程序控制和数值控制演示文稿

程序控制和数值控制演示文稿当前第1页\共有40页\编于星期三\7点（优选）程序控制和数值控制当前第2页\共有40页\编于星期三\7点概述利用数字控制原理实现的机械加工绘图设备数字控制机床线切割机数字绘图仪当前第3页\共有40页\编于星期三\7点4.2数字程序控制技术数字程序控制就是能够根据数据和预先编制好的程序，控制生产机械按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制数字程序控制系统一般由输入装置、输出装置、控制器、伺服驱动装置等组成数字程序控制系统中的轨迹控制策略是插补和位置控制当前第4页\共有40页\编于星期三\7点开环数值控制开环数值控制系统的一般组成：

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输入输出设备、控制器、插补器、工作台当前第5页\共有40页\编于星期三\7点开环数值控制数值控制的基本原理当前第6页\共有40页\编于星期三\7点开环数值控制

◆逐点输入加工轨迹的坐标不现实

◆数控加工轮廓一般由直线、圆弧组成，也可能有一些非圆曲线轮廓，因此可以用分段曲线（曲线基点和曲线属性）拟合加工轮廓

◆输出装置为步进电机，驱动每个轴以一定距离的步长运动，实际加工轮廓是以折线轨迹拟合光滑曲线当前第7页\共有40页\编于星期三\7点开环数值控制

◆步骤：

★曲线分段：－图中曲线分为三段，分别为ab、bc、cd，a、b、c、d四点坐标送计算机－分割原则：应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之内当前第8页\共有40页\编于星期三\7点

★插补计算：－插补计算：给定曲线基点坐标，求得曲线中间值的数值计算方法－插补计算原则：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，这些中间点的坐标值以一定的精度逼近给定的线段－插补：直线插补、二次曲线插补（圆弧、抛物线、双曲线等）当前第9页\共有40页\编于星期三\7点

★折线逼近：－根据插补计算出的中间点，产生脉冲信号驱动x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、刀具等，从而绘出图形或加工所要求的轮廓

－步长：刀具对应于每个脉冲移动的相对位置，用△x,△y表示

x方向步数：Nx＝(xe-x0)/△xY方向步数：Ny＝(ye-y0)/△y当前第10页\共有40页\编于星期三\7点所谓逐点比较插补法，就是它每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是在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“逐点比较法”插补。

当前第11页\共有40页\编于星期三\7点逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量(每走一步的距离)取得足够小，就可达到加工精度的要求。

◆一点一比较，一步步逼近：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一次，决定下一步的进给方向

◆用阶梯状折线来逼近直线或圆弧等曲线

◆逐点比较法的最大误差：一个脉冲当量（步长）当前第12页\共有40页\编于星期三\7点逐点比较法直线插补

◆

第一象限内的直线插补

当前第13页\共有40页\编于星期三\7点

一点一比较,步步来逼近。

1、A+、A-区域

以OP直线为界，直线上方点(M“)：直线下方点(M‘)：当前第14页\共有40页\编于星期三\7点

因此，第一象限内任一点M(xi,yi)，有以下3种情形：

(1)直线上：

(2)直线上方：

(3)直线下方：为A-区域2、原始偏差判别式偏差判别：

—

若Fm=0，则点M在OP直线段上

—

若Fm>0，则点M在OP直线段的上方

—

若Fm<0，则点M在OP直线段的下方为A+区域当前第15页\共有40页\编于星期三\7点★进给方向确定：

—

当Fm≥0时，沿+x轴方向走一步

—

当Fm<0，沿+y方向走一步

—

当目前坐标与终点坐标相等，停止插补当前第16页\共有40页\编于星期三\7点★偏差计算的简化：

—

设加工点在

M点，若Fm

≥0，这时沿+x轴方向走一步至M＋1点，则走一步的新坐标为该点偏差为：

Fm+1=ym+1

xe-xm+1

ye=ymxe-(xm+1)ye=Fm-ye

—

设加工点在

M点，若Fm<0，这时沿+y轴方向走一步至M＋1点，则走一步的新坐标为该点偏差为：

Fm+1=ym+1

xe-xm+1

ye=(ym+1)xe–

xmye=Fm+xe

当前第17页\共有40页\编于星期三\7点★终点判断：

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双计数器法：设置x，y轴两个减法计数器Nx和Ny

，加工前分别存入终点坐标xe和ye

，x(y)轴每进给一步则Nx

–1(Ny

–1）,当Nx和Ny

均为0，则认为达到终点

—

单计数器法：设置一个终点计数器Nxy

,x

或y

轴每进给一步则Nxy

–1，当Nxy

为0，则认为达到终点当前第18页\共有40页\编于星期三\7点第一象限直线插补计算流程①偏差判别，判断上一步进给后的偏差值F≥0还是F<0；②坐标进给，根据偏差判别的结果和所在象限决定在哪个方向上进给一步；③偏差计算，计算出进给一步后的新偏差值，作为下一步进给的判别依据。④终点判别，终点判别计数器减1，判断是否到达终点，当前第19页\共有40页\编于星期三\7点当前第20页\共有40页\编于星期三\7点（2）直线插补子程序（L_INSERT）的设计

(R5)为计数器，初值设置总步进数；(R6)=ye，(R7)=xe，(R4)为偏差Fi(补码数)L_INSERT：MOVR4，#00HLOOP：MOVA，R4 RLCA JCTL1 MOVA，R4 CLRC SUBBA，R6 MOVR4，A ACALLSTEP1；调用+X方向的步进子程序

AJMPTL2TL1：MOVA，R4 CLRC ADDA，R7 MOVR4，A ACALLSTEP2；调用+Y方向的步进子程序

TL2：DJNZR5，LOOP RET当前第21页\共有40页\编于星期三\7点

◆

四象限内的直线插补

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2象限：1象限以y轴镜象

—

4象限：1象限以x轴镜象

—3象限：1象限旋转180度当前第22页\共有40页\编于星期三\7点表四象限的进给脉冲和偏差计算偏差判别F≥0F<0进给A1+Δx+ΔyA2-Δx+ΔyA3-Δx-ΔyA4+Δx-Δy偏差计算F´=F-|ye|F´=F+|xe|当前第23页\共有40页\编于星期三\7点直线插补流程图(1)x、y方向走一步，要判断正、负方向;(2)终判计数器初值、偏差计算中的xe、ye均为绝对值;当前第24页\共有40页\编于星期三\7点例：加工第1象限直线OA，起点为O（0，0），终点为A(6，4)，试进行插补并作走步轨迹图。解：进给总步数Nxy＝|6-0|+|4-0|=10xe=6，ye=4,F0=0,xoy=1 当前第25页\共有40页\编于星期三\7点§4.3开环数值控制当前第26页\共有40页\编于星期三\7点

例：起点(0,0)，终点(5,2)，计算插补过程，画出走步轨迹步数偏差判别进给方向偏差计算终点判别

0F=071A+(F>0)+x0-2=-26 2A-(F<0)+y-2+5=353A+(F>0)+x3–2=

144A+(F>0)+x1–2=-135A-(F<0)+y-1+5=426A+(F>0)+x4–2=

217A+(F>0)+x2–2=00当前第27页\共有40页\编于星期三\7点逐点比较法圆弧插补

◆第一象限内的圆弧插补当前第28页\共有40页\编于星期三\7点★偏差定义：

M点偏差Fm=Rm2-R2=xm2+ym2-R2★

偏差判别：

—

若Fm=0，则M

点在圆弧上

—

若Fm>0，则M

点在圆弧外

—

若Fm

<0，则M

点在圆弧内当前第29页\共有40页\编于星期三\7点★进给方向确定：

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对逆圆弧插补：当Fm

≥0时，沿–x轴方向走一步；当Fm<0时，沿+y方向走一步

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对顺圆弧插补：当Fm

≥0时，沿–y轴方向走一步；当Fm<0时，沿+x方向走一步当前第30页\共有40页\编于星期三\7点★偏差计算的简化（以逆圆弧插补为例）：

—

当Fm≥

0时，向–x方向进给一步，新点坐标为（xm+1，ym+1)=(xm－1,ym

)

该点偏差为

—

当Fm<0时，向+y方向进给一步，新点坐标为（xm+1，ym+1)=(xm,ym

+1

)

该点偏差为当前第31页\共有40页\编于星期三\7点★终点判断：

—

与直线插补方法相同，可以采用双计数器方法或单计数器方法★插补计算步骤： 偏差判别->坐标进给->偏差计算->坐标计算->终点判断直线插补：偏差计算使用终点坐标xe，ye圆弧插补：偏差计算使用前一点坐标xm，ym当前第32页\共有40页\编于星期三\7点第一象限逆圆插补的流程图图4.14当前第33页\共有40页\编于星期三\7点Y_INSERT：MOVR4，#00HLOOP：MOVA，R4 RLCA JCYY1 DECR6 MOVA，R6 CLRC RLCA MOVB，A MOVA，R4 DECA CLRC SUBBA，B MOVR4，A ACALLSTEP4 AJMPYY2YY1：INCR7 MOVA，R7 CLRC RLCA MOVB，A MOVA，R4 DECA ADDA，B MOVR4，A ACALLSTEP1YY2：DJNZR5，LOOP RET

STEP1、STEP4分别为+X、-Y走步子程序当前第34页\共有40页\编于星期三\7点例：加工第1象限逆圆弧AB，起点为A（4，0），终点为B(0，4)，试进行插补并作走步轨迹图。解：进给总步数Nxy＝|4-0|+|4-0|=8当前第35页\共有40页\编于星期三\7点§4.3开环数值控制当前第36页\共有40页\编于星期三\7点图

圆弧插补走步轨迹图例假设加工第一象限逆圆弧AB，起点A的坐标值为x0=4，y0=3，终点B的坐标值为xe=0，ye=5。试进行插补计算并作出走步轨迹图。当前第37页