【學習課件】第10章計算機數(shù)值控制系統(tǒng)

1、第10章 計算機數(shù)值控制系統(tǒng) 一、計算機數(shù)值控制基礎二、逐點比較法插補原理三、步進電機的控制技術編輯ppt一、計算機數(shù)值控制基礎 1. 計算機數(shù)值控制的基本概念 數(shù)值控制（Numerical Control，即NC，簡稱數(shù)控） ，就是將被加工的機械零件的相關要求，通過相應的數(shù)值計算結果，以數(shù)值形式來表示諸如形狀、尺寸、精度等信息，并將計算結果轉換成控制裝置所能夠接受的指令信號傳送到電子控制裝置，由該控制裝置驅動機床刀具（或工作臺、加工零件）等運動而加工出所要求的零件。計算機數(shù)值控制 （Computer Numerical Control ，即CNC）,將計算機與數(shù)值控制直接結合起來，由計算機完

2、成數(shù)值計算，并直接發(fā)出控制指令參與控制過程，也稱為數(shù)值程序控制。 編輯ppt一般地，所謂計算機數(shù)值程序控制，就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，通過相應的計算機程序控制生產(chǎn)機械（如各種加工機床）或繪圖儀等按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成相關工作的自動化控制方法。 計算機數(shù)值控制技術是現(xiàn)代制造技術（如柔性制造與計算機集成制造技術）的重要支撐技術。編輯ppt2. 數(shù)值控制基本原理 為了加工或繪制一條曲線，一般需要經(jīng)過以下步驟: 曲線分段 為數(shù)值計算的方便，將待加工曲線分為若干線段，既可以是直線段，也可以是曲線段 。插補計算 插補計算，就是由給定線段的基點坐標，求得該線段中

3、間點坐標的數(shù)值計算方法。插補計算的基本原則是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，而這些中間點的坐標值是以一定的精度逼近給定的線段。 理論上，插補的形式可用任意函數(shù)形式，但為了簡化插補運算過程和加快插補速度，常用的是直線插補和二次曲線插補兩種形式。編輯ppt折線逼近 把插補運算過程中定出的各中間點，以脈沖信號的形式去控制x、y方向上的步進電機，帶動繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。 每個脈沖驅動步進電機走一步為一個脈沖當量（mm脈沖），或步長，用x和y來表示，通常取xy。 顯然，步長越小，折線就越逼近于理想的直線段。 編輯ppt3. 計算機數(shù)值控制系統(tǒng)一般組成 一

4、個完整的計算機數(shù)值控制系統(tǒng)的一般 包括程序編制 、輸入裝置、數(shù)值控制裝置、伺服驅動與位置檢測、輔助控制裝置、機床本體等組成。編輯ppt4. 計算機數(shù)值控制系統(tǒng)的控制結構 開環(huán)數(shù)值控制 閉環(huán)數(shù)值控制半閉環(huán)數(shù)值控制 編輯ppt5. 數(shù)值控制系統(tǒng)的控制方式 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，不要求具體路徑、速度、方向等，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。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。輪廓的切削控制 能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不停地運動，并在運動過程中將工件加工成某

5、一形狀。這種方式借助于插補器，根據(jù)加工的工件輪廓向每一個坐標軸分配速度指令，以獲得圖紙坐標之間的中間點。編輯ppt二、逐點比較法插補原理定義 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，從而決定下一步的進給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向軌跡的外面走。這樣走一步、比較一次、決定下一步的走向，以便逼近給定軌跡，即“一步一比較，步步來逼近”，故稱為逐點比較插補。 主要類型 逐點比較直線插補 逐點比較圓弧插補編輯ppt1. 逐點比較法直線插補原理 偏差計算 根據(jù)逐點比較法插補原理，必須把每一插值點（動點）的

6、實際位置與給定軌跡的理想位置間的偏差計算出來，根據(jù)偏差的正、負決定下一步的走向，來逼近給定軌跡。因此，偏差計算是逐點比較法中關鍵的一個步驟。 第一象限內(nèi)直線插補 直線OA將第一象限平面分成兩個區(qū)域，三個點集:第一個點集，動點m在直線OA上，有 第二個點集，動點m 在直線OA上方，有 第三個點集，動點m”在直線OA下方，有 編輯ppt直線插補的偏差判別式 若Fm0，表明點m在OA直線上； Fm0，表明點m在OA直線上方； Fm0，表明點m在OA直線下方。第一象限直線插補規(guī)則 從直線的起點出發(fā)，當Fm0時，沿x軸方向走一步；當Fm0時，沿y方向走一步；當兩方向所走的步數(shù)與終點坐標（xe，ye）相等

7、時，發(fā)出終點到信號，停止插補。編輯ppt偏差判別式簡化 設加工點正處于m點。當Fm0時，表明m點在OA上或OA的上方，此時應沿x方向進給一步，走一步后新的坐標值為: 該點的偏差為：編輯ppt 同理，當Fm0時，應向y 方向進給一步，該點的坐標和偏差分別為：編輯ppt終點判斷方法 總步數(shù)法：設置一個終點計數(shù)器Nxy，寄存x、y兩個坐標方向進給的總步數(shù)，x 和 y 坐標每進給一步， Nxy就減1，直到Nxy 減到零，就達到終點。 終點坐標法：設置Nx、Ny兩個減法計數(shù)器，在加工開始前，在Nx、Ny計數(shù)器中分別存入終點坐標值xe、ye。加工時，x坐標每進給一步，就在Nx計數(shù)器中減去1，y坐標每進給一

8、步，就在Ny計數(shù)器中減去1，直到這兩個計數(shù)器中的數(shù)都減到零，就到達終點。 編輯ppt直線插補步驟 偏差判別：判斷上一步進給后的偏差是F0還是F0； 坐標進給：根據(jù)所在象限和偏差判別的結果，決定進給坐標軸及其方向； 偏差計算：計算進給一步后新的偏差，作為下一步進給的偏差判別依據(jù)； 終點判斷：進給一步后，終點計數(shù)器減1，判斷是否到達終點，到達終點則停止運算；若沒有到達終點，返回。如此不斷循環(huán)直到到達終點。 編輯ppt第一象限直線插補流程圖 編輯ppt 例10.1 設加工第一象限直線OA，起點坐標為O（0，0），終點坐標為A（6，4），試進行插補計算，并畫出其進給軌跡圖。 【解】 xe6，ye4，

9、進給總步數(shù): Nxy| 60 | 40 |10， F00， XOY =1 插補計算過程如下表所示： 編輯ppt直線插補過程步數(shù)偏差判別坐標進給偏差計算終點判斷起點 F00 Nxy101F00 x F1F0ye04=4 Nxy92F10y F2F1xe462 Nxy83F20 x F3F2ye24=2 Nxy74F30y F4F3xe264 Nxy65F40 x F5F4ye440 Nxy56F50 x F6F5ye04 =4 Nxy47F60y F7F6xe462 Nxy38F70 x F8F7ye24 =2 Nxy29F80y F9F8xe264 Nxy110F90 x F10F9ye44

10、=0 Nxy0編輯ppt進給軌跡如圖編輯ppt四象限的直線插補 不同象限直線插補的偏差符號和進給方向如圖 ；計算時，公式中的終點坐標值xe和ye均采用絕對值。 編輯ppt四象限的直線插補進給方向與偏差計算公式 編輯ppt四象限直線插補流程圖 編輯ppt2. 逐點比較法圓弧插補原理 第一象限逆圓弧插補原理（1）偏差計算公式將偏差判別式定義為Fm0 ，表明加工點m在圓弧上；Fm0 ，表明加工點m在圓弧外；Fm0 ，表明加工點m在圓弧內(nèi)。 編輯ppt（2）插補規(guī)則當Fm0時，向x軸方向進給一步，并計算新的偏差；當Fm0時，向y軸方向進給一步，并計算新的偏差；如此，一步步計算，一步步進給，并在到達終點

11、時停止。編輯ppt（3）偏差計算簡化當Fm0時，應沿x軸方向進給一步，到m1點，其坐標值為 新點的偏差為 同理，當Fm0時，新加工點的偏差為編輯ppt（4）第一象限逆圓弧插補步驟 偏差判別坐標進給偏差計算坐標計算終點判斷注意：與直線插補計算不同，圓弧插補在偏差計算的同時，要進行動點瞬時坐標值的計算，以便為下一點的偏差計算做好準備。編輯ppt第一象限逆圓弧插補的流程圖 編輯ppt 【解】 終點判斷采用總步數(shù)法 置F0 = 0，其插補計算過程如表所示 【例2】 設加工第一象限逆圓弧AB，已知圓弧的起點坐標為A（4，0），終點坐標為B（0，4），試進行插補計算并作出進給軌跡圖。步數(shù)偏差判別坐標進給偏

12、差計算坐標計算終點判別起點F00 x04，y00 Nxy81F00 xF1F02x017x1x013，y10 Nxy72F10y F2F12y116x23，y2y111 Nxy63F20y F3F22y213x33，y3y212 Nxy54F30y F4F32y312x43，y4y313 Nxy45F40 xF5F42x413x5x412，y53 Nxy36F50y F6F52y514x62，y6y514 Nxy27F60 x F7F62x611x7x611，y74 Nxy18F70 xF8F72x710 x8x710，y84 Nxy0編輯ppt進給軌跡圖 編輯ppt第一象限順圓弧插補原理 偏

13、差計算進給規(guī)則 若偏差Fm0，沿 y 軸方向進給一步，新加工點的坐標為 (xm , ym1) ，偏差為 若Fm0，向x軸方向進給一步，新加工點的坐標為(xm 1, ym) ，偏差為編輯ppt四象限圓弧插補 SR=順圓弧NR=逆圓弧四個象限圓弧插補的對稱關系 圓弧插補中，沿對稱軸的進給的方向相同，沿非對稱軸的進給的方向相反。編輯ppt偏差計算公式所有對稱圓弧的偏差計算公式，只要取起點坐標的絕對值，均與第一象限中的逆圓弧或順圓弧的偏差計算公式相同。 編輯ppt程序實現(xiàn)流程 其中，R 存放圓弧類型值。 所有坐標均采用絕對值參與運算 編輯ppt三、步進電機的控制技術1.步進電機工作原理三相反應式步進電

14、機結構示意圖 編輯ppt步進電機工作過程A相通電：A相磁極與1、3號齒對齊；B相通電：由于磁力線作用，B相磁極與2、4號齒對齊；C相通電：由于磁力線作用，C相磁極與1、3號齒對齊；A相通電：由于磁力線作用，A相磁極與2、4號齒對齊。編輯ppt種類 三相、四相、五相、六相 等。工作方式 單相通電、雙相通電、單相雙相交叉通電常用形式三相三拍（單三拍） ABCA，或 ACBA雙相三拍（雙三拍） ABBCCAAB 或 ACCBBAAC三相六拍 AABBBCCCAA 或 AACCCBBBAA步進電機工作方式編輯ppt步進電機步距角輸入一個電脈沖信號，轉子轉過的角度稱為步距角s ，對于步進電機的三相單三拍

15、工作方式，每切換一次通電狀態(tài)，轉子轉過的角度為1/3齒距角，經(jīng)過一個周期，轉子走了3步，轉過一個齒距角。 式中：Z轉子齒數(shù)； N步進電機工作拍數(shù)，NmK； m定子繞組相數(shù)； K與通電方式有關的系數(shù)， 單相通電方式 K1，單、雙相通電方式K2 編輯ppt2. 步進電機的計算機控制 步進電機控制系統(tǒng)一般組成 編輯ppt步進電機驅動電路 步進電機驅動電路的作用是將計算機輸出的控制脈沖進行功率放大，產(chǎn)生步進電機工作所需要的勵磁電流。 編輯ppt步進電機控制接口步進電機的脈沖分配 編輯ppt步進電機脈沖分配控制字 以x軸步進電機控制為例，假定PA0、PA1、PA2輸出為“1”時，相應的繞組通電，為“0”時斷電。對三相六拍控制方式，PA口按表的規(guī)律送出控制信號，就可以控制步進電機的各相繞組依此通電，從而控制步進電機按三相六拍方式正轉或反轉。步進電機的脈沖分配 存儲單元PA口輸出控制字ADX00000001ADX100000011ADX200000010ADX300000110ADX400000100ADX500000101編輯ppt以x軸為例步進電機的脈沖分配子程序 編輯ppt