第10章计算机数值控制系统ppt课件

1、School of Automation EngineeringSchool of Automation Engineering 1. 计算机数值控制的根本概念计算机数值控制的根本概念 数值控制数值控制Numerical Control，即，即NC，简称数，简称数控控 ，就是将被加工的机械零件的相关要求，就是将被加工的机械零件的相关要求，经过相应的数值计算结果，以数值方式来表示经过相应的数值计算结果，以数值方式来表示诸如外形、尺寸、精度等信息，并将计算结果诸如外形、尺寸、精度等信息，并将计算结果转换成控制安装所可以接受的指令信号传送到转换成控制安装所可以接受的指令信号传送到电子控制安装，由该控

2、制安装驱动机床刀具电子控制安装，由该控制安装驱动机床刀具或任务台、加工零件等运动而加工出所要或任务台、加工零件等运动而加工出所要求的零件。求的零件。计算机数值控制计算机数值控制 Computer Numerical Control ，即即CNC,将计算机与数值控制直接结合起来，将计算机与数值控制直接结合起来，由计算机完成数值计算，并直接发出控制指令由计算机完成数值计算，并直接发出控制指令参与控制过程，也称为数值程序控制。参与控制过程，也称为数值程序控制。 School of Automation Engineeringn普通地，所谓计算机数值程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，经过相应的

3、计算机程序控制消费机械如各种加工机床或绘图仪等按规定的任务顺序、运动轨迹、运动间隔和运动速度等规律自动地完成相关任务的自动化控制方法。n 计算机数值控制技术是现代制造技术如柔性制造与计算机集成制造技术的重要支撑技术。School of Automation Engineering2. 数值控制根本原理数值控制根本原理 为了加工或绘制一条曲线，普通需求经过以下步骤: 曲线分段 为数值计算的方便，将待加工曲线分为假设干线段，既可以是直线段，也可以是曲线段 。插补计算 插补计算，就是由给定线段的基点坐标，求得该线段中间点坐标的数值计算方法。插补计算的根本原那么是经过给定的基点坐标，以一定的速度延续定

4、出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。 实际上，插补实际上，插补的方式可用恣意函的方式可用恣意函数方式，但为了简数方式，但为了简化插补运算过程和化插补运算过程和加快插补速度，常加快插补速度，常用的是直线插补和用的是直线插补和二次曲线插补两种二次曲线插补两种方式。方式。School of Automation Engineeringn折线逼近折线逼近n 把插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信把插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号的方式去控制号的方式去控制x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、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。刀具

5、等，从而绘出图形或加工所要求的轮廓。 每个脉冲驱动步进电机走一步为一个脉冲当量mm脉冲，或步长，用x和y来表示，通常取xy。 显然，步长越小，折线就越逼近于理想的直线段。 School of Automation Engineering3. 计算机数值控制系统普通组成计算机数值控制系统普通组成 n一个完好的计算机数值控制系统的普通 包括程序编制 、输入安装、数值控制安装、伺服驱动与位置检测、辅助控制安装、机床本体等组成。School of Automation Engineering4. 计算机数值控制系统的控制构造计算机数值控制系统的控制构造 n开环数值控制开环数值控制 n闭环数值控制闭环数

6、值控制n半闭环数值控制半闭环数值控制 School of Automation Engineering5. 数值控制系统的控制方式数值控制系统的控制方式 得图纸坐标之间的中间点。得图纸坐标之间的中间点。School of Automation Engineeringn定义定义 所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔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展比较，每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进展比较，从而决议下一步的进给方向。假设原来在给定轨从而决议下一步的进给方向。假设原来在给定轨迹的下方，下一步就向轨迹的上方走，假设原来迹的下方，下一步就向轨迹的上方走，假设原

7、来在给定轨迹的里面，下一步就向轨迹的外面走。在给定轨迹的里面，下一步就向轨迹的外面走。这样走一步、比较一次、决议下一步的走向，以这样走一步、比较一次、决议下一步的走向，以便逼近给定轨迹，即便逼近给定轨迹，即“一步一比较，步步来逼近，一步一比较，步步来逼近，故称为逐点比较插补。故称为逐点比较插补。 n主要类型主要类型n 逐点比较直线插补逐点比较直线插补 逐点比较圆弧插补逐点比较圆弧插补School of Automation Engineering1. 逐点比较法直线插补原理逐点比较法直线插补原理 n偏向计算偏向计算 n 根据逐点比较法插根据逐点比较法插补原理，必需把每一插值补原理，必需把每一插

8、值点动点的实践位置与点动点的实践位置与给定轨迹的理想位置间的给定轨迹的理想位置间的偏向计算出来，根据偏向偏向计算出来，根据偏向的正、负决议下一步的走的正、负决议下一步的走向，来逼近给定轨迹。因向，来逼近给定轨迹。因此，偏向计算是逐点比较此，偏向计算是逐点比较法中关键的一个步骤。法中关键的一个步骤。 n 第一象限内直线插补第一象限内直线插补 直线OA将第一象限平面分成两个区域，三个点集:第一个点集，动点m在直线OA上，有 ee0mmy xx y第二个点集，动点第二个点集，动点m 在直线在直线OA上方，有上方，有 ee0mmy xx y第三个点集，动点第三个点集，动点m在直线在直线OA下方，有下方

9、，有 ee0mmy xx ySchool of Automation EngineeringeemmmFy xx y 假设假设Fm0，阐明点，阐明点m在在OA直线上；直线上； Fm0，阐明点，阐明点m在在OA直线上方；直线上方； Fm0，阐明点，阐明点m在在OA直线下方。直线下方。School of Automation Engineering mmmmyyxx111该点的偏向为：emememememmyFyxxyyxxyF )1( 111School of Automation Engineering 同理，当同理，当Fm0时，应向时，应向y 方向进给一方向进给一步，该点的坐标和偏向分别为：

10、步，该点的坐标和偏向分别为：111mmmmxxyy111 (1) mmememememeFyxxyyxxyFxSchool of Automation Engineeringn终点判别方法终点判别方法 总步数法：设置一个终点计数器Nxy，存放x、y两个坐标方向进给的总步数，x 和 y 坐标每进给一步， Nxy就减1，直到Nxy 减到零，就到达终点。 School of Automation Engineeringn直线插补步骤直线插补步骤 偏向判别：判别上一步进给后的偏向是偏向判别：判别上一步进给后的偏向是F0还是还是F0； 坐标进给：根据所在象限和偏向判别的结果，决议坐标进给：根据所在象限和

11、偏向判别的结果，决议进给坐标轴及其方向；进给坐标轴及其方向； 偏向计算：计算进给一步后新的偏向，作为下一步偏向计算：计算进给一步后新的偏向，作为下一步进给的偏向判别根据；进给的偏向判别根据； 终点判别：进给一步后，终点计数器减终点判别：进给一步后，终点计数器减1，判别能，判别能否到达终点，到达终点那么停顿运算；假设没有到达否到达终点，到达终点那么停顿运算；假设没有到达终点，前往。如此不断循环直到到达终点。终点，前往。如此不断循环直到到达终点。 School of Automation Engineering第一象限直线插补流程图 School of Automation Engineering

12、 例例10.1 设加工第一象限直线设加工第一象限直线OA，起点，起点坐标为坐标为O0，0，终点坐标为，终点坐标为A6，4，试进展插补计算，并画出其进给轨迹图。试进展插补计算，并画出其进给轨迹图。 School of Automation Engineering直线插补过程步数步数偏向判别偏向判别坐标进给坐标进给偏向计算偏向计算终点判别终点判别起点起点 F00 Nxy101F00 x F1F0ye04=4 Nxy92F10y F2F1xe462 Nxy83F20 x F3F2ye24=2 Nxy74F30y F4F3xe264 Nxy65F40 x F5F4ye440 Nxy56F50 x F6

13、F5ye04 =4 Nxy47F60y F7F6xe462 Nxy38F70 x F8F7ye24 =2 Nxy29F80y F9F8xe264 Nxy110F90 x F10F9ye44 =0 Nxy0School of Automation Engineeringn进给轨迹如图School of Automation Engineering四象限的直线插补四象限的直线插补 不同象限直线插补的偏向符号和进给方向如图不同象限直线插补的偏向符号和进给方向如图 ；计算时，公式中的终点坐标值计算时，公式中的终点坐标值xe和和ye均采用绝对值。均采用绝对值。 School of Automation

14、Engineering四象限的直线插补进给方向与偏向计算公式四象限的直线插补进给方向与偏向计算公式 School of Automation Engineering四象限直线插补流程图四象限直线插补流程图 School of Automation Engineering2. 逐点比较法圆弧插补原理逐点比较法圆弧插补原理 22222RyxRRFmmmmFm0 ，阐明加工点，阐明加工点m在圆弧上；在圆弧上；Fm0 ，阐明加工点，阐明加工点m在圆弧外；在圆弧外；Fm0 ，阐明加工点，阐明加工点m在圆弧内。在圆弧内。 School of Automation Engineering2插补规那么插补规那

15、么当当Fm0时，向时，向x轴方向进给一步，并计算新的偏向；轴方向进给一步，并计算新的偏向；当当Fm0时，向时，向y轴方向进给一步，并计算新的偏轴方向进给一步，并计算新的偏向；向；如此，一步步计算，一步步进给，并在到达终点时停如此，一步步计算，一步步进给，并在到达终点时停顿。顿。School of Automation Engineering3偏向计算简化偏向计算简化当当Fm0时，应沿时，应沿x轴方向进给一步，到轴方向进给一步，到m1点，点，其坐标值为其坐标值为 111mmmmxxyy新点的偏向为22222111(1)21mmmmmmmFxyRxyRFx 同理，当Fm0时，新加工点的偏向为222

16、22111(1)21 mmmmmmmFxyRxyRFySchool of Automation Engineering4第一象限逆圆弧插补步骤第一象限逆圆弧插补步骤 偏向判别偏向判别坐标进给坐标进给偏向计算偏向计算坐标计算坐标计算终点判别终点判别School of Automation Engineering第一象限逆圆弧插补的流程图 School of Automation Engineering 【例2】 设加工第一象限逆圆弧AB，知圆弧的起点坐标为A4，0，终点坐标为B0，4，试进展插补计算并作出进给轨迹图。0004408xyeeNxxyy步数步数偏向判别偏向判别坐标进给坐标进给偏向计算

17、偏向计算坐标计算坐标计算终点判别终点判别起点F00 x04，y00 Nxy81F00 xF1F02x017x1x013，y10 Nxy72F10y F2F12y116x23，y2y111 Nxy63F20y F3F22y213x33，y3y212 Nxy54F30y F4F32y312x43，y4y313 Nxy45F40 xF5F42x413x5x412，y53 Nxy36F50y F6F52y514x62，y6y514 Nxy27F60 x F7F62x611x7x611，y74 Nxy18F70 xF8F72x710 x8x710，y84 Nxy0School of Automation

18、 Engineeringn进给轨迹图 School of Automation Engineeringn第一象限顺圆弧插补原理第一象限顺圆弧插补原理 121 mmmyFF 假设Fm0，向x轴方向进给一步，新加工点的坐标为(xm 1, ym) ，偏向为121 mmmxFFSchool of Automation Engineeringn四象限圆弧插补四象限圆弧插补 SR=顺圆弧NR=逆圆弧四个象限圆弧插补的对称关系四个象限圆弧插补的对称关系 圆弧插补中，沿对称轴的进给的方向一样，沿非对称轴的进给的方向相反。School of Automation Engineering偏向计算公式偏向计算公式n

19、一切对称圆弧的偏向计算公式，只需取起点坐标的绝对值，均与第一象限中的逆圆弧或顺圆弧的偏向计算公式一样。 School of Automation Engineering程序实现流程程序实现流程 其中，R 存放圆弧类型值。 一切坐标均采用绝对值参与运算 School of Automation Engineering1.1.步进电机任务原理步进电机任务原理三相反响式步进电机构造表示图 School of Automation EngineeringSchool of Automation EngineeringSchool of Automation Engineeringn输入一个电脉冲信号，

20、转子转过的角度称为步距角s ，对于步进电机的三相单三拍任务方式，每切换一次通电形状，转子转过的角度为1/3齿距角，经过一个周期，转子走了3步，转过一个齿距角。 mKZNZN 360360zs 式中：Z转子齿数； N步进电机任务拍数，NmK； m定子绕组相数； K与通电方式有关的系数， 单相通电方式 K1，单、双相通电方式K2 School of Automation Engineering2. 步进电机的计算机控制步进电机的计算机控制 n步进电机控制系统普通组成步进电机控制系统普通组成 School of Automation Engineeringn步进电机驱动电路步进电机驱动电路 n 步进电机驱动电路的作用是将计算机输步进电机驱动电路的作用是将计算机输出的控制脉冲进展功率放大，产生步进电机任出的控制脉冲进展功率放大，产生步