微机控制技术第三章

1、1第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术2第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术31 数字程序控制基础 311数字程序控制原理数字程序控制原理 如图所示的平面曲形图形如图所示的平面曲形图形如何用计算机在绘图仪或数控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。说明数字程序控制的基本原理。 3数数王王4第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术31 数字程序控制基础 311数字程序控制原理数字程序控制原理 如图是一段用折线逼近直线如图是一段用折线逼近直线的直线插补线段，其中的直线插补线段，其中( (x x0 0，y

2、y0 0) )代表该线段的起点坐标值，代表该线段的起点坐标值，( (x xe e，y ye e) )代表终点坐标值，则代表终点坐标值，则x x方向和方向和y y方向应移动的总步数方向应移动的总步数N Nx x和和N Ny y分分别为：别为：N Nx x=(x=(xe e-x-x0 0)/)/x x N Ny y=(y=(ye e-y-y0 0)/ )/ y y5第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术31 数字程序控制基础 312 数字程序控制方式数字程序控制方式 数控系统按控制方式来分类，可以分为数控系统按控制方式来分类，可以分为点位控制点位控制、直线直线切削控制和轮廓切削控制切削控制

3、和轮廓切削控制，这三种控制方式都是运动的轨，这三种控制方式都是运动的轨迹控制。迹控制。 1点位控制点位控制(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，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。定位置后才开始加工。在机

4、床加工业中，采用这类控制的有在机床加工业中，采用这类控制的有钻床、镗床、冲床等。钻床、镗床、冲床等。 6第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术31 数字程序控制基础 312 数字程序控制方式数字程序控制方式 2直线切削控制直线切削控制 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。行切削加工。这类控制的有铣床、车床、磨床、加工中心等。 3轮廓的切削控制轮廓的切削控制(C

5、ontinuous 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，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、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。磨床、齿轮加工机床等。7第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术3 31 1 数字程序

6、控制基础数字程序控制基础 312 数字程序控制模式数字程序控制模式 1 1闭环数字程序控制闭环数字程序控制 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。式控制精度高，但其结构复杂。 闭环控制特征闭环控制特征8第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术3 31 1 数字程序控制基础数字程序控制基础 312 数字程序控制模

7、式数字程序控制模式 2 2开环数字程序控制开环数字程序控制 如图所示为开环数字程序控制的结构，目前开环数字如图所示为开环数字程序控制的结构，目前开环数字程序控制得到了广泛的应用，如各类数控机床、线切割机、程序控制得到了广泛的应用，如各类数控机床、线切割机、低速小型数字绘图仪等，都是利用开环数字程序控制原理低速小型数字绘图仪等，都是利用开环数字程序控制原理实现控制的。这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由实现控制的。这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机驱动。 没有反馈9第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘

8、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行比较，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，就向给定轨迹的外面走，。如此，走一步、。如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步走向，以便逼近看一看，比较一次，决定

9、下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成给定轨迹，即形成逐点比较插补逐点比较插补。10第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 321 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补 1第一象限内的直线插补第一象限内的直线插补(1)偏差计算公式偏差计算公式 在第一象限想加工出直线段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，直线段取直线段的起点为坐标原点，直线段终点坐标终点坐标(xe，ye)是已知的，如图所示。是已知的，如图所示。点点m(xm，ym)为加工点为加工点(动点动点)，若点，若点m在直线段在直线段OA上，则有：上，则有：xm/ym=xe/ye 即即 ymx

10、e=xmye定义直线插补的偏差判别式为：定义直线插补的偏差判别式为： F Fm m=y=ym mx xe e-x-xm my ye e 动点动点11第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 321 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补 1第一象限内的直线插补第一象限内的直线插补(1)偏差计算公式偏差计算公式简化的判别式简化的判别式 设加点正处于设加点正处于m点，当点，当Fm0时，表明时，表明m点在点在OA上或上或OA上方，上方，应沿应沿+x方向进一步至方向进一步至(m+1)点，该点的坐标值为：点，该点的坐标值为： xm+1=xm+1 ym+1=ym该点的偏差为：该

11、点的偏差为： F Fm+1m+1=y=ym+1m+1x xe e-x-xm+1m+1y ye e=y=ym mx xe e-(x-(xm m+1)y+1)ye e=F=Fm m-y-ye e 设加工点正处于设加工点正处于m点，当点，当Fm0时，表明时，表明m点在点在OA下方，应下方，应向向+y方向进给一步至方向进给一步至(m+1)点，该点的坐标值为：点，该点的坐标值为： xm+1=xm ym+1=ym+1该点的偏差为：该点的偏差为： F Fm+1m+1=y=ym+1m+1x xe e-x-xm+1m+1y ye e=(y=(ym m+1)x+1)xe e-x-xm my ye e=F=Fm m

12、+x+xe e 12第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 321 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补 1第一象限内的直线插补第一象限内的直线插补 (2)终点判断方法终点判断方法 逐点比较法的终点判断有多种方法，下面介绍两种方法：逐点比较法的终点判断有多种方法，下面介绍两种方法： 设置设置Nx和和Ny两个减法计数器，在加工开始前，在两个减法计数器，在加工开始前，在Nx和和Ny计计数器中分别存入终点坐标值数器中分别存入终点坐标值xe和和ye，在在x坐标坐标(或或y坐标坐标)进给一步时，进给一步时，就在就在Nx计数器计数器(或或Ny计数器计数器)中减去中减去1，直

13、到这两个计数器中的数都，直到这两个计数器中的数都减到零时，到达终点。减到零时，到达终点。 用一个终点计数器，寄存用一个终点计数器，寄存x和和y两个坐标进给的总步数两个坐标进给的总步数Nxy，x或或y坐标进给一步，坐标进给一步，Nxy就减就减1，若，若Nxy0，则就达到终点。则就达到终点。13第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 321 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补 1第一象限内的直线插补第一象限内的直线插补 (3)插补计算过程插补计算过程 插补计算时，每走一步，都要进行以下插补计算时，每走一步，都要进行以下4个步个步骤的插补计算过程骤的插补计算过程:

14、: A.A.偏差判别；偏差判别； B. B.坐标进给；坐标进给； C. C.偏差计算；偏差计算； D. D.终点判断。终点判断。 14第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 321 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补 2四个象限的直线插补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不同象限直线插补的偏差符号及坐标进给方向如图所示。进给方向如图所示。 Fm0Fm0所在象限所在象限进给方向进给方向偏差计算偏差计算所在象限所在象限进给方向进给方向偏差计算偏差计算一、四一、四xFm+1=Fm-ye一、二一、二+yFm+1=Fm+xe二、三二、三-x三、四三、四

15、-y15第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 321 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补 3直线插补计算的程序流程直线插补计算的程序流程 右图按照插补计算过程的右图按照插补计算过程的4个步骤，即偏差判别、坐标进给、个步骤，即偏差判别、坐标进给、偏差计算、终点判断来实现插补偏差计算、终点判断来实现插补计算程序。偏差判别、偏差计算、计算程序。偏差判别、偏差计算、终点判断是逻辑运算和算术运算，终点判断是逻辑运算和算术运算，容易编写程序，而坐标进给通常容易编写程序，而坐标进给通常是给步进电机发走步脉冲，通过是给步进电机发走步脉冲，通过步进电机带动机床工作台或刀具步进

16、电机带动机床工作台或刀具移动。移动。 +X-X+y-y偏差偏差计算计算偏差偏差判断判断终点终点判断判断坐标坐标进给进给16第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 321 逐点比较法直线插补逐点比较法直线插补 4 例例设加工第一象限设加工第一象限直线直线OAOA，起点为起点为O(0O(0，0)0)，终点坐标为止终点坐标为止(6(6，4)4)，试，试进行插补计算并作出走步进行插补计算并作出走步轨迹图。轨迹图。 解：坐标进给的总步数解：坐标进给的总步数N Nxyxy|6|60|+|4-0|=100|+|4-0|=10，y ye e=4,F=4,F0 0=0=0，xoy

17、=1xoy=1。插补计插补计算过程如表所示。算过程如表所示。步数偏差判别偏差判别坐标进给坐标进给偏差计算偏差计算终点判别终点判别起点起点 F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=-4Nxy=92F10+xF3= F2-ye=-2Nxy=74F30+xF5= F4-ye=0Nxy=56F5=0+xF6= F5-ye=-4Nxy=47F60+xF8= F7-ye=-2Nxy=29F80+xF1 0= F9-ye=0Nxy=017第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 322逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补 1 1第一象限内的圆弧插补第一象限内的圆弧插

18、补 设要加工逆圆弧设要加工逆圆弧AB，圆弧的圆心在坐标原点，并已知圆弧的圆弧的圆心在坐标原点，并已知圆弧的起点为起点为A(x0,y0)，终点终点B(xe，ye)，圆弧半径为圆弧半径为R。令瞬时加工点为令瞬时加工点为m(xm，ym)，它与圆心的距离为它与圆心的距离为Rm，显然，可以比较显然，可以比较Rm和和R来反来反映加工偏差。比较映加工偏差。比较Rm和和R，实际上是比较它们的平方值。实际上是比较它们的平方值。由图所示的第一象限逆圆弧由图所示的第一象限逆圆弧AB可知，可知， Rm2=xm2+ym2 R2=x02+y02可定义偏差判别式为：可定义偏差判别式为： Fm=Rm2-R=xm2+ym2-R

19、2 (1)偏差计算公式偏差计算公式 18第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 322逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补 1 1第一象限内的圆弧插补第一象限内的圆弧插补 (1)偏差计算公式偏差计算公式 简化偏差判别公式简化偏差判别公式 设加工点正处于设加工点正处于m(xm，ym)点，当点，当Fm0时，应沿时，应沿-x方向进给方向进给一步至一步至(m十十1)点，其坐标值为：点，其坐标值为： xm+1=xm-1 ym+1=ym新的加工点的偏差为新的加工点的偏差为Fm+1=xm+12+ym+12-R2=(xm-1)2+ym2-R2=Fm-2xm+1 设加工点正处于设

20、加工点正处于m(xm，ym)点，当点，当Fm0时，应沿时，应沿+y方向进给方向进给其坐标值为：其坐标值为： xm+1=xm ym+1=ym+1新的加工点偏差为新的加工点偏差为Fm+1=xm+12+ym+12-R2=xm2+(ym+1)2-R2=Fm+2ym+1 19第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术32 逐点比较法插补原理 322逐点比较法圆弧插补逐点比较法圆弧插补 1 1第一象限内的圆弧插补第一象限内的圆弧插补 (2)终点判断方法终点判断方法 圆弧插补的终点判断方法和直线插补相同。可将圆弧插补的终点判断方法和直线插补相同。可将x方向方向的走步步数的走步步数Nx|xe-x0|和和y

21、方向的走步步数方向的走步步数Ny|ye-y0|的总的总和和Nxy作为一个计数器，每走一步，从作为一个计数器，每走一步，从Nxy中减中减1，当，当Nxy0时发出终点到信号。时发出终点到信号。 (3)插补计算过程插补计算过程 圆弧插补计算过程比直线插补计算过程多一个环节，圆弧插补计算过程比直线插补计算过程多一个环节，即要计算加工点瞬时坐标即要计算加工点瞬时坐标(动点坐标动点坐标)值，因此圆弧插补计值，因此圆弧插补计算过程分为算过程分为5个步骤即个步骤即偏差判别、坐标进给、偏差计算、偏差判别、坐标进给、偏差计算、坐标计算、终点判断。坐标计算、终点判断。 20第三章第三章 数字程序控制技术数字程序控制技术33 步进电机控制技术 331 步进电机的工作原理步进电机的工作原理 如图是一个三相反应式步进电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机，其定子的每相都有一对磁极，每个磁极