第3章数字程序控制技术-数控技术.ppt

1,3.1数控加工的概念3.2数字程序控制基础3.2.1数字程序控制方式3.2.2开环数字程序控制3.3逐点比较法插补原理3.3.1逐点比较法直线插补3.3.2逐点比较法圆弧插补,3.4步进电机控制技术3.4.1步进电机的工作原理3.4.2步进电机的工作方式3.4.3步进电机控制接口及输出字表3.4.4步进电机控制程序,第三章数字程序控制技术,2,3.1数控加工的概念(了解),计算机数控CNC(ComputerNumericalControl)数控加工根据零件图样及工艺要求等原始条件,编制零件数控加工程序,并输入到数控机床的数控系统,以控制数控机床中刀具与工件的相对运动,从而完成零件的加工.,3,数控加工的过程,制定工艺,阅读零件,工艺分析,数控编程,程序传输,虽然数控加工与传统的机械加工相比,在加工的方法和内容上有许多相似之处,但由于采用了数字化的控制形式和数控机床,许多传统加工过程中的人工操作被计算机和数控系统的自动控制所取代.,4,通过把数字化了的刀具移动轨迹信息(通常指CNC加工程序),传入数控机床的数控装置,经过译码、运算,指挥执行机构(伺服电机带动的主轴和工作台)控制刀具与工件做相对运动,从而加工出符合编程设计要求的零件.,数控加工的原理,5,伺服驱动,机床零点,6,可装20把刀的无臂式ATC刀具库,可装24把刀的有臂式ATC刀具库,常见的刀具库,7,可装32把刀的有臂式刀具库,可装60把刀的刀具库,8,五轴高速铣削头,9,数控车床与普通车床结构差别,右图是同一品牌的数控车床与普通车床.结构上具有明显差异,数控系统；,床身稳固装有防护门；,保留主轴箱、尾座；取消挂轮箱、进给箱、溜板箱、光杆、丝杆等；,配备自动刀架对刀仪自动排屑等辅助设备.,伺服系统；,数控车床结构及分类,10,卧式数控车床,11,立式电脑车床,12,数控车削中心,13,华中XKA71402数控立式铣床,数控铣床的结构及类型,华中XKA714数控立式铣床,14,华中ZJK7532-A铣钻床,龙门铣,15,TOSHIBA四轴高速加工镗铣床,FIDIA五轴高速铣床,16,加工中心与数控铣床的异同:加工中心是在数控机床的基础上发展起来的,都是通过程序控制多轴联动走刀进行加工的数控机床.不同的是加工中心具有刀库和自动换刀功能.,加工中心的主要加工对象,17,立式加工中心,龙门式加工中心,18,编写程序,典型零件的数控加工工艺,N0010G92X5Y5Z5N0020G91N0030G17G00X40Y30N0040G98G81X40Y30Z-5R15F150N0050G00X5Y5Z50N0060M05N0070M02,1、加工20孔程序(手工安装好20钻头),设置对刀点相对坐标编程在XOY平面内加工钻孔循环抬刀主轴停转程序结束,19,编写程序,N0010G92X5Y5Z50N0020G90G41G00X-20Y-10Z-5D01N0030G01X5Y-10F150N0040G01Y35F150N0050G91N0060G01X10Y10F150N0070G01X11.8Y0N0080G02X30.5Y-5R20N0090G03X17.3Y-10R20N0100G01X10.4Y0N0110G03X0Y-25N0120G01X-90Y0N0130G90G00X5Y5Z10N0140G40N0150M05N0160M30,2、铣轮廓程序(手工安装好5立铣刀,不考虑刀具长度补偿),20,数控机床生产厂家必须向用户提供安装、使用与维修有关的技术资料,主要有:数控机床电气使用说明书数控机床电气原理图数控机床电气连接图数控机床结构简图数控机床参数表数控机床PLC控制程序,诊断用技术资料,21,数控系统操作手册数控系统编程手册数控系统安装与维修手册伺服驱动系统使用说明书数控机车的技术资料对故障分析与诊断非常重要,必须认真仔细地阅读,并对照机床实物,做到心中有数.一旦机床发生故障,再进行分析的同时查阅资料.主要品牌:日本FANUC,德国SIEMENS.,22,所谓数字程序控制,就是计算机根据输入的指令和数据,控制生产机械(如各种加工机床)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.数控系统:输入装置、输出装置、控制器和插补器.,3.2数字程序控制基础,23,步骤:1.曲线分段:图中曲线分为三段,分别为AB、BC、CD,四点坐标A、B、C、D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.,24,2.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:(1)直线插补-在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近(2)二次曲线插补(圆弧、抛物线、双曲线)-在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近3.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.,25,步长:刀具对应于每个脉冲移动的相对位置,可以用x,y表示,一般x=yx方向步数:Nx(xe-x0)/xy方向步数:Ny(ye-y0)/y,26,3.2.1数字程序控制方式数字程序控制的3种方式:点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制.,27,(1)点位控制(PointToPoint)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,对刀具的移动路径、移动速度、移动方向不作规定,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.(定位)(2)直线切削控制(StraitCutControlSystem)控制行程的终点坐标值,还要求刀具相对于工件平行某一坐标轴作直线运动,且在运动过程中进行切削加工.(单轴切削),28,三种方式比较:点位控制:驱动电路简单,无需插补直线切削控制:驱动电路复杂,无需插补轮廓切削控制:驱动电路复杂,需插补,(3)轮廓的切削控制(ContinuousPath)控制刀具沿工件轮廓曲线运动,并在运动过程中将工件加工成某一形状.这种方式借助于插补器进行.(多轴切削),29,3.2.2开环数字程序控制闭环方式执行机构多采用直流电机作为驱动元件反馈测量元件采用光电编码器、光栅、感应同步器等开环方式,30,光栅,光电编码器,感应同步器,31,3.3逐点比较法插补原理逐点比较法插补,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一次,决定下一步的进给方向:用阶梯折线逼近曲线.走一步-比较一次-决定下一步的走向逐点比较法的最大误差:一个脉冲当量(步长),32,3.3.1逐点比较法直线插补(1)插补步骤:偏差判别-坐标进给-偏差计算-终点判断走一步-比较一次-决定下一步的走向,33,(2)第一象限内的直线插补偏差计算式:若点M在OA直线段上,则有xm/ym=xe/ye即ymxe-xmye0取偏差计算式为Fm=ymxe-xmye,34,(3)偏差判别:偏差判别式:Fm=YmXe-XmYe若Fm=0,则点m在OA直线段上；若Fm0,则点m在OA直线段的上方；若Fm=0时,沿+x轴方向走一步；当Fm=0,这时沿+x轴方向走一步至m1点(xm+1,ym+1)=(xm+1,ym)Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=ymxe-(xm+1)ye=ymxe-xmye-ye=Fmye2.设加工点在m点,若Fm=0,Fm+1=Fmye若Fm0,M点在圆弧外Fm=0,向-x方向进给一步,并计算新的偏差；当Fm=0,向-x方向进给一步:(xm+1,ym+1)=(xm-1,ym)Fm+1=xm+12+ym+12-R2=Fm2xm+1当Fm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,46,(6)四个象限的圆弧插补第一象限顺圆弧的插补计算当Fm=0,向-y方向进给一步,Fm+1=Fm2ym+1当FmB-C-A相轮流通电,则磁场沿A、B、C方向转动360度角,转子沿ABC方向转动了一个齿距的位置.齿数为4,齿距角为90度,即1个齿距转动了90度.,56,单三拍,57,步进电机的“相”和“拍”“相”:绕组的个数“拍”:绕组的通电状态.如:三拍表示一个周期共有3种通电状态,六拍表示一个周期有6种通电状态,每个周期步进电机转动一个齿距.步进电机的步距角的计算:N:步进电机的拍数Z:转子的齿数.齿距角z=360/Z步距角=360/(NZ):步进电机每拍步进的角度.,58,3.4.2步进电机的工作方式1.步进电机的通电方式单相通电方式、双相通电方式、单相双相交叉通电方式.2.三相步进电机可工作于三相三拍(单三拍)、双相三拍(双三拍)、三相六拍工作方式.三相三拍工作方式A-B-C-A,59,双相三拍工作方式AB-BC-CA-AB-,三相六拍工作方式A-AB-B-BC-C-CA-A-,60,双相三拍,61,3.4.3步进电机控制接口及输出字表步进电机常规控制电路,62,脉冲分配器:把脉冲串按一定规律分配给脉冲放大器的各相输入端,又称环形分配器.(1)输入:步进脉冲,1个脉冲为1拍,走一步(2)方向选择:正转或反转(3)输出:各相绕组的驱动脉冲功率放大器:脉冲分配器的输出电路不足以驱动步进电机,进行功率放大.,63,步进电机微机控制方式1:微机环形分配器功放运动控制及脉冲产生脉冲分配及放大步进电机微机控制方式2:微机+驱动电路运动控制和脉冲分配功率放大,64,输出字以表的形式顺序存放在内存:正转访问顺序:ADX1-ADX2-ADX6ADY1-ADY2-ADY6反转访问顺序:ADX6-ADX5-ADX1ADY6-ADY5-ADY1微机的运动控制功能(1)改变各相绕组的通电顺序,控制步进电机的转向,正转/反转(2)改变输出脉冲的频率,控制步进电机的转速(3)改变输出脉冲的数量,控制步进电机的走步数,65,步进电机控制的输出字表8255的PA、PB口分别控制x,y轴步进电机输出数据“1”表示通电,“0”表示断电,AABBBCCCA,66,步进电机控制接口实例1:(实验用),ULN2003A,A00001000AB00001100B00000100BC00000110C00000010CD00000011D00000001DA00001001,;电机控制方式为四相八拍A-AB-B-BC-C-CD-D-DA,AP1.3BP1.2CP1.1DP1.0,67,BAEQUP1.3BBEQUP1.2BCEQUP1.1BDEQUP1.0ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVSP,#60HACALLDELAYSMRUN:MOVP1,#08H;AACALLDELAYMOVP1,#0CH;ABACALLDELAYMOVP1,#04H;BACALLDE