數(shù)字程序控制技術(shù)

1、第三章第三章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù)第3章 數(shù)字程序控制技術(shù) 計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制CNC計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制。 數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器。 3.1.1 數(shù)字程序控制原理 基本思路： 逐點(diǎn)輸入加工軌跡的坐標(biāo)不現(xiàn)實(shí)。 數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線基點(diǎn)和曲線屬性）擬合加工輪廓。 輸出裝置為步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)每個(gè)軸以一定距離的步長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)，實(shí)際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑曲線。 步驟： 1. 曲線分段： 圖中曲線分

2、為三段，分別為ab、bc、cd，a、b、c、d四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)。 分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)。 2. 插補(bǔ)計(jì)算： 插補(bǔ)計(jì)算： 給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。 插補(bǔ)計(jì)算原則：通過給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。 插補(bǔ)： 直線插補(bǔ) 二次曲線插補(bǔ)圓弧、拋物線、雙曲線 3. 折線逼近： 根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算出的中間點(diǎn)、產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)x、y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。步長(zhǎng)：刀具對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置，可以用 x, y表示，一般 x y x方向步數(shù)：N

3、x(xe-x0)/ x y方向步數(shù)：Ny(ye-y0)/ y 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(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。 點(diǎn)位控制 只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位，對(duì)刀具的移動(dòng)路徑、移動(dòng)速度、移動(dòng)方向不作規(guī)定，且在移動(dòng)過程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達(dá)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(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對(duì)于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行切削加工。（單軸切削）輪廓的切削控制 控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。（多軸切削） 三種方式比較 點(diǎn)位

4、控制：驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，無需插補(bǔ) 直線切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，無需插補(bǔ) 輪廓切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，需插補(bǔ) 3.1.3 數(shù)字程序控制 閉環(huán)方式 開環(huán)方式 3.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較一次，決定下一步的進(jìn)給方向： 用階梯折線逼近曲線。 走一步 - 比較一次 - 決定下一步的走向 逐點(diǎn)比較法的最大誤差：一個(gè)脈沖當(dāng)量（步長(zhǎng)）3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) 插補(bǔ)步驟： 偏差判別 - 坐標(biāo)進(jìn)給 - 偏差計(jì)算 - 終點(diǎn)判斷 走一步 - 比較一次 - 決定下一步的走向 插補(bǔ)結(jié)束判斷 第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 偏差計(jì)算式： 若點(diǎn)m在OA直線段上，則有xm

5、/ym=xe/ye 即ymxe-xmye0 于是取偏差計(jì)算式為 Fm=ymxe-xmye 偏差判別： 偏差判別式： 若Fm = 0，則點(diǎn)m在OA直線段上； 若Fm 0，則點(diǎn)m在OA直線段的上方； 若Fm = 0時(shí)，沿+x軸方向走一步； 當(dāng)Fm = 0，這時(shí)沿+x軸方向走一步至m1點(diǎn)。 ( xm+1， ym+1) = ( xm+1, ym ) Fm+1= ym+1xe-xm+1ye= ymxe-(xm+1)ye = ymxe-xmye -ye= Fm ye （2）設(shè)加工點(diǎn)在m點(diǎn)，若Fm = 0，F(xiàn)m+1= Fm ye 若Fm 0，M點(diǎn)在圓弧外 Fm=0，向-x方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差；當(dāng)Fm

6、 =0，向-x方向進(jìn)給一步 （xm+1， ym+1) = ( xm1, ym ) Fm+1= xm+12+ym+12-R2= Fm 2xm +1 當(dāng)Fm 坐標(biāo)進(jìn)給 - 偏差計(jì)算 -坐標(biāo)計(jì)算- 終點(diǎn)判斷 直線插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)xe，ye 圓弧插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)xm，ym 四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ) 第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算 當(dāng)Fm=0，向-y方向進(jìn)給一步， Fm+1= Fm 2ym +1 當(dāng)FmB-C-A相輪流通電，則磁場(chǎng)沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動(dòng)360度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為4，齒距角為90度，即1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了90度。 步進(jìn)電機(jī)的“ 相”和“ 拍” “ 相”繞組的

7、個(gè)數(shù) “ 拍”繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有6種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。 步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算： N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù) Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 齒距角360/(NZ) ：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度。 3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 步進(jìn)電機(jī)的通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。 三相步進(jìn)電機(jī)可工作于三相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。 單三拍工作方式 A-B-C-A 雙三拍工作方式 AB-BC-CA-AB- 三相六拍工作方式 A-AB-B-BC-C-CA-A- 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)： 切換時(shí)，繞組電流并非

8、全部切除或通入，只改變額定值的一部分（如1/4)，轉(zhuǎn)子也只轉(zhuǎn)動(dòng)步距角的一部分（如1/4)。優(yōu)點(diǎn)：達(dá)到更高分辨率，減小振動(dòng)和噪聲3.3.3 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表 步進(jìn)電機(jī)常規(guī)控制電路 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端，又稱環(huán)形分配器。 輸入：步進(jìn)脈沖，1個(gè)脈沖為1拍，走一步； 方向選擇 ，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 輸出：各相繞組的驅(qū)動(dòng)脈沖。 功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行功率放大。 步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式一 微機(jī) 環(huán)形分配器 功放 運(yùn)動(dòng)控制及脈沖產(chǎn)生 脈沖脈沖分配 步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制方式2 微機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 運(yùn)動(dòng)控制和脈沖分配 功率放大 步進(jìn)電機(jī)控制接口

9、例如：采用8255芯片控制x, y軸步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)控制的輸出字表 8255的PA、PB口分別控制x, y軸步進(jìn)電機(jī)。 輸出數(shù)據(jù)“ 1”表示通電，“ 0”表示斷電。 輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉(zhuǎn)訪問順序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-ADY2-ADY6 反轉(zhuǎn)訪問順序：ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY5-ADY1 微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能 改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)； 改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)； 改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存： 正轉(zhuǎn)輸出順序：ADX1-ADX2-ADX6 ADY1-AD

10、Y2-ADY6 反轉(zhuǎn)輸出順序：ADX6-ADX5-ADX1 ADY6-ADY5-ADY1 微機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制功能 改變輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的走步數(shù)； 改變各相繞組的通電順序，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)； 改變輸出脈沖的頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 3.3.4 步進(jìn)電機(jī)控制程序 步進(jìn)電機(jī)走步控制程序流程圖步進(jìn)電機(jī)速度控制程序 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率。 可采用延時(shí)或定時(shí)器方法。 延時(shí)或定時(shí)時(shí)間的計(jì)算： Ti為相鄰兩次走步的時(shí)間間隔，Vi為進(jìn)給一步后速度，a為加速度，有： 步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn) 四相八拍工作方式。 8086：采用延時(shí)方式進(jìn)行速度控制 8031：采用定時(shí)器方式進(jìn)行速度控制PWM

11、 直流電機(jī)調(diào)速 PWM：脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。 輸出脈沖頻率不變，脈沖寬度受輸入信號(hào)調(diào)制 在電機(jī)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 PWM直流電機(jī)調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)： （1）功耗小，效率高。 （2）以高頻脈沖電流給繞組供電，由于繞組為感性負(fù)載，脈沖電流得以濾平，所以波系數(shù)小,電機(jī)發(fā)熱量小。 （3）系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶寬，起制動(dòng)非?？臁?（4）系統(tǒng)抗負(fù)載擾動(dòng)的性能好。 （5）高頻輸出避開了電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)械的共振點(diǎn)，所以運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低。 微機(jī)產(chǎn)生PWM波形的方法 程序延時(shí)：高電平延時(shí)低電平延時(shí)PWM周期時(shí)間 定時(shí)器中斷：PWM周期T定時(shí)中斷高電平t定時(shí)中斷直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn) 采用PWM調(diào)速方式。 8031產(chǎn)生PWM波，驅(qū)動(dòng)電路功率放

12、大。PWM波形的產(chǎn)生： 采用延時(shí)方式產(chǎn)生PWM波形，脈寬固定，電機(jī)恒速。 T=X*T0, T1=Y*T0，T2=Z*T0。X為T周期參數(shù)，放在20H單元。Y為T1延時(shí)參數(shù)，Z為T2延時(shí)參數(shù)，放在21H單元，X=Y+Z 。T0為延時(shí)的時(shí)間基數(shù)，由定時(shí)器確定，參數(shù)置 22H，2 3H單元中。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP TT0 ； 跳轉(zhuǎn)到定時(shí)器0中斷程序 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(shí)T1 MOV TMOD, #01H MOV TL0,22H ；時(shí)間基數(shù)T0的定時(shí)參數(shù) MOV TH0,23H SETB TR0 ； 定時(shí)中斷設(shè)置 SETB ET0SETB EA L1:CJNE R0, #00H, L2 ； CPL P1.0 ; 延時(shí)R0*T0時(shí)間后，輸出取反 R0在運(yùn)行前為MOV A,20H ； 取X, T周期時(shí)間。 Y，則運(yùn)行后為 SUBB A,21H； A=X-(21H), 若（21H)=Y, A=Z, X; 運(yùn)行前為X 若（21H)=