數(shù)字程序控制技術學習教案

1、會計學1數(shù)字數(shù)字(shz)程序控制技術程序控制技術第一頁，共60頁。 計算機數(shù)字程序控制(CNC) -計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機械（如各種加工機床）按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、運動距離(jl)和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。 數(shù)字程序控制主要應用于機床控制,采用數(shù)字程序控制系統(tǒng)的機床叫做數(shù)控機床。組成:數(shù)字程序控制系統(tǒng)由輸入裝置,輸出裝置,控制器和插補器等四大部分組成。其中,控制器和插補器功能以及部分輸入輸出功能由計算機承擔。第1頁/共59頁第二頁，共60頁。3.1.1 數(shù)字程序控制原理 基本思路： 逐點輸入加工軌跡的坐標不現(xiàn)實。 數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，也可能

2、有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線基點(jdin)和曲線屬性）擬合加工輪廓。 輸出裝置為步進電機，驅動每個軸以一定距離的步長運動，實際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑曲線。 第2頁/共59頁第三頁，共60頁。 步驟： 1. 曲線分段： 圖中曲線分為三段，分別為ab、bc、cd，a、b、c、d四點坐標送計算機。 分割原則：應保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許(ynx)范圍之內(nèi)。第3頁/共59頁第四頁，共60頁。 2. 插補計算： 插補計算： 給定曲線基點坐標，求得曲線中間值的數(shù)值計算方法。 插補計算原則：通過給定的基點坐標，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點，這些中間點的坐標值以一定的精

3、度逼近給定的線段。 插補： 直線插補是指在給定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近， 二次曲線插補是指在給定的兩個基點之間用一條近似曲線來逼近圓弧、拋物線、雙曲線 3. 折線逼近： 根據(jù)插補計算出的中間點、產(chǎn)生脈沖信號驅動x、y方向上的步進電機，帶動繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形(txng)或加工所要求的輪廓。第4頁/共59頁第五頁，共60頁。步長：刀具對應于每個脈沖移動的相對位置，可以用 x, y表示，一般(ybn) x y x方向步數(shù)：Nx(xe-x0)/ x y方向步數(shù)：Ny(ye-y0)/ y 第5頁/共59頁第六頁，共60頁。3.1.2 數(shù)字程序控制方式 數(shù)字程序控制的3種方式：點位控制

4、、直線切削控制、輪廓(lnku)切削控制。 點位控制 只要求控制刀具行程終點的坐標值，即工件加工點準確定位，對刀具的移動路徑、移動速度、移動方向不作規(guī)定，且在移動過程中不做任何加工，只是在準確到達指定位置后才開始加工。（定位） 直線切削控制 控制行程的終點坐標值，還要求刀具相對于工件平行某一坐標軸作直線運動，且在運動過程中進行切削加工。（單軸切削）第6頁/共59頁第七頁，共60頁。輪廓的切削控制 控制刀具沿工件輪廓曲線運動(q xin yn dn)，并在運動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補器進行。（多軸切削） 三種方式比較 點位控制：驅動電路簡單，無需插補 直線切削控制：驅動電路

5、復雜，無需插補 輪廓切削控制：驅動電路復雜，需插補 第7頁/共59頁第八頁，共60頁。3.1.3 數(shù)字(shz)程序控制 閉環(huán)方式 這種結構的執(zhí)行機構多采用直流電機（小慣量伺服電機和寬調速力矩電機）作為驅動元件，反饋測量元件采用光電編碼器（碼盤）、光柵、感應同步器等，該控制方式主要用于大型(dxng)精密加工機床，但其結構復雜，難于調整和維護，一些常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)很少采用第8頁/共59頁第九頁，共60頁。第9頁/共59頁第十頁，共60頁。3.2 逐點比較法插補原理 所謂逐點比較法插補，就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面

6、，從而決定下一步的進給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走，。如此，走一步、看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點比較插補。 逐點比較法是以階梯折線(zhxin)來逼近直線或圓弧等曲線的，它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個脈沖當量，因此只要把脈沖當量（每走一步的距離即步長）取得足夠小，就可達到加工精度的要求。 走一步 - 比較一次 - 決定下一步的走向 逐點比較法的最大誤差：一個脈沖當量（步長）第10頁/共59頁第十一頁，共60頁。3.2.1 逐點比較法直線插補 插補步驟(bzhu)：

7、 偏差判別 - 坐標進給 - 偏差計算 - 終點判斷 走一步 - 比較一次 - 決定下一步的走向 插補結束判斷 第11頁/共59頁第十二頁，共60頁。第一(dy)象限內(nèi)的直線插補 偏差計算式： 在第一(dy)象限想加工出直線段OA，取直線段的起點為坐標原點，直線段終點坐標(xe，ye)是已知的。點m(xm,ym)為加工點（動點），若點m在直線段OA上，則有xm/ym=xe/ye 即ymxe-xmye0 于是取偏差計算式為 Fm=ymxe-xmye 第12頁/共59頁第十三頁，共60頁。偏差判別： 偏差判別式： 若Fm = 0，則點m在OA直線段上； 若Fm 0，則點m在OA直線段的上方； 若F

8、m = 0時，沿+x軸方向走一步； 當Fm = 0，這時沿+x軸方向走一步至m1點。 ( xm+1， ym+1) = ( xm+1, ym ) Fm+1= ym+1xe-xm+1ye= ymxe-(xm+1)ye = ymxe-xmye -ye= Fm ye （2）設加工點在m點，若Fm = 0，F(xiàn)m+1= Fm ye 若Fm 0，M點在圓弧外 Fm=0，向-x方向進給一步，并計算新的偏差；當Fm =0，向-x方向(fngxing)進給一步 （xm+1， ym+1) = ( xm1, ym ) Fm+1= xm+12+ym+12-R2= Fm 2xm +1 當Fm 坐標進給 - 偏差計算 -坐

9、標計算- 終點判斷 直線插補：偏差計算使用終點坐標xe，ye 圓弧插補：偏差計算使用前一點坐標xm，ym 第25頁/共59頁第二十六頁，共60頁。四個象限的圓弧插補 第一(dy)象限順圓弧的插補計算 當Fm=0，向-y方向進給一步， Fm+1= Fm 2ym +1 當FmB-C-A 第38頁/共59頁第三十九頁，共60頁。雙三拍工作方式(fngsh) AB-BC-CA-AB- 三相六拍工作方式(fngsh) A-AB-B-BC-C-CA-A- 第39頁/共59頁第四十頁，共60頁。步進電機細分驅動： 切換時，繞組電流并非全部切除(qich)或通入，只改變額定值的一部分（如1/4)，轉子也只轉動

10、步距角的一部分（如1/4)。第40頁/共59頁第四十一頁，共60頁。優(yōu)點：達到(d do)更高分辨率，減小振動和噪聲第41頁/共59頁第四十二頁，共60頁。3.3.3 步進電機控制接口(ji ku)及輸出字表 步進電機常規(guī)控制電路 第42頁/共59頁第四十三頁，共60頁。 脈沖分配器：把脈沖串按一定規(guī)律分配給脈沖放大器的各相輸入(shr)端，又稱環(huán)形分配器。 輸入(shr)：步進脈沖，1個脈沖為1拍，走一步； 方向選擇 ，正轉或反轉。 輸出：各相繞組的驅動脈沖。 功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅動步進電機，進行功率放大。 步進電機微機控制方式一 微機 環(huán)形分配器 功放 運動控制及脈沖產(chǎn)

11、生 脈沖脈沖分配 第43頁/共59頁第四十四頁，共60頁。步進電機微機控制方式2 微機 驅動電路 運動(yndng)控制和脈沖分配 功率放大 步進電機控制接口 例如：采用8255芯片控制x, y軸步進電機。第44頁/共59頁第四十五頁，共60頁。步進電機(dinj)控制的輸出字表 8255的PA、PB口分別控制x, y軸步進電機(dinj)。 輸出數(shù)據(jù)“ 1”表示通電，“ 0”表示斷電。 第45頁/共59頁第四十六頁，共60頁。輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉訪問順序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反轉訪問順序：ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY

12、5-ADY1 微機的運動控制功能 改變輸出脈沖數(shù)，控制步進電機(dinj)的走步數(shù)； 改變各相繞組的通電順序，控制步進電機(dinj)的轉向，正轉、反轉； 改變輸出脈沖的頻率，控制步進電機(dinj)的轉速。第46頁/共59頁第四十七頁，共60頁。輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉輸出順序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反轉輸出順序：ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY5-ADY1 微機的運動控制功能 改變輸出脈沖(michng)數(shù)，控制步進電機的走步數(shù)； 改變各相繞組的通電順序，控制步進電機的轉向，正轉、反轉； 改變輸出脈沖(michng)的頻率，

13、控制步進電機的轉速。 第47頁/共59頁第四十八頁，共60頁。3.3.4 步進電機(dinj)控制程序 步進電機(dinj)走步控制程序流程圖第48頁/共59頁第四十九頁，共60頁。第49頁/共59頁第五十頁，共60頁。步進電機速度控制程序 步進電機調速：改變輸出脈沖的頻率。 可采用延時或定時(dn sh)器方法。 延時或定時(dn sh)時間的計算： Ti為相鄰兩次走步的時間間隔，Vi為進給一步后速度，a為加速度，有： 第50頁/共59頁第五十一頁，共60頁。步進電機控制(kngzh)實驗 四相八拍工作方式。 8086：采用延時方式進行速度控制(kngzh) 8031：采用定時器方式進行速度

14、控制(kngzh)第51頁/共59頁第五十二頁，共60頁。PWM 直流電機調速 PWM：脈沖寬度調制技術。 輸出脈沖頻率不變，脈沖寬度受輸入信號調制 在電機控制(kngzh)領域應用廣泛。 第52頁/共59頁第五十三頁，共60頁。PWM直流電機調速的優(yōu)點： （1）功耗小，效率高。 （2）以高頻脈沖電流給繞組供電，由于(yuy)繞組為感性負載，脈沖電流得以濾平，所以波系數(shù)小,電機發(fā)熱量小。 （3）系統(tǒng)的響應頻帶寬，起制動非?？臁?（4）系統(tǒng)抗負載擾動的性能好。 （5）高頻輸出避開了電機及傳動機械的共振點，所以運行平穩(wěn)，噪聲低。 微機產(chǎn)生PWM波形的方法 程序延時：高電平延時低電平延時PWM周期時

15、間 定時器中斷：PWM周期T定時中斷高電平t定時中斷第53頁/共59頁第五十四頁，共60頁。直流電機調速實驗(shyn) 采用PWM調速方式。 8031產(chǎn)生PWM波，驅動電路功率放大。第54頁/共59頁第五十五頁，共60頁。PWM波形的產(chǎn)生： 采用延時方式產(chǎn)生PWM波形，脈寬固定，電機恒速。 T=X*T0, T1=Y*T0，T2=Z*T0。X為T周期參數(shù)(cnsh)，放在20H單元。Y為T1延時參數(shù)(cnsh)，Z為T2延時參數(shù)(cnsh)，放在21H單元，X=Y+Z 。T0為延時的時間基數(shù)，由定時器確定，參數(shù)(cnsh)置 22H，2 3H單元中。 第55頁/共59頁第五十六頁，共60頁。O

16、RG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TT0 ； 跳轉到定時器0中斷(zhngdun)程序 ORG 1000H MAIN:SETB P1.0 ； 脈沖的高電平 MOV R0,21H；(21H) 初始值為Y，存入R0中，延時T1 MOV TMOD, #01H MOV TL0,22H ；時間基數(shù)T0的定時參數(shù) MOV TH0,23H SETB TR0 ； 定時中斷(zhngdun)設置 SETB ET0第56頁/共59頁第五十七頁，共60頁。SETB EA L1:CJNE R0, #00H, L2 ； CPL P1.0 ; 延時R0*T0時間后，輸出取反 R0在運行前

17、為MOV A,20H ； 取X, T周期時間。 Y，則運行后為 SUBB A,21H； A=X-(21H), 若（21H)=Y, A=Z, X; 運行前為X 若（21H)=Z, A=Y; ， 則運行后為Y。 MOV 21H,A ; A存到(21H) R0交替置入高 MOV R0,A; 低電平延時時間。L2:AJMP L1 TT0:MOV TL0, 22H ；T0 定時(dn sh)中斷 MOV TH0, 23H DEC R0 ; R0-1 RETI第57頁/共59頁第五十八頁，共60頁。實驗編程： 用8086和8255，改為PA0口，編程控制直流電機，在第1個10秒慢速轉動(zhun dng)，第2個10秒快速轉動