微机控制技术第三章

1、1第三章 数字(shz)程序控制技术本章学习要求 1.掌握逐点直线(zhxin)和圆弧插补的原理和方法； 2.掌握步进电机的工作原理和控制技术。 共二十四页2第三章 数字(shz)程序控制技术31 数字程序控制(chngxkngzh)基础 311数字程序控制原理 如图所示的平面曲形图形如何用计算机在绘图仪或数控加工机床上重现，以此来简要说明数字程序控制的基本原理。 共二十四页3数王共二十四页4第三章 数字(shz)程序控制技术31 数字(shz)程序控制基础 311数字程序控制原理 如图是一段用折线逼近直线的直线插补线段，其中(x0，y0)代表该线段的起点坐标值，(xe，ye)代表终点坐标值，

2、则x方向和y方向应移动的总步数Nx和Ny分别为：Nx=(xe-x0)/x Ny=(ye-y0)/ y共二十四页5第三章 数字(shz)程序控制技术31 数字程序控制(chngxkngzh)基础 312 数字程序控制方式 数控系统按控制方式来分类，可以分为点位控制、直线切削控制和轮廓切削控制，这三种控制方式都是运动的轨迹控制。 1点位控制(Point To Point PTP) 在点位控制系统中，只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，至于刀具从一个加工点移到下一个加工点走什么路径、移动的速度、沿哪个方向趋近都无需规定，并且在移动过程中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加

3、工。在机床加工业中，采用这类控制的有钻床、镗床、冲床等。 共二十四页6第三章 数字程序控制(chngxkngzh)技术31 数字(shz)程序控制基础 312 数字程序控制方式 2直线切削控制 这种控制主要是控制行程的终点坐标值，不过还要求刀具相对于工件平行某一直角坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。这类控制的有铣床、车床、磨床、加工中心等。 3轮廓的切削控制(Continuous Path-CP) 这类控制的特点是能够控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式是借助于插补器进行的，插补器根据加工的工件轮廓向每一坐标轴分配速度指令，以获得图纸坐标点

4、之间的中间点。这类控制用于铣床、车床、磨床、齿轮加工机床等。共二十四页7第三章 数字(shz)程序控制技术31 数字程序控制(chngxkngzh)基础 312 数字程序控制模式 1闭环数字程序控制 下图给出了闭环数字程序控制的结构图。该结构的执行机构多采用直流电机和交流电机作为驱动元件，反馈测量元件采用光电编码器、光栅、感应同步器等，该控制方式控制精度高，但其结构复杂。 闭环控制特征共二十四页8第三章 数字程序控制(chngxkngzh)技术31 数字(shz)程序控制基础 312 数字程序控制模式 2开环数字程序控制 如图所示为开环数字程序控制的结构，目前开环数字程序控制得到了广泛的应用，

5、如各类数控机床、线切割机、低速小型数字绘图仪等，都是利用开环数字程序控制原理实现控制的。这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。 没有反馈共二十四页9第三章 数字(shz)程序控制技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每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上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走，。如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。共二十四页

6、10第三章 数字程序控制(chngxkngzh)技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 321 逐点比较法直线插补 1第一象限内的直线插补(1)偏差计算公式 在第一象限想加工出直线段OA，取直线段的起点为坐标原点，直线段终点坐标(xe，ye)是已知的，如图所示。点m(xm，ym)为加工点(动点)，若点m在直线段OA上，则有：xm/ym=xe/ye 即 ymxe=xmye定义直线插补的偏差判别式为： Fm=ymxe-xmye 动点共二十四页11第三章 数字(shz)程序控制技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 321 逐点比较法直线插补 1第一象限内的直线插补(1)偏差计算公式简化的判别式

7、 设加点正处于m点，当Fm0时，表明m点在OA上或OA上方，应沿+x方向进一步至(m+1)点，该点的坐标值为： xm+1=xm+1 ym+1=ym该点的偏差为： Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=ymxe-(xm+1)ye=Fm-ye设加工点正处于m点，当Fm0时，表明m点在OA下方，应向+y方向进给一步至(m+1)点，该点的坐标值为： xm+1=xm ym+1=ym+1该点的偏差为： Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=(ym+1)xe-xmye=Fm+xe 共二十四页12第三章 数字程序控制(chngxkngzh)技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 321 逐点比较法直线插补

8、1第一象限内的直线插补 (2)终点判断方法 逐点比较法的终点判断有多种方法，下面介绍两种方法： 设置Nx和Ny两个减法计数器，在加工开始前，在Nx和Ny计数器中分别存入终点坐标值xe和ye，在x坐标(或y坐标)进给一步时，就在Nx计数器(或Ny计数器)中减去1，直到这两个计数器中的数都减到零时，到达终点。 用一个终点计数器，寄存x和y两个坐标进给的总步数Nxy，x或y坐标进给一步，Nxy就减1，若Nxy0，则就达到终点。共二十四页13第三章 数字(shz)程序控制技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 321 逐点比较法直线插补 1第一象限内的直线插补 (3)插补计算过程 插补计算时，每走一

9、步，都要进行以下4个步骤的插补计算过程: A.偏差判别； B.坐标进给； C.偏差计算； D.终点判断。 共二十四页14第三章 数字(shz)程序控制技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 321 逐点比较法直线插补 2四个象限的直线插补 不同象限直线插补的偏差符号及坐标进给方向如图所示。 Fm0Fm0所在象限进给方向偏差计算所在象限进给方向偏差计算一、四xFm+1=Fm-ye一、二+yFm+1=Fm+xe二、三-x三、四-y共二十四页15第三章 数字(shz)程序控制技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 321 逐点比较法直线插补 3直线插补计算的程序流程 右图按照插补计算过程的4个步

10、骤，即偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断来实现插补计算程序。偏差判别、偏差计算、终点判断是逻辑运算和算术运算，容易编写程序，而坐标进给通常是给步进电机发走步脉冲，通过步进电机带动机床工作台或刀具移动。 +X-X+y-y偏差计算偏差判断终点判断坐标进给共二十四页16第三章 数字(shz)程序控制技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 321 逐点比较法直线插补 4例设加工第一象限直线OA，起点为O(0，0)，终点坐标为止(6，4)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。 解：坐标进给的总步数Nxy|60|+|4-0|=10，ye=4,F0=0，xoy=1。插补计算过程如表所示。步数偏差判别坐标进

11、给偏差计算终点判别起点F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=-4Nxy=92F10+xF3=F2-ye=-2Nxy=74F30+xF5=F4-ye=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=-4Nxy=47F60+xF8=F7-ye=-2Nxy=29F80+xF10=F9-ye=0Nxy=0共二十四页17第三章 数字(shz)程序控制技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 322逐点比较法圆弧插补 1第一象限内的圆弧插补 设要加工逆圆弧AB，圆弧的圆心在坐标原点，并已知圆弧的起点为A(x0,y0)，终点B(xe，ye)，圆弧半径为R。令瞬时加工点为m(xm，ym)，它与圆心的

12、距离为Rm，显然，可以比较Rm和R来反映加工偏差。比较Rm和R，实际上是比较它们的平方值。由图所示的第一象限逆圆弧AB可知， Rm2=xm2+ym2 R2=x02+y02可定义偏差判别式为： Fm=Rm2-R=xm2+ym2-R2 (1)偏差计算公式 共二十四页18第三章 数字程序控制(chngxkngzh)技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 322逐点比较法圆弧插补 1第一象限内的圆弧插补 (1)偏差计算公式 简化偏差判别公式设加工点正处于m(xm，ym)点，当Fm0时，应沿-x方向进给一步至(m十1)点，其坐标值为： xm+1=xm-1 ym+1=ym新的加工点的偏差为Fm+1=xm

13、+12+ym+12-R2=(xm-1)2+ym2-R2=Fm-2xm+1 设加工点正处于m(xm，ym)点，当Fm0时，应沿+y方向进给其坐标值为： xm+1=xm ym+1=ym+1新的加工点偏差为Fm+1=xm+12+ym+12-R2=xm2+(ym+1)2-R2=Fm+2ym+1 共二十四页19第三章 数字程序控制(chngxkngzh)技术32 逐点比较法插补原理(yunl) 322逐点比较法圆弧插补 1第一象限内的圆弧插补 (2)终点判断方法 圆弧插补的终点判断方法和直线插补相同。可将x方向的走步步数Nx|xe-x0|和y方向的走步步数Ny|ye-y0|的总和Nxy作为一个计数器，每

14、走一步，从Nxy中减1，当Nxy0时发出终点到信号。 (3)插补计算过程 圆弧插补计算过程比直线插补计算过程多一个环节，即要计算加工点瞬时坐标(动点坐标)值，因此圆弧插补计算过程分为5个步骤即偏差判别、坐标进给、偏差计算、坐标计算、终点判断。 共二十四页20第三章 数字程序控制(chngxkngzh)技术33 步进电机(dinj)控制技术 331 步进电机的工作原理 如图是一个三相反应式步进电机，其定子的每相都有一对磁极，每个磁极都只有一个齿，即磁极本身，故三相步进电机有三对磁极共6个齿；其转子有4个齿，分别称为0、1、2、3齿。直流电源U通过开关A、B、C分别对步进电机的A、B、C相绕组轮流

15、通电。转子共二十四页21第三章 数字(shz)程序控制技术33 步进电机(dinj)控制技术 332 步进电机的工作方式 步进电机有三相、四相、五相、六相等多种，为了分析方便，仍以三相步进电机为例进行分析和讨论。 1步进电机单三拍工作方式 为了使步进电机能正向旋转，对各相的通电顺序为 ABCA 各相通电的电压波形为图所示的情况 共二十四页22第三章 数字程序控制(chngxkngzh)技术33 步进电机(dinj)控制技术 332 步进电机的工作方式 2步进电机的双三拍工作方式 双三拍工作方式各相的通电顺序为ABBCCAAB各相通电的电压波形如图所示。3步进电机的三相六拍工作方式三相六拍各相的的通电顺序为 AABBBCCCAA各相通电的电压波形如图所示。共二十四页23第三章 数字(shz)程序控制技术作业(zuy):P80 3.4 3.5 3.7共二十四页内容摘要1。1.掌握逐点直线和圆弧插补的原理(yunl)和方法。如图所示的平面曲形图形如何用计算机在绘图仪或数控加工机床上重现，以此来简要说明数字程序控制的基本原理(yu