微机控制技术第三章新2011

第三章 数字程序控制技术
本章学习要求
1.掌握逐点直线和圆弧插补的原理 和方法； 2.掌握步进电机的工作原理和控 制技术。
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第三章 数字程序控制技术
3．1 数字程序控制基础
3．1．1数字程序控制原理 数字程序控制就是计算机根据 输入的指令和数据，控制生产 机械按规定的工作顺序、运动 轨迹、运动距离和速度等规律 自动完成工作的自动控制。 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。
偏差 判断
-X
+y
-y
偏差 计算
实现 进给
终点 判断
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第三章 数字程序控制技术
3．2 逐点比较法插补原理
3．2．1 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＝|6—0|+|4-0|=10， ye=4,F0=0，xoy=1。 插 补 计算过程如表所示。
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第三章 数字程序控制技术
3．2 逐点比较法插补原理
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。
骤的插补计算过程:
A.偏差判别——为坐标进给方向提供依据； B.坐标进给——实际移动刀具或其他物理动作；
C.偏差计算——为偏差判别作准备；
D.终点判断——判断任务完成情况。
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第三章 数字程序控制技术
3．2 逐点比较法插补原理
3．2．1 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。
步数
偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别
起点
F0=0
F0=0 F1<0 F2>0 F3<0 F4>0 F5=0 F6<0
Nxy=10
Nxy=9 Nxy=8 Nxy=7 Nxy=6 Nxy=5 Nxy=4 Nxy=3
1 2 3 4 5 6y +x +x
F1=F0ye=-4 F2=F1+x e=2
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第三章 数字程序控制技术
3．1 数字程序控制基础
3．1．2 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。
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。
②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Nxy＝0，则就达到终点。
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第三章 数字程序控制技术
3．2 逐点比较法插补原理
3．2．1 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，每走一步，都要进行以下4个步
转子
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第三章 数字程序控制技术
3．3 步进电机控制技术
3．3．2 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 A→B→C→A→…
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第三章 数字程序控制技术
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第三章 数字程序控制技术
3．3 步进电机控制技术
3．3．1 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 绕组轮流通电。 定子 控制开关
F3=F2ye=-2 F4=F3+xe =4 F5=F4ye=0 F6=F5ye=-4 F7=F6+xe =2
7 8
9 10
+y +x
+y +x
F7>0
F8<0 F9>0
F8=F7ye=-2
F9=F8+xe =4 F10=F9ye=0
Nxy=2
Nxy=1 Nxy=0
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3．2 逐点比较法插补原理
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第三章 数字程序控制技术
作业: P80 3.4
3.5 3.7
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第三章 数字程序控制技术
3．2 逐点比较法插补原理
3．2．2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
①设加工点正处于m(xm，ym)点，当Fm≥0时，应沿-x方向进给 一步至(m+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+12+ym+12-R2=(xm-1)2+ym2-R2=Fm-2xm+1 ②设加工点正处于m(xm，ym)点，当Fm<0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 18
3．3 步进电机控制技术
3．3．2 步进电机的工作方式 2．步进电机的双三拍工作方 式 式 3．步进电机的三相六拍工作方
双三拍工作方式各相的通电 三相六拍各相的的通电顺序为 顺序为AB→BC→CA→AB→． A→AB→B→BC→C→CA→A→ … ．． 各相通电的电压波形如图所示。 各相通电的电压波形如图所 示。
第三章 数字程序控制技术
3．2 逐点比较法插补原理
3．2．2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，每走一步，从Nxy中减1，当Nxy＝ 0时发出终点到信号。 (3)插补计算过程 圆弧插补计算过程分为5个步骤: 偏差判别、坐标进给、偏差计算、坐标计算、终点判断。
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第三章 数字程序控制技术
3．2 逐点比较法插补原理
3．2．1 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
动点
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
以折线逼近直线的过程
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第三章 数字程序控制技术
3．1 数字程序控制基础
3．1．2 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 定位置后才开始加工。在机床加工业中，采用这类控制的有 钻床、镗床、冲床等。
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第三章 数字程序控制技术
3．1 数字程序控制基础
3．1．2 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
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3．2．2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
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 17 可定义偏差判别式为： Fm=Rm2-R=xm2+ym2-R2
误差较大
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第三章 数字程序控制技术
3．1 数字程序控制基础
3．1．1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，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 坐标增量 Ny=(ye-y0)/ △y
第三章 数字程序控制技术
3．2 逐点比较法插补原理
3．2．1 逐点比较法直线插补 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： ①设置Nx和Ny两个减法计数器。在加工开始前，在Nx和Ny计