機(jī)床數(shù)控技術(shù)插補(bǔ)原理

1、機(jī)床數(shù)控技術(shù)插補(bǔ)原理指導(dǎo)書機(jī)械工程與自動化學(xué)院機(jī)械工程系- 1 -第一部分 銑床模型機(jī)硬件連接及工作原理模型機(jī)包括基本邏輯電路、功率放大器及XY工作臺，核心內(nèi)容為邏輯電路，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 直線插補(bǔ)邏輯電路整個電路由八個環(huán)節(jié)組成：1、時序電路（節(jié)拍脈沖發(fā)生器）在計算機(jī)和控制系統(tǒng)中，常常要求系統(tǒng)的某些操作按時間順序分時工作，因此需要產(chǎn)生一個節(jié)拍控制脈沖，以協(xié)調(diào)各部分的工作。這種能產(chǎn)生節(jié)拍脈沖的電路叫做節(jié)拍脈沖發(fā)生器，又稱順序脈沖發(fā)生器（脈沖分配器）。時序電路其邏輯符合如圖2所示。t1,t2,t3,t4為輸出節(jié)拍脈沖，CP接單次脈沖，R是清零端。圖2 時序電路順序脈沖發(fā)生器可以分為計數(shù)器型

2、的和移位寄存器型兩種，本電路采用移位- 2 -寄存器型順序脈沖發(fā)生器，時序電路統(tǒng)一整個插補(bǔ)器的各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)動作，發(fā)出判別（t1）、進(jìn)給（t2）、運(yùn)算（t3）和終點(diǎn)判別（t4）的指令。 這里采用6位移位寄存器、則一個時序周期共9個脈沖（CP）周期。2、寄存器組移位寄存器具有寄存、移位的功能。其邏輯符號如圖3。（1） Qa接至Ri ，S端接移位、置數(shù)端，CP接單次脈沖，R接清零端，A-F為輸入端，Qa-Qf為輸出端.（2）寄存器清零：按動清零端，使R端送入一個，寄存器輸出端Qa-Qf全為0。（3）寄存器置數(shù)：將S端接至置數(shù)“1”，輸入端置111000狀態(tài)，CP端送入一個置數(shù)脈沖，此時Qa-Qf被

3、置為111000。（4）寄存器移位：將S端接至移位“0”，CP端依次送入六個脈沖，則111000循環(huán)移位，最后仍為111000。清零 脈沖圖3 移位寄存器邏輯圖JX X寄存器：存放X的終點(diǎn)坐標(biāo)值Xe。JY Y寄存器：存放Y的終點(diǎn)坐標(biāo)值Ye。JF F寄存器：存放偏差運(yùn)算結(jié)果F。以上三個寄存器都是6位，最高位為符合位。JE：終點(diǎn)寄存器，寄存加工過程中需要走的總步數(shù)，E即終點(diǎn)判別值，加工前E=Xe+Ye，取X軸和Y軸的總步數(shù)作為終點(diǎn)判別值，X軸或Y軸每走一步，JE減一，直到JE0時，發(fā)出插補(bǔ)完成信號使TG=0。JE寄存器實(shí)際上是一個減法計數(shù)器，在電路中是一個可逆計數(shù)器，用X或Y進(jìn)給脈沖作CP-,當(dāng)減

4、至0時Bo端發(fā)出借位信號即終點(diǎn)信號。3、運(yùn)算環(huán)節(jié)運(yùn)算環(huán)節(jié)由寄存器JF、JX、JY，全加器和進(jìn)位觸發(fā)器構(gòu)成。根據(jù)偏差判別信號，進(jìn)行新偏差運(yùn)算，當(dāng)偏出值的最高位（符號位）為0時，表示偏差F>=0，F(xiàn)/=F-Ye,即進(jìn)行以下運(yùn)算：JFJY=>JF；當(dāng)偏差值的最高位（符號位）為1時，表示偏差F<0，F(xiàn)/=F+Xe，即進(jìn)行以下運(yùn)算：JF+JX=>JF。4、進(jìn)給環(huán)節(jié)進(jìn)給控制觸發(fā)器F10根據(jù)偏差值（符號位）產(chǎn)生控制門16、17的信號，- 3 -當(dāng)t2進(jìn)給時序出現(xiàn)時，門16或門17將輸出進(jìn)給脈沖X或Y。5、終點(diǎn)判別環(huán)節(jié)終點(diǎn)判別的方法一般有兩種： 據(jù)x，y兩向坐標(biāo)所要走的總步數(shù)C來判斷，

5、即（xe-xo）+（ye-yo）= xe+ye,每走一步x或y，均進(jìn)行1計算，當(dāng)減至0時即到終點(diǎn)，停止插補(bǔ)。比較xe和ye，取其中的較大值為，當(dāng)沿該方向進(jìn)給一步時，進(jìn)行1計算，直至0時停止插補(bǔ)。本電路采用第一種，計數(shù)器中置入X軸和Y軸兩坐標(biāo)絕對值之和作為終點(diǎn)步數(shù)，將X和Y進(jìn)給脈沖作為計數(shù)器的減數(shù)信號（CP），每進(jìn)給X和Y一次，計數(shù)器減一，直至計數(shù)器減至零，Bo借位端將輸出借位信號至TG啟動控制觸發(fā)器，使TG產(chǎn)生停止運(yùn)算的信號。6、控制觸發(fā)器TG（F8）用來啟動和停止整個電路的運(yùn)算，當(dāng)TG的Q1時運(yùn)算開始，Q0時，運(yùn)算停止。7、步長放大器這是專門為演示教學(xué)而設(shè)計的脈沖當(dāng)量放大裝置，因?yàn)槊枯敵鲆粋€

6、進(jìn)給脈沖，銑床模型機(jī)拖板移動0.00625mm，即一個脈沖當(dāng)量等于0.00625mm，為了能觀察每次進(jìn)給的過程，采用步長放大器，使脈沖當(dāng)量的步長放大幾百倍，其原理是一個頻率比較高的脈沖源和X（或Y）相與得到的X（Y）就是頻率被提高的進(jìn)給信號。8、環(huán)形分配器演示板上設(shè)置了兩個三相六拍環(huán)形分配器，分別驅(qū)動x和y兩個方向的電機(jī)，在作演示時環(huán)形分配器的輸入進(jìn)給脈沖來自步長放大器的X或Y。在環(huán)形分配器中分別設(shè)置了兩個方向的控制開關(guān)來控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)不同象限的插補(bǔ)演示。逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)（第一象限）演示電路請參考圖1進(jìn)行接線，器件按圖中所標(biāo)序號使用。- 4 -圖4 系統(tǒng)單元連接圖- 5 -第

7、二部分 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一 直線插補(bǔ)原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)工作原理。2 掌握功率放大器和銑床模型機(jī)的工作原理及使用方法。3 繪制直線插補(bǔ)圖形。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備銑床模型機(jī)三、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備1復(fù)習(xí)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)的工作原理。2了解功率放大器，銑床模型機(jī)的工作原理及接線方法。3熟悉基本運(yùn)算電路。四、實(shí)驗(yàn)原理圖1-1 逐點(diǎn)比較法第一象限直線插補(bǔ)流程圖- 6 -五、實(shí)驗(yàn)步驟：以逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)為例進(jìn)行說明。（1）檢查演示板上邏輯部件，功能正常后開始按圖接線；（2）在接線過程中，對部件電路逐個試驗(yàn)，連接線要盡量短。TG與時序電路組成的啟動電路；移位寄存器JX、JY、JF；全加器和進(jìn)位觸發(fā)器

8、；進(jìn)給控制觸發(fā)器F10和其輸入、輸出電路；終點(diǎn)計數(shù)器；步長放大器及環(huán)形分配器組成的步長放大驅(qū)動電路。（3）單次脈沖演示以上各部分電路分別驗(yàn)證正確后連接各部分，組成完整的插補(bǔ)運(yùn)算電路，檢查無誤后按下列順序操作。現(xiàn)以第一象限直線起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為xe=7，ye=6的一條直線段為例。 置數(shù)：Jx=xe，將寄存器Jx（左上第一個寄存器）的輸入端置000111，即將高位HD接上C，B，A端懸空實(shí)際上已經(jīng)接至高電平（印刷電路板上將寄存器、觸發(fā)器、計數(shù)器所有輸入端都已接至高電平）。Jy=ye將ye值的補(bǔ)碼111010（-6）置入F寄存器（左上第二個寄存器）。 JF=0第三個寄存器為F寄存器補(bǔ)值為0，計數(shù)

9、器輸入端置Xe值0111x脈沖信號端接至CP一輸入端操作a）時序電路、TG、JZ，JP清零，b）Jx、Jy置入初值，c）使寄存器處于移動功能狀態(tài)，d）計數(shù)器置入終點(diǎn)步數(shù)7，e）使TG置l，啟動電路，f）按動單次脈沖產(chǎn)生CP信號這時電路開始手動單次運(yùn)行。每產(chǎn)生10個CP脈沖，完成一次插補(bǔ)運(yùn)算，第一次插補(bǔ)運(yùn)算可按下表檢查各邏輯部件的狀態(tài)。連續(xù)產(chǎn)生手動脈沖，整個插補(bǔ)運(yùn)算應(yīng)符合下表。手動脈沖輸入方式，運(yùn)算正常后，可進(jìn)行連續(xù)脈沖運(yùn)算。（4）連續(xù)脈沖運(yùn)算演示- 7 -將CP端改接至連續(xù)脈源（B）板，將電位器旋至最左端，即處于最低頻狀態(tài)，使能觀察到閃爍狀態(tài)連續(xù)運(yùn)行中，對照運(yùn)算表進(jìn)行檢查F值，并觀察x、y進(jìn)給

10、是否正確。 連續(xù)運(yùn)算正常后，可以接上步長放大器驅(qū)動控制及銑床模型機(jī)，觀察插補(bǔ)運(yùn)算中的軌跡描繪，見下一步驟。（5）直線插補(bǔ)軌跡描繪按圖4接線，各單元連接參考使用說明書中圖示。a）將D板正面（右下方）的鈕子開關(guān)撥向左邊，其左側(cè)的波段按鈕撥向左邊。 b）接通電源。c）接通步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動。d）接直線插補(bǔ)運(yùn)算電路操作，CP接連續(xù)脈沖，電路啟動后，銑床模型機(jī)即描繪直線插補(bǔ)軌跡，步長可通過CP電位器調(diào)節(jié)，進(jìn)給方向可通過環(huán)形分配器相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)開關(guān)改變。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（根據(jù)計算的插補(bǔ)過程和實(shí)際插補(bǔ)圖形進(jìn)行分析）- 8 -實(shí)驗(yàn)二 圓弧插補(bǔ)原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握圓弧插補(bǔ)工作原理。5 掌握功率放大器和銑床模型機(jī)的工作原理及使用方法。6 繪制圓弧插補(bǔ)圖形。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備銑床模型機(jī)三、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備1復(fù)習(xí)圓弧插補(bǔ)的工作原理。2了解功率放大器，銑床模型機(jī)的