机床数控技术插补原理

《机床数控技术》插补原理指导书机械工程与自动化学院机械工程系第一局部铣床模型机硬件连接及工作原理模型机包括根本逻辑电路、功率放大器及XY工作台，核心内容为逻辑电路，硬件结构如图1所示。图1直线插补逻辑电路图1直线插补逻辑电路整个电路由八个环节组成：1、时序电路〔节拍脉冲发生器〕在计算机和控制系统中，常常要求系统的某些操作按时间顺序分时工作，因此需要产生一个节拍控制脉冲，以协调各局部的工作。这种能产生节拍脉冲的电路叫做节拍脉冲发生器，又称顺序脉冲发生器〔脉冲分配器〕。时序电路其逻辑符合如图2所示。t1,t2,t3,t4为输出节拍脉冲，CP接单次脉冲，R是清零端。tt1t2t3t4CP时序电路R图2时序电路顺序脉冲发生器可以分为计数器型的和移位存放器型两种，本电路采用移位存放器型顺序脉冲发生器，时序电路统一整个插补器的各个环节的协调动作，发出判别〔t1〕、进给〔t2〕、运算〔t3〕和终点判别〔t4〕的指令。这里采用6位移位存放器、那么一个时序周期共9个脉冲〔CP〕周期。2、存放器组移位存放器具有存放、移位的功能。其逻辑符号如图3。〔1〕Qa接至Ri，S端接移位、置数端，CP接单次脉冲，R接清零端，A-F为输入端，Qa-Qf为输出端.〔2〕存放器清零：按动清零端，使R端送入一个，存放器输出端Qa-Qf全为0。〔3〕存放器置数：将S端接至置数“1”，输入端置111000状态，CP端送入一个置数脉冲，此时Qa-Qf被置为111000。〔4〕存放器移位：将S端接至移位“0”，CP端依次送入六个脉冲，那么111000循环移位，最后仍为111000。CP清零脉冲“0”移位“1图3移位存放器逻辑图JXX存放器：存放X的终点坐标值Xe。JYY存放器：存放Y的终点坐标值Ye。JFF存放器：存放偏差运算结果F。以上三个存放器都是6位，最高位为符合位。JE：终点存放器，存放加工过程中需要走的总步数，E即终点判别值，加工前E=Xe+Ye，取X轴和Y轴的总步数作为终点判别值，X轴或Y轴每走一步，JE减一，直到JE＝0时，发出插补完成信号使TG=0。JE存放器实际上是一个减法计数器，在电路中是一个可逆计数器，用△X或△Y进给脉冲作CP-,当减至0时Bo端发出借位信号即终点信号。3、运算环节运算环节由存放器JF、JX、JY，全加器和进位触发器构成。根据偏差判别信号，进行新偏差运算，当偏出值的最高位〔符号位〕为0时，表示偏差F>=0，F/=F-Ye,即进行以下运算：JF－JY=>JF；当偏差值的最高位〔符号位〕为1时，表示偏差F<0，F/=F+Xe，即进行以下运算：JF+JX=>JF。4、进给环节进给控制触发器F10根据偏差值〔符号位〕产生控制门16、17的信号，当t2进给时序出现时，门16或门17将输出进给脉冲△X或△Y。5、终点判别环节终点判别的方法一般有两种：据x，y两向坐标所要走的总步数C来判断，即∑＝〔∣xe∣-xo〕+〔∣ye∣-yo〕=∣xe∣+∣ye∣,每走一步x或y，均进行∑－1计算，当∑减至0时即到终点，停止插补。②比拟∣xe∣和∣ye∣，取其中的较大值为∑，当沿该方向进给一步时，进行∑－1计算，直至∑＝0时停止插补。本电路采用第一种，计数器中置入X轴和Y轴两坐标绝对值之和作为终点步数，将△X和△Y进给脉冲作为计数器的减数信号〔CP－〕，每进给△X和△Y一次，计数器减一，直至计数器减至零，Bo借位端将输出借位信号至TG启动控制触发器，使TG产生停止运算的信号。6、控制触发器TG〔F8〕用来启动和停止整个电路的运算，当TG的Q＝1时运算开始，Q＝0时，运算停止。7、步长放大器这是专门为演示教学而设计的脉冲当量放大装置，因为每输出一个进给脉冲，铣床模型机拖板移动0.00625mm，即一个脉冲当量等于0.00625mm，为了能观察每次进给的过程，采用步长放大器，使脉冲当量的步长放大几百倍，其原理是一个频率比拟高的脉冲源和△X〔或△Y〕相与得到的△X’〔△Y8、环形分配器演示板上设置了两个三相六拍环形分配器，分别驱动x和y两个方向的电机，在作演示时环形分配器的输入进给脉冲来自步长放大器的△X’或△Y’。在环形分配器中分别设置了两个方向的控制开关来控制电机正反转，这样就可以实现不同象限的插补演示。逐点比拟法直线插补〔第一象限〕演示电路请参考图1进行接线，器件按图中所标序号使用。图4系统单元连接图第二局部实验内容实验一直线插补原理实验一、实验目的掌握逐点比拟法直线插补工作原理。掌握功率放大器和铣床模型机的工作原理及使用方法。绘制直线插补图形。二、实验设备铣床模型机三、实验前准备1．复习逐点比拟法直线插补的工作原理。2．了解功率放大器，铣床模型机的工作原理及接线方法。3．熟悉根本运算电路。四、实验原理判别判别F>=0?+△X进给+△Y进给运算Fˊ=F+XeY+1运算Fˊ=F-YeX+1X-Xe≥0？Y-Ye≥0?终止初态X=0Y=0F=0终点判别否否图1-1逐点比拟法第一象限直线插补流程图五、实验步骤：以逐点比拟法直线插补为例进行说明。〔1〕检查演示板上逻辑部件，功能正常后开始按图接线；〔2〕在接线过程中，对部件电路逐个试验，连接线要尽量短。=1\*GB3①TG与时序电路组成的启动电路；=2\*GB3②移位存放器JX、JY、JF；=3\*GB3③全加器和进位触发器；=4\*GB3④进给控制触发器F10和其输入、输出电路；=5\*GB3⑤终点计数器；=6\*GB3⑥步长放大器及环形分配器组成的步长放大驱动电路。〔3〕单次脉冲演示以上各局部电路分别验证正确后连接各局部，组成完整的插补运算电路，检查无误后按以下顺序操作。现以第一象限直线起点为坐标原点，终点为xe=7，ye=6的一条直线段为例。=1\*GB3①置数：Jx=xe，将存放器Jx〔左上第一个存放器〕的输入端置000111，即将高位H～D接上C，B，A端悬空实际上已经接至高电平〔印刷电路板上将存放器、触发器、计数器所有输入端都已接至高电平〕。Jy=ye将ye值的补码111010〔-6〕置入F存放器〔左上第二个存放器〕。JF=0第三个存放器为F存放器补值为0，计数器输入端置Xe值0111△x脉冲信号端接至CP一输入端．=2\*GB3②操作a〕时序电路、TG、JZ，JP清零，b〕Jx、Jy置入初值，c〕使存放器处于移动功能状态，d〕计数器置入终点步数7，e〕使TG置l，启动电路，f〕按动单次脉冲产生CP信号这时电路开始手动单次运行。每产生10个CP脉冲，完成一次插补运算，第一次插补运算可按下表检查各逻辑部件的状态。连续产生手动脉冲，整个插补运算应符合下表。CP时序电路进给存放器计数器CP1输出t1无Jx=7,Jy=6,JF=07CP2输出t2△x不变7-1=6CP3～CP8t3输出六个运算脉冲无运算结果：Jy＋JF→JF〔JF=-6〕Jx=7,Jy=6不变CP9输出t4无不变不变CP10无输出无不变不变手动脉冲输入方式，运算正常后，可进行连续脉冲运算。〔4〕连续脉冲运算演示将CP端改接至连续脉源〔B〕板，将电位器旋至最左端，即处于最低频状态，使能观察到闪烁状态．连续运行中，对照运算表进行检查F值，并观察△x、△y进给是否正确。连续运算正常后，可以接上步长放大器驱动控制及铣床模型机，观察插补运算中的轨迹描绘，见下一步骤。〔5〕直线插补轨迹描绘按图4接线，各单元连接参考使用说明书中图示。a〕将D板正面〔右下方〕的钮子开关拨向左边，其左侧的波段按钮拨向左边。b〕接通电源。c〕接通步进电机的驱动。d〕接直线插补运算电路操作，CP接连续脉冲，电路启动后，铣床模型机即描绘直线插补轨迹，步长可通过CP’电位器调节，进给方向可通过环形分配器相应的正反转开关改变。Jx值=000111Jy值=000111计数器初值=0111运算次数偏差计算JF进给计数器0000000△x01112345678910111213F-ye=0-6=-6F+xe=-6+7=1F-ye=1-6=-5F+xe=-5+7=2F-ye=2-6=-4F+xe=-4+7=3F-ye=3-6=-3F+xe=-3+7=4F-ye=4-6=-2F+xe=-2+7=5F-ye=5-6=-1F+xe=-1+7=6F-ye=6-6=0111010000001111011000010111100000011111101000100111110000101111111000110000000△y△x△y△x△y△x△y△x△y△x△y△x011001010101010001000011001100100010000100010000七、实验结果〔根据计算的插补过程和实际插补图形进行分析〕实验二圆弧插补原理实验一、实验目的掌握圆弧插补工作原理。掌握功率放大器和铣床模型机的工作原理及使用方法。绘制圆弧插补图形。二、实验设备铣床模型机三、实验前准