课件 第三章数字程序控制技术

1、第三章 数字程序控制技术 数控数控是采用数字电子技术和计算机技术，对生产机械进行自动控制的系统，它包括顺序控制和数字程序控制两部分。 顺序控制顺序控制：把按时序或事序规定工作的自动控制称为顺序控制。 数字程序控制数字程序控制：计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种加工机械）按照规定的顺序，运动轨迹，运动距离和运动速度等规律自动的完成工作的自动控制。第三章 数字程序控制技术顺序控制的特点顺序控制的特点：(1)控制系统的输入和输出信号都是开关量信号。(2)顺序控制系统控制生产机械依次顺序动作，动作的转换是根据现场输入信号的逻辑判断或时序的判断来决定的。(3)为了保证系统可靠的工作，有的系

2、统中，需增加检测机构及显示和报警电路。 第三章 数字程序控制技术 数字程序控制数字程序控制主要用于机床的自动控制，如用于铣床，车床，加工中心，线切割机以及焊接机，气割机等的自动控制系统中。采用数字程序控制的机床叫做数控机床。 数控机床具有能够加工形状复杂的零件，加工精度高，生产效率高等特点，是实现机床自动化的一个重要的发展方向。 第三章 数字程序控制技术钻床：在金属或其他材料的零件上加工圆孔用的机床。工件不动，刀具一面旋转，一面推进。最常用的有立式钻床，旋臂钻床等。镗床：用来加工工件上孔眼的机床。工件固定在工作台上，刀具装在旋转的金属杆上，伸进工件的孔眼里进行切削，使原有的孔眼扩大，光滑而精确

3、。冲床：用冲压的方法使金属板成形或在金属板上冲孔的加工机器。汽车外壳和酒瓶瓶盖等就是用冲床加工制成的。第三章 数字程序控制技术铣床：切削金属用的一种机床。装有棒状或者盘状的多刃刀具，用来加工平面，曲面和各种凹槽。工作时刀具旋转，工件移动着跟刀具接触。种类很多，如立式铣床，万能卧式铣床等。刨床：用于金属材料的平面加工和各种直线的成型面的加工的一种机床。龙门刨，牛头刨。车床：最常用的一种金属切削机床。主要用来做内圆，外圆和螺纹等成型面的加工。工作时工件旋转，车刀移动着进行切削。也叫旋床。磨床：装有高速旋转的砂轮，用来磨制工件表面的机床，作用是使工件表明光洁，提高零件的精确度。第三章 数字程序控制技

4、术3.1 数字程序控制基础3.2 逐点比较法插补原理3.3 步进电机控制技术3.1 3.1 数字程序控制基础数字程序控制基础 1952年，美国麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室，为了满足高精度和高效率的加工复杂零件的需要，设计出第一台数控机床。 早期的数控（NC: Numerical Control）机床是以数字电路技术为基础来实现的。70年代初期在数控系统中利用了计算机来实现控制，从而诞生了计算机数控（CNC）。 3.1 数字程序控制基础 它是通过软件实现控制，要想改变控制功能，只需改变相应的控制程序，硬件电路不作或只作极少改动，所以通用性和灵活性都很好。 3.1.1 3.1.1 微机数控

5、系统的组成微机数控系统的组成 当CNC系统中的计算机采用微机时，就成为微机数控(MNC)系统。 3.1 数字程序控制基础3.1.1 3.1.1 微机数控系统的组成微机数控系统的组成3.1 数字程序控制基础输入装置：指微机的输入设备，如键盘。 微机：微机数控系统运算和控制的核心。 输出装置：包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等。 伺服机构：包括各种伺服元件和功率驱动元件。 加工机械：数控系统的控制对象，各种机床、织机等。 3.1.2 3.1.2 微机数控系统的分类微机数控系统的分类3.1 数字程序控制基础1 1 按控制对象的运动轨迹分类（按控制方式）按控制对象的运动轨迹

6、分类（按控制方式）（1）点位控制（2）直线切削控制（3）轮廓切削控制2 2 按对伺服机构的控制方式分类按对伺服机构的控制方式分类 （1）闭环数字程序控制（2）开环数字程序控制3.1.3 3.1.3 数字程序控制原理数字程序控制原理 3.1 数字程序控制基础OXYabcd 图3.2 曲线分段3.1.3 3.1.3 数字程序控制原理数字程序控制原理 插补（插值）插补（插值）：求取曲线中间各个点的数值计算方法称为插值或者插补。 插补计算插补计算就是按照给定的基本数据（如直线或圆弧的起点和终点坐标），插补（插值）其中间的坐标数据，从而把曲线形状描述出来的一种计算。 插补计算的宗旨宗旨是通过给定的基点坐

7、标，以一定的速度连续的定出一系列中间点，这些中间点的坐标值是以一定的精度逼进给定的线段。 3.1 数字程序控制基础3.1.3 3.1.3 数字程序控制原理数字程序控制原理 把插补运算过程中定出的各个中间点，以脉冲信号形式去控制x，y方向上的步进电机，带动绘图笔，刀具等，从而绘出图形或者加工出所要求的轮廓来。这里的每一个脉冲信号代表步进电机走一步，即绘图笔或刀具在x或y方向上移动一个位置。对应于每一个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量脉冲当量，也称为步长步长，常用 来表示，并且总是规定 。 3.1 数字程序控制基础yxyx ,3.1.3 3.1.3 数字程序控制原理数字程序控制原理yyyNxxxNe

8、yex00,x方向和y方向应移动的总步数 ：1yx00,yyNxxNeyex令则：3.1 数字程序控制基础3.2 3.2 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理 逐点比较法逐点比较法：走一走，看一看，比一比走一走，看一看，比一比3.2.1 逐点比较法直线插补 3.2.2 逐点比较法圆弧插补 3. 2 逐点比较法插补原理3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补3. 2 逐点比较法插补原理eeexyK 直线的斜率：当某一时刻加工点到达M(Xm,Ym)点时，则直线OM的斜率为 mmmxyK3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补3. 2 逐点比较法插补原理emm

9、eemxxxyxyFF=0，M点在直线OE上；F0，M点在直线OE上方；F0， M点在直线OE下方。 3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补meemmxyxyF偏差可表示为 ：当Fm=0时，M点在直线OE上，此时沿+x轴方向进给一步；当Fm0时，M点在直线OE的上方，沿+x轴方向进给一步；当Fm0时，M点在直线OE的下方，沿+y轴方向进给一步。 按照上式计算偏差，要做两次乘法，一次减法两次乘法，一次减法，比较麻烦，因此需要进一步简化，也是为了便于编程，得到偏差计算的递推公式递推公式。 3. 2 逐点比较法插补原理3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补

10、（2）Fm0，向+y轴方向进给一步，新坐标： ),(11mmyxmmmmyyxx111则：则偏差为 ：ememeemmyFyxyxyF1（1）Fm0，向+x轴方向进给一步，新坐标： ),(11mmyx则：则偏差为 ：111mmmmyyxxememeemmxFxxyxyF13. 2 逐点比较法插补原理3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补1 设置两个计数器Nx和Ny，分别对x坐标方向和y坐标方向的总步数进行计数。每走一步，相应计数器减一，直到两个均为零为止。如何判断是否已经走到终点？3. 2 逐点比较法插补原理2 设置一个计数器Nxy，对x坐标方向和y坐标方向的总步数之和进

11、行计数。每走一步，计数器减一，直到为零为止。3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补直线插补的步骤直线插补的步骤 ： (1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；（2)坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步； (3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据； (4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。 3. 2 逐点比较法插补原理3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补第一象限直线插补的几个思考问题：第一象限直线插补的几个思考问题：3. 2

12、逐点比较法插补原理1 每走一步，横坐标或者纵坐标总有一个是增加的么？ 2 第一步,起始点在原点时，Fm=0，必须是横坐标方向（X）先走么？ 3 有无可能在某一个方向连着走几步 ？4 有无更简单的直线插补方法，节省所走的步数？ 3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补直线插补计算举例：直线插补计算举例：例3.1 设加工第一象限直线OA，起点为(0，0)，终点坐标为(6，4)试进行插补计算，并作出走步轨迹图。 3. 2 逐点比较法插补原理思路：首先确定终点在哪个象限；其次计算出总步数为多少；按照四步计算过程(偏差判别，坐标进给，偏差计算，终点判断)来计算各步的走向；最后绘出走步

13、轨迹图。3.2.1 3.2.1 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补3. 2 逐点比较法插补原理3.2.2 3.2.2 逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补3. 2 逐点比较法插补原理222Ryxaa222RyxFmmm若Fm=0，则表明加工点M在圆弧上；Fm0，表明加工点在圆弧外；Fm0，表明加工点在圆弧内。为了使新的加工点逼近给定圆弧，对于SR1，进给方向应为：当Fm0时，应向-y轴方向进给一步；当Fm0时，应向+x方向进给一步。 3.2.2 3.2.2 逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补3. 2 逐点比较法插补原理 若Fm0，则应沿-y轴方向走一步，新加工点的偏差为： 若Fm0，则应沿

14、+x轴走一步，新加工点的偏差为：， 111mmmmyyxx121mmmyFFmmmmyyxx111121mmmxFF3.2.2 3.2.2 逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补圆弧插补的步骤圆弧插补的步骤 ： (1) 偏差判别(2) 坐标进给 (3) 偏差计算 (5) 终点判别 (4) 坐标计算3. 2 逐点比较法插补原理3.2.2 3.2.2 逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补四象限圆弧插补公式（四象限圆弧插补公式（P85P85）3. 2 逐点比较法插补原理3.3 3.3 步进电机控制技术步进电机控制技术 步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 3.3.1 步进电机的工作原

15、理 3.3.2 步进电机的工作方式 3.3.3 步进电机控制接口及输出字表 3.3.4 步进电机控制程序 3.3.1 步进电机的工作原理 3. 3 步进电机控制方式步进电机，又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模转换器。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机控制线路接收计算机发来的脉冲指令，控制步进电机作相应的转动，来带动机床的工作台或

16、刀具。3.3.1 步进电机的工作原理 3. 3 步进电机控制方式3.3.1 步进电机的工作原理 3. 3 步进电机控制方式ZNNZ360步距角：ZZ3602齿距角：N是步进电机的工作拍数，Z是转子的齿数。3.3.2 步进电机的工作方式 1 单 三 拍 工 作 方 式 ABCA2 双三拍工作方式 ABBCCAAB 3 三相六拍工作方式 AABBBCCCAA 3. 3 步进电机控制方式3.3.3 3.3.3 步进电机控制技术步进电机控制技术 1 步进电机控制接口及输出字表 2 步进电机控制程序 本章重点： 1 数字控制技术原理。 2 逐点比较法直线插补原理及计算。 3 步进电机原理及控制方式。本章作业：P99 3.1,3.2,3.4,3.5,3.