人机界面人机界面复合设计复合设计加工加工柔性制造单元柔性制造单元(FMU) (FMU) 、柔性制、柔性制造系统造系统(FMS)(FMS)l982l982系统化系统化直流伺服直流伺服电机电机CNCCNC控制、刀控制、刀具自动交换、具自动交换、五轴联动、五轴联动、较好的人机较好的人机界面界面多种工艺多种工艺方法方法加工中心、电加加工中心、电加工、锻压工、锻压l970l970l985l985推广应用推广应用3 3轴以下步轴以下步进、液压进、液压电机电机NCNC控制控制简单工艺简单工艺数控车床、铣床数控车床、铣床钻床钻床19521952l969l969研究开发研究开发驱动特点驱动特点数控功能数

3、控功能工艺方法工艺方法典型应用典型应用年代年代特征阶段特征阶段数控装置数控装置xyabcd2.2.插补计算：插补计算：确定各确定各坐标值之间的中间值。坐标值之间的中间值。如何用计算机在绘图仪或数控加工机床上重现平面图形？1.曲线分割 直线直线abab、直线、直线bcbc、弧、弧cdcd，确，确定定a a、b b、c c、d d各各点坐标点坐标x x和和y y值。值。 所谓所谓直线插补直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于一线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于一条直线，并不是真正的直线。条直

4、线，并不是真正的直线。 所谓所谓二次曲线插补二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。 插补计算的宗旨插补计算的宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。逼近给定的线段。 从理论上讲，插补的形式可用任意函

5、数形式，但为了简化从理论上讲，插补的形式可用任意函数形式，但为了简化插补运算过程和加快插补速度，常用的是插补运算过程和加快插补速度，常用的是直线插补和二次曲线直线插补和二次曲线插补插补两种形式。两种形式。（6 6，4 4） 偏差偏差1 1象限象限2 2象限象限3 3象限象限4 4象限象限偏差公式偏差公式Fm0Fm0+x+x-x-x-x-x+x+xFm+1= Fm-Fm+1= Fm-y ye eFmFm0 0+y+y+y+y-y-y-y-yFm+1= Fm+1= Fm+xFm+xe eN Nxyxy=0=0F F1010=F=F9 9-y-ye e=0=0+ +x xF F9 9 0 01010

6、N Nxyxy=1=1F F9 9=F=F8 8+ +x xe e=4=4+ +y yF F8 8 0 08 8N Nxyxy=3=3F F7 7=F=F6 6+ +x xe e=2=2+ +y yF F6 6 0 05 5N Nxyxy=6=6F F4 4=F=F3 3+ +x xe e=4=4+ +y yF F3 3 0 03 3N Nxyxy=8=8F F2 2=F=F1 1+ +x xe e=2=2+ +y yF F1 1 008 8N Nxyxy=1=1x x7 7=x=x6 6-1=1,y-1=1,y7 7=4=4F F7 7=F=F6 6-2x-2x6 6+1=1+1=1-x-x

7、F F6 60005 5N Nxyxy=4=4x x4 4=3,y=3,y4 4=y=y3 3+1=3+1=3F F4 4=F=F3 3+2y+2y3 3+1=2+1=2+y+yF F3 3004 4N Nxyxy=5=5x x3 3=3,y=3,y3 3=y=y2 2+1=2+1=2F F3 3=F=F2 2+2y+2y2 2+1=-3+1=-3+y+yF F2 2003 3N Nxyxy=6=6x x2 2=3,y=3,y2 2=y=y1 1+1=1+1=1F F2 2=F=F1 1+2y+2y1 1+1=-6+1=-6+y+yF F1 1002 2N Nxyxy=7=7x x1 1=x=

8、x0 0-1=3,y-1=3,y1 1=0=0F F1 1=F=F0 0-2x-2x0 0+1=-7+1=-7-x-xF F0 0=0=01 1N Nxyxy=8=8x x0 0=0,y=0,y0 0=0=0F F0 0=0=0起点起点终点判断终点判断坐标计算坐标计算偏差计算偏差计算坐标进给坐标进给偏差判别偏差判别步数步数 数控机床的驱动元件常常是步进电机。步进电机是电机类数控机床的驱动元件常常是步进电机。步进电机是电机类中比较特殊的一种，它是靠脉冲来驱动的。中比较特殊的一种，它是靠脉冲来驱动的。 靠步进电机来驱动的数控系统的工作站或刀具总移动靠步进电机来驱动的数控系统的工作站或刀具总移动步数

9、步数决定于指令脉冲的总数决定于指令脉冲的总数，而刀具移动的，而刀具移动的速度则取决于指令脉冲速度则取决于指令脉冲的频率的频率。 步进电机不是连续的变化，而是跳跃的，离散的。步进电机不是连续的变化，而是跳跃的，离散的。 步进电机：脉冲电机，给一个脉冲电机转一下。它是一种步进电机：脉冲电机，给一个脉冲电机转一下。它是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模（D DA A）转换器。）转换器。 x x轴步进电机输出字表轴步进电机输出字表y y轴步进电机输出字表轴步进电机输出字表存储地址标号存储地址标号低八位输出字低八位输出字存储地址标号存储地址标号高八位输出字高八

10、位输出字ADXADX1 100000001=01H00000001=01HADYADY1 100000001=01H00000001=01HADXADX2 200000011=03H00000011=03HADYADY2 200000011=03H00000011=03HADXADX3 300000010=02H00000010=02HADYADY3 300000010=02H00000010=02HADXADX4 400000110=06H00000110=06HADYADY4 400000110=06H00000110=06HADXADX5 500000100=04H00000100=04HADYADY5 500000100=04H00000100=04HADXADX6 600000101=05H00000101=05HADYADY6 600000101=05H00000101=05H注意两点：注意两点： 速度往往和输出字的输送的频率有关；速度往往和输出字的输送的频率有关； 调速过程总是有加速问题。调速过程总是有加速问题。内容：内容： 按正序或反序取输出字可控制步进电按正序或反序取