機床數(shù)控技術插補原理

1、機床數(shù)控技術插補原理指導書機械工程與自動化學院機械工程系- 1 -第一部分 銑床模型機硬件連接及工作原理模型機包括基本邏輯電路、功率放大器及XY工作臺，核心內容為邏輯電路，硬件結構如圖1所示。圖1 直線插補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，因此需要產生一個節(jié)拍控制脈沖，以協(xié)調各部分的工作。這種能產生節(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)一整個插補器的各個環(huán)節(jié)的協(xié)調動作，發(fā)出判別（t1）、進給（t2）、運算（t3）和終點判別（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的終點坐標值Xe。JY Y寄存器：存放Y的終點坐標值Ye。JF F寄存器：存放偏差運算結果F。以上三個寄存器都是6位，最高位為符合位。JE：終點寄存器，寄存加工過程中需要走的總步數(shù)，E即終點判別值，加工前E=Xe+Ye，取X軸和Y軸的總步數(shù)作為終點判別值，X軸或Y軸每走一步，JE減一，直到JE0時，發(fā)出插補完成信號使TG=0。JE寄存器實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進給脈沖作CP-,當減

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

5、即（xe-xo）+（ye-yo）= xe+ye,每走一步x或y，均進行1計算，當減至0時即到終點，停止插補。比較xe和ye，取其中的較大值為，當沿該方向進給一步時，進行1計算，直至0時停止插補。本電路采用第一種，計數(shù)器中置入X軸和Y軸兩坐標絕對值之和作為終點步數(shù)，將X和Y進給脈沖作為計數(shù)器的減數(shù)信號（CP），每進給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產生停止運算的信號。6、控制觸發(fā)器TG（F8）用來啟動和停止整個電路的運算，當TG的Q1時運算開始，Q0時，運算停止。7、步長放大器這是專門為演示教學而設計的脈沖當量放大裝置，因為每輸出一個

6、進給脈沖，銑床模型機拖板移動0.00625mm，即一個脈沖當量等于0.00625mm，為了能觀察每次進給的過程，采用步長放大器，使脈沖當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給信號。8、環(huán)形分配器演示板上設置了兩個三相六拍環(huán)形分配器，分別驅動x和y兩個方向的電機，在作演示時環(huán)形分配器的輸入進給脈沖來自步長放大器的X或Y。在環(huán)形分配器中分別設置了兩個方向的控制開關來控制電機正反轉，這樣就可以實現(xiàn)不同象限的插補演示。逐點比較法直線插補（第一象限）演示電路請參考圖1進行接線，器件按圖中所標序號使用。- 4 -圖4 系統(tǒng)單元連接圖- 5 -第

7、二部分 實驗內容實驗一 直線插補原理實驗一、實驗目的1 掌握逐點比較法直線插補工作原理。2 掌握功率放大器和銑床模型機的工作原理及使用方法。3 繪制直線插補圖形。二、實驗設備銑床模型機三、實驗前準備1復習逐點比較法直線插補的工作原理。2了解功率放大器，銑床模型機的工作原理及接線方法。3熟悉基本運算電路。四、實驗原理圖1-1 逐點比較法第一象限直線插補流程圖- 6 -五、實驗步驟：以逐點比較法直線插補為例進行說明。（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，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；全加器和進位觸發(fā)器

8、；進給控制觸發(fā)器F10和其輸入、輸出電路；終點計數(shù)器；步長放大器及環(huán)形分配器組成的步長放大驅動電路。（3）單次脈沖演示以上各部分電路分別驗證正確后連接各部分，組成完整的插補運算電路，檢查無誤后按下列順序操作?，F(xiàn)以第一象限直線起點為坐標原點，終點為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端懸空實際上已經接至高電平（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)器置入終點步數(shù)7，e）使TG置l，啟動電路，f）按動單次脈沖產生CP信號這時電路開始手動單次運行。每產生10個CP脈沖，完成一次插補運算，第一次插補運算可按下表檢查各邏輯部件的狀態(tài)。連續(xù)產生手動脈沖，整個插補運算應符合下表。手動脈沖輸入方式，運算正常后，可進行連續(xù)脈沖運算。（4）連續(xù)脈沖運算演示- 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)運行中，對照運算表進行檢查F值，并觀察x、y進給

10、是否正確。 連續(xù)運算正常后，可以接上步長放大器驅動控制及銑床模型機，觀察插補運算中的軌跡描繪，見下一步驟。（5）直線插補軌跡描繪按圖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）的鈕子開關撥向左邊，其左側的波段按鈕撥向左邊。 b）接通電源。c）接通步進電機的驅動。d）接直線插補運算電路操作，CP接連續(xù)脈沖，電路啟動后，銑床模型機即描繪直線插補軌跡，步長可通過CP電位器調節(jié)，進給方向可通過環(huán)形分配器相應的正反轉開關改變。七、實驗結果（根據(jù)計算的插補過程和實際插補圖形進行分析）- 8 -實驗二 圓弧插補原理實驗一、實驗目的4 掌握圓弧插補工作原理。5 掌握功率放大器和銑床模型機的工作原理及使用方法。6 繪制圓弧插補圖形。二、實驗設備銑床模型機三、實驗前準備1復習圓弧插補的工作原理。2了解功率放大器，銑床模型機的