3章数字程序控制技术.

1、第三章数字控制技术3.1数字控制基础数字控制，就是生产机械（如机床）根据计算机输 出的拒令和数据，按规定的工作顺庁、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律口动完成工作的器和检测装耗等组成。控制方式。包括控制数控系统由数控裝置、驱动装置、可编程控制图样一LW冷卸裁装SL过我与限位保沪主细违蠹|广PC工件冃融交検液压系疑掲St製毁n匕”机床卒体加工轨迹数控机床的组成卑作長统显示器 rAutoCAD 的 DXF丈件等可暑易主制索统搖伺粗帕动3. 1. 2数字控制原理1、曲线分段2、插补计算插补/插值：求得各段 曲线屮间值的数值计算 方法。两种常川插补形式： 直线插补、二次曲线插补3、步进电机控制脉冲当量

2、 （步长，x=Zy） :每个脉冲移动的相对位置。插补算法：就是如何分配x和y方向上的脉冲数，使实际的中间点轨迹尽可图2用折线逼近直线段能地逼近理想轨迹。常用插补算法有逐点比较法、数字积分法、数字脉 冲乘法器等。图 3 1曲线分段3.1.3数字控制方式点位控制：只要求控制刀具行程终点的坐标值，不需要插补 计算。采用这类控制的有钻床、铢床、冲床等。 M 线控制：耍求控制行程的终点坐标值，并要求刀具札【对于 工件平行某一宜角坐标轴作育线运动，XL 在运动过程中进行切 削加工。采川这类控制的有铳床、车床、幣床、加工中心等。轮丿郭控制：要求控制刀具沿工件轮朗曲线不断地运动，并在 运动过程中将工件加工成某

3、一形状，需要插补计篦。采用这类 控制的有铳床、车床、磨床、齿轮加工机床等。3 丄 4数字控制系统开环数字控制采用步进屯机作为尔动元件图 3 3 开环数字控制闭环数字控制，多采川亡流电机作为驱动元件, 测暈元件采用光电编码器、光栅、感应同步器 用于大型精密加匚机床。测量元件在何服电机的轴端 可克服工作台机械参数变动 对控制系统稳定性能的影响 但控制精度不如全闭环数字(b)半闭环数字控制控制图 3 4 闭环数字控制3 丄 5数控系统的分类传统数控系统P罗板严制卡开放式数控系统：PC嵌入NC , NC碩入PC网络化数控系统3.2插补原徨出单个脉冲等脉冲增量插甬比较法、数字积分法。步进电机 数据采样插

4、补一鯉电机的闭环控制输出采样周期内坐标方向的增童#位置控制器(a)闭环数了控321逐点比较法直线插补逐点比较法插补就是刀具或绘图笔毎走一步都要和给定轨 迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的 I：方或下方, 或是给定轨迹的里面或外面，从而决定卜一步的进给方向。 以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线。1偏差计算公式= yffe一“儿若Fm 0 ,衣明点m在OA直线段的上方或上面，应 沿+x轴方向走一步；若FmvO,农明点m/l：OA直线 段的卜方，应沿+y轴方向走一步。2终点判断有两种方法：设置Nx和Ny两个计数器：设置Nxy一个终点计数器。3插补计算过程包括差别判断、坐标进给、偏差计算、终点判断

5、。第一re 3.5第一象限直线四个彖限的肖线插补图3 6偏差符号与进给方向的关系衣 3.1 Fi 线插补的进给方向及偏差计算公式F0F,”v0所在彖限进给方向偏差计算所在象限进给力向偏差计算一、四+X、 +yJT-I-P.-XFmX & 哄三、四-yrmi一rm直线插补计算的程序实现（1）数据的输入及存放XEXE、YE.YE. NXYNXY、FMFM、XOY.XOY. ZFZFXOY=1、2、3、4 分别代表第一、第二、第三、第四彖 限。ZF=1、2、3. 4 分別代表+x、-X. +y、 y 走步方向。y y&2（%尢）&!（&，%）例 3设加工第一彖限直纟戈

6、，0(0, 0), A(6, 4),.步数偏差判別坐标进给偏差计算终点判断起点F0=0NXY=101F0 = 0Fl =F0-YE= 4NXY = 92Fl 0+ xF3 = F 2 - YE = 2NXY=74F30+ xF5 = F4-YE =0NXY = 56F5 = 0+ xF6 = F 5 - YE = -4NXY=47F60+ xF8 = F 7 - YE = 2NXY = 29F80+ xF10 = F9-YE = 0NXY = 03.2.2逐点比较法圆弧插补第一彖限内的圆弧插补偏差计算公式0=瓷一&WR2四个象限的圆弧插补Ay图3. 11四个象限圆弧插补的对称关系表 3

7、. 3圆弧插补计算公式和进给方向偏差圆弧种类进给方向偏差计算坐标计算样 0厂疽?1)、N 应込Fz=F,” 2% + 1X,nl = g+y附(5)、S心(4)-XF,“+产心 2 兀” + lX”/ =ym血 3(7)、S/e2(2)+x&V0+xFg一F狀+2xw+1心+厂心+1畑=几3)、 xNR)、SRg+yFg = Fm+2ym+1ssJm/= yw+lNRWS&(4)RNS=. 2、仏4、5、6、7. 8 分别代表S RY. SR】、SR-ST?NR、. NR NR、N匕圆弧插补计算的程序实现(1)数据的输入及存放XOXO、YO.YO. NXYNXY、FMFM、RN

8、SRNS、XMXM、YM.YM. ZFZFR R N N S=S=、2、3、4、5、6、7、8 分别代表S S R R、 ST?、SRSR、 、ST?”N N R R、NRNR N N R3R3、N N % %ZF=1 2、3、4 分别代表+x、+y、 y 走步方向。程序流程例 3.2设加工第一彖限圆弧起点 A(4, 0),终点 B(0 4), 试进行插补计算并作出走步轨迹图。步数偏崇 判别魏偏幷计算坐标计算终卢 判断起点F0=0X0=4,Y0=0NXY=81F0 = 0F1=F 0-2X0+1=-7Xl=X0-l=3.YI=0NXY=72 2F1 0+yF2=F 1+2Y l + l=-6X

9、2=3.Y2=Y1 + 1=1NXY=63F2v0+yF3=F 2+2Y2+l=-3X3=3.Y3=Y2+1=2NXY=54F30-xF5=F 4-2X4+1=-3X5=X4-I=2,Y5=3NXY=36F50F7=F 6-2X6+l = lX7=X6-| = 1,Y7=4NXY=18F70-xF8=F 7-2X7+1 =0X8=X7-l=0,Y8=4NXY=0(0.0)1234Jx.片最大有效位长3 2 3 数字积分插补数字积分直线插补Bgy.)例子：设(斗以丿二 101B.vr-vo)=10B则加匸圆 SHAB所需脉冲数/=2=8脉冲 1:脉冲 2：脉冲 3：脉冲 4：脉冲 5：脉冲 6：

10、脉冲 7：JRX=0B+10iB=101BJRY=()B+010B=010BJRX=101B+101B=1010BJRY=()1()B+010B=100BJOIOB+IOIBHIIBJRY=IOOB+OIOB=HOBJRX=111B+1O1B=11OOBJRY=1IOB+O1OB=IOOOBJRX=10()B+101B=1001BJRY=()()()B+()IOB=OIOBJRX=OOIB+1O1B=1IOBJRY=OI()B+OIOB=1(X)BJRX=1IOB+1O1B=1O1IBJRY=IOOB+OIOB=HOB脉冲&JRX=OI1B+1O1B=1OOOBJRY=11OB+O1O

11、B=1OOOB数字积井圆弧插补 例子：设 A1). B(13KO1J) 74=1()B. J.=()()B 脉冲 I:脉冲 4：脉冲 5：脉冲$脉冲 7：JRX=OOB+OOB=OOBJRY=(X)B+1OB=1OBJRx=00B +OOB=OOBJRY=lOB+IOB=iOOBJRX=O()B+)IB=()IBJRY=OOB+IOB=IOBJRX=()1B+()IB=I()BJRY=1OB+1OB=1OOBJRX=1()B+1()B=(X)BJRY=方向溢出脉冲3.3多轴步进驱动控制技术步进电机乂称脉冲电机，是一种将脉冲信号转换为 角位移的机电式数模转换器。331步进电机的分类反应式：转子无

12、绕组 步叹? 朋磁式：转子有绕组或为永久唏按输出力矩大小釁；3.3.2步进电机的工作原理步进电机的齿距角步进电机工作拍数图 3.20三相步进电机的 I作療理分析图AA& & =O=OZ Z!N!N= 360 /NZ= 90/3= 30O7=2TTIZ= 360 /4=90& & =O=OZ Z!N!N= 360/NZ/NZ= 90/3= 30O7=2TTIZ= 360 /4=90图3.16双三拍工作原理图 3.15单三拍工作原理AfA相通电B 和通电AAC 和通电AA9A相通电AAfAB相通AAfBC和通AA9CA相通AAB相通oz= mz= 90图 3.17三

13、和六拍工作原理333步进电机的工作方式AJB_C图 35 单三拍工作的电压波形C相通电CA相通电A9A相通电0 = 07/N= 90/6= 15rB1i iL1C1i_rAABaAAI图 36 双三拍匸作的电压波形A_JB_C图 3.17三相六拍工作的电压波形334步进电机控制接口及输出字表HB304V三相混合式步进电机驱动器ULN2003AULQ2003AVUU42OO1A. ULN2eO4A. ULQ2(XUA. ULQ2004AL298N芯片可以驱动两个二相电机，也町以驱动一个四相电 机，输出电压最高可达 50V。三相步进电机骡动电跑表 3.5三相六拍控制方式输出字表X轴步进电机输出字表

14、y 轴步进电机输出字表存储地址标号低 8 位输出字存储地址标号高 8 位输出字ADX10000000l=01HADY10000000 l=01HADX20000001l=03HADY20000001 l=03HADX300000010=02HADY300000010=02HADX400000110=06HADY400000110=06HADX500000100=04HADY500000100=04HADX6(X)()0()101=05HADY600000101=05HII151012FN AEK BSENSEIN2IN3 OUT414OIT2V3VCCINIOCHOITI3.3.5步进电机控制程序/按正序或反序取输出？，町控制步进电机正转或反转; /控制延时时间常数可达到调速的冃的.作业：P100 4题，5 题，6 题，7题，8 题附加：直流电机调速系统用1-2血流屯机的iEfMlhlW1_电汕铁心2 I直扱：3励附绕列山4一鹿枇九 ，一换|Hj根徒细：6换向核快心；7