第计算机控制技术三章 数字程序控制技术

1、1第3章 数字程序控制技术 3.1 数字程序控制基础 计算机数字程序控制CNC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。 233.1.1 数字程序控制原理 基本思路： 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。 4 步骤： 1. 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

2、形的误差在允许范围之内。5 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： 直线插补 二次曲线插补圆弧、抛物线、双曲线 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。6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 y x方向步数：Nx(xe-x0)/ x y方向步数：Ny(ye-y0)/ y 73.1.2 数字程序控制方式 数字

3、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。 点位控制 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） 直线切削控制 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）8轮廓的切削控制 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） 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

4、，需插补 93.1.3 数字程序控制 闭环方式 开环方式 103.2 逐点比较法插补原理 逐点比较插补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）113.2.1 逐点比较法直线插补 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 插补结束判断 12第一象限内的直线插补 13偏差判别： 偏差判别式： Fm=ymxe-xmye 进给方向确定： 当Fm = 0时，沿+x轴方向走一步； 当Fm 0，

5、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 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 24四个象限的圆弧插补 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= Fm 2ym +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。35 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

6、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 步进电机每周期步进的角度。 步距角360/(NZ) ：步进电机每拍步进的角度。 363.3.2 步进电机的工作方式 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。 三相步进电机可工作于单相三拍（单三拍）、双相三拍（双三拍）、三相六拍工作方式。 单三拍工作方式 A-B-C-A 37双三拍工作方式 AB-BC-CA-AB- 三相六拍工作方式 A-AB-B-BC-C-CA-A- 38步进电机细分驱动： 切换时，绕组电流并非全部切除或通

7、入，只改变额定值的一部分（如1/4)，转子也只转动步距角的一部分（如1/4)。39优点：达到更高分辨率，减小振动和噪声403.3.3 步进电机控制接口及输出字表 步进电机常规控制电路 41 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。 输入：步进脉冲，1个脉冲为1拍，走一步； 方向选择 ，正转或反转。 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。 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 42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 1.步进电机控制

8、接口 例如：采用8255芯片控制x, y轴步进电机。43 2.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。 44输出字以表的形式顺序存放在内存： 正转访问顺序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反转访问顺序：ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY5-ADY1 微机的运动控制功能 改变输出脉冲数，控制步进电机的走步数； 改变各相绕组的通电顺序，控制步进电机的转向，正转、反转； 改变输出脉冲的频率，控制步进电机的转速。453.3.4 步进电机控制程序 步进电机走步控制程序流程图4647步进电机速度控制程序 步进电机调速：改变输出脉冲的频