第4章-程序控制和数值控制2.ppt

概述 顺序控制和数值控制是计算机控制系统中最常见的控制方式 顺序控制 控制系统根据生产工艺按预先规定的工艺要求 在各个输入信号的作用下 使生产过程的各个执行机构自动地按预先规定的顺序动作 数值控制 用计算机把输入的数字信息按一定的程序进行处理后转换为控制信号 去控制一个或几个被控制对象 使被控制点按照某种轨迹运动 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 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 开环数值控制 开环数值控制系统的一般组成 输入输出设备 控制器 插补器 工作台 开环数值控制 数值控制的基本原理 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 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 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 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 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 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 逐点比较法直线插补 第一象限内的直线插补 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 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 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 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 1xe xm 1ye 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 1xe xm 1ye ym 1 xe xmye Fm xe 终点判断 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 第一象限直线插补计算流程 偏差判别 判断上一步进给后的偏差值F 0还是F 0 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 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 终点判别 终点判别计数器减1 判断是否到达终点 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 R4RLCAJCTL1MOVA R4CLRCSUBBA R6MOVR4 AACALLSTEP1 调用 X方向的步进子程序AJMPTL2TL1 MOVA R4CLRCADDA R7MOVR4 AACALLSTEP2 调用 Y方向的步进子程序TL2 DJNZR5 LOOPRET 四象限内的直线插补 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 表四象限的进给脉冲和偏差计算 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 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 10 xe 6 ye 4 F0 0 xoy 1 4 3开环数值控制 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 262A F0 x3 2 144A F 0 x1 2 135A F0 x4 2 217A F 0 x2 2 00 逐点比较法圆弧插补 第一象限内的圆弧插补 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 进给方向确定 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 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 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 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 第一象限逆圆插补的流程图 图4 14 Y INSERT MOVR4 00HLOOP MOVA R4RLCAJCYY1DECR6MOVA R6CLRCRLCAMOVB AMOVA R4DECACLRCSUBBA BMOVR4 AACALLSTEP4AJMPYY2 YY1 INCR7MOVA R7CLRCRLCAMOVB AMOVA R4DECAADDA BMOVR4 AACALLSTEP1YY2 DJNZR5 LOOPRET STEP1 STEP4分别为 X Y走步子程序 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 4 3开环数值控制 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 第二象限顺圆的偏差计算公式 图4 16第二象限的顺圆 若F 0时 下一步应沿 x方向进给一步 新的加工点坐标将是 x 1 y 可求出新的偏差为F F 2x 1若F 0时 下一步应沿 y方向进给一步 新的加工点坐标将是 x y 1 可求出新的偏差为F F 2y 1 四象限的圆弧插补原理 在圆弧插补中 沿对称