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1、第三章 数字程序控制技术,数控是采用数字电子技术和计算机技术，对生产机械进行自动控制的系统，它包括顺序控制和数字程序控制两部分。,顺序控制：把按时序或事序规定工作的自动控制称为顺序控制。,数字程序控制：计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种加工机械）按照规定的顺序，运动轨迹，运动距离和运动速度等规律自动的完成工作的自动控制。,第三章 数字程序控制技术,顺序控制的特点：,(1)控制系统的输入和输出信号都是开关量信号。 (2)顺序控制系统控制生产机械依次顺序动作，动作的转换是根据现场输入信号的逻辑判断或时序的判断来决定的。 (3)为了保证系统可靠的工作，有的系统中，需增加检测机构及显示和
2、报警电路。,第三章 数字程序控制技术,数字程序控制主要用于机床的自动控制，如用于铣床，车床，加工中心，线切割机以及焊接机，气割机等的自动控制系统中。采用数字程序控制的机床叫做数控机床。,数控机床具有能够加工形状复杂的零件，加工精度高，生产效率高等特点，是实现机床自动化的一个重要的发展方向。,第三章 数字程序控制技术,钻床：在金属或其他材料的零件上加工圆孔用的机床。工件不动，刀具一面旋转，一面推进。最常用的有立式钻床，旋臂钻床等。,镗床：用来加工工件上孔眼的机床。工件固定在工作台上，刀具装在旋转的金属杆上，伸进工件的孔眼里进行切削，使原有的孔眼扩大，光滑而精确。,冲床：用冲压的方法使金属板成形或
3、在金属板上冲孔的加工机器。汽车外壳和酒瓶瓶盖等就是用冲床加工制成的。,第三章 数字程序控制技术,铣床：切削金属用的一种机床。装有棒状或者盘状的多刃刀具，用来加工平面，曲面和各种凹槽。工作时刀具旋转，工件移动着跟刀具接触。种类很多，如立式铣床，万能卧式铣床等。,刨床：用于金属材料的平面加工和各种直线的成型面的加工的一种机床。龙门刨，牛头刨。,车床：最常用的一种金属切削机床。主要用来做内圆，外圆和螺纹等成型面的加工。工作时工件旋转，车刀移动着进行切削。也叫旋床。,磨床：装有高速旋转的砂轮，用来磨制工件表面的机床，作用是使工件表明光洁，提高零件的精确度。,第三章 数字程序控制技术,3.1 数字程序控
4、制基础,3.2 逐点比较法插补原理,3.3 步进电机控制技术,3.1 数字程序控制基础,1952年，美国麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室，为了满足高精度和高效率的加工复杂零件的需要，设计出第一台数控机床。,早期的数控（NC: Numerical Control）机床是以数字电路技术为基础来实现的。70年代初期在数控系统中利用了计算机来实现控制，从而诞生了计算机数控（CNC）。,3.1 数字程序控制基础,它是通过软件实现控制，要想改变控制功能，只需改变相应的控制程序，硬件电路不作或只作极少改动，所以通用性和灵活性都很好。,3.1.1 微机数控系统的组成,当CNC系统中的计算机采用微机时，就成
5、为微机数控(MNC)系统。,3.1 数字程序控制基础,3.1.1 微机数控系统的组成,3.1 数字程序控制基础,输入装置：指微机的输入设备，如键盘。,微机：微机数控系统运算和控制的核心。,输出装置：包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等。,伺服机构：包括各种伺服元件和功率驱动元件。,加工机械：数控系统的控制对象，各种机床、织机等。,3.1.2 微机数控系统的分类,3.1 数字程序控制基础,1 按控制对象的运动轨迹分类（按控制方式）,（1）点位控制,（2）直线切削控制,（3）轮廓切削控制,2 按对伺服机构的控制方式分类,（1）闭环数字程序控制,（2）开环数字程序控制,3.
6、1.3 数字程序控制原理,3.1 数字程序控制基础,3.1.3 数字程序控制原理,插补（插值）：求取曲线中间各个点的数值计算方法称为插值或者插补。,插补计算就是按照给定的基本数据（如直线或圆弧的起点和终点坐标），插补（插值）其中间的坐标数据，从而把曲线形状描述出来的一种计算。,插补计算的宗旨是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续的定出一系列中间点，这些中间点的坐标值是以一定的精度逼进给定的线段。,3.1 数字程序控制基础,3.1.3 数字程序控制原理,把插补运算过程中定出的各个中间点，以脉冲信号形式去控制x，y方向上的步进电机，带动绘图笔，刀具等，从而绘出图形或者加工出所要求的轮廓来。这里的每
7、一个脉冲信号代表步进电机走一步，即绘图笔或刀具在x或y方向上移动一个位置。对应于每一个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量，也称为步长，常用 来表示，并且总是规定 。,3.1 数字程序控制基础,3.1.3 数字程序控制原理,x方向和y方向应移动 的总步数 ：,3.1 数字程序控制基础,3.2 逐点比较法插补原理,逐点比较法：走一走，看一看，比一比,3.2.1 逐点比较法直线插补,3.2.2 逐点比较法圆弧插补,3. 2 逐点比较法插补原理,3.2.1 逐点比较法直线插补,3. 2 逐点比较法插补原理,直线的斜率：,当某一时刻加工点到达M(Xm,Ym)点时， 则直线OM的斜率为,3.2.1 逐点比较法
8、直线插补,3. 2 逐点比较法插补原理,F=0，M点在直线OE上； F0，M点在直线OE上方； F0， M点在直线OE下方。,3.2.1 逐点比较法直线插补,偏差可表示为 ：,当Fm=0时，M点在直线OE上，此时沿+x轴方向进给一步；当Fm0时，M点在直线OE的上方，沿+x轴方向进给一步；当Fm0时，M点在直线OE的下方，沿+y轴方向进给一步。,按照上式计算偏差，要做两次乘法，一次减法，比较麻烦，因此需要进一步简化，也是为了便于编程，得到偏差计算的递推公式。,3. 2 逐点比较法插补原理,3.2.1 逐点比较法直线插补,（2）Fm0，向+y轴方向进给一步，新坐标：,则：,则偏差为 ：,（1）F
9、m0，向+x轴方向进给一步，新坐标：,则：,则偏差为 ：,3. 2 逐点比较法插补原理,3.2.1 逐点比较法直线插补,1 设置两个计数器Nx和Ny，分别对x坐标方向和y坐标方向的总步数进行计数。每走一步，相应计数器减一，直到两个均为零为止。,如何判断是否已经走到终点？,3. 2 逐点比较法插补原理,2 设置一个计数器Nxy，对x坐标方向和y坐标方向的总步数之和进行计数。每走一步，计数器减一，直到为零为止。,3.2.1 逐点比较法直线插补,直线插补的步骤 ：,(1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零；,（2)坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向
10、上进给一步；,(3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据；,(4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。,3. 2 逐点比较法插补原理,3.2.1 逐点比较法直线插补,第一象限直线插补的几个思考问题：,3. 2 逐点比较法插补原理,1 每走一步，横坐标或者纵坐标总有一个是增加的么？,2 第一步,起始点在原点时，Fm=0，必须是横坐标方向（X）先走么？,3 有无可能在某一个方向连着走几步 ？,4 有无更简单的直线插补方法，节省所走的步数？,3.2.1 逐点比较法直线插补,直线插补计算举例： 例3.1 设加工第一象限直线OA，起点为(0，
11、0)，终点坐标为(6，4)试进行插补计算，并作出走步轨迹图。,3. 2 逐点比较法插补原理,思路：首先确定终点在哪个象限；其次计算出总步数为多少；按照四步计算过程(偏差判别，坐标进给，偏差计算，终点判断)来计算各步的走向；最后绘出走步轨迹图。,3.2.1 逐点比较法直线插补,3. 2 逐点比较法插补原理,3.2.2 逐点比较法圆弧插补,3. 2 逐点比较法插补原理,若Fm=0，则表明加工点M在圆弧上；Fm0，表明加工点在圆弧外；Fm0，表明加工点在圆弧内。为了使新的加工点逼近给定圆弧，对于SR1，进给方向应为：当Fm0时，应向-y轴方向进给一步；当Fm0时，应向+x方向进给一步。,3.2.2
12、逐点比较法圆弧插补,3. 2 逐点比较法插补原理,若Fm0，则应沿-y轴方向走一步，新加工点的偏差为： 若Fm0，则应沿+x轴走一步，新加工点的偏差为： ，,3.2.2 逐点比较法圆弧插补,圆弧插补的步骤 ：,(1) 偏差判别,(2) 坐标进给,(3) 偏差计算,(5) 终点判别,(4) 坐标计算,3. 2 逐点比较法插补原理,3.2.2 逐点比较法圆弧插补,四象限圆弧插补公式（P85）,3. 2 逐点比较法插补原理,3.3 步进电机控制技术,步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。,3.3.1 步进电机的工作原理,3.3.2 步进电机的工作方式,3.3.3 步进电机控制接口及输出字表,
13、3.3.4 步进电机控制程序,3.3.1 步进电机的工作原理,3. 3 步进电机控制方式,步进电机，又叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电式数模转换器。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机控制线路接收计算机发来的脉冲指令，控制步进电机作相应的转动，来带动机床的工作台或刀具。,3.3.1 步进电机的工作原理,3. 3 步进电机控制方式,3.3
14、.1 步进电机的工作原理,3. 3 步进电机控制方式,步距角：,齿距角：,N是步进电机的工作拍数，Z是转子的齿数。,3.3.2 步进电机的工作方式,1 单三拍工作方式 ABCA,2 双三拍工作方式 ABBCCAAB,3 三相六拍工作方式 AABBBCCCAA,3. 3 步进电机控制方式,3.3.3 步进电机控制技术,1 步进电机控制接口及输出字表,2 步进电机控制程序,本章重点：,1 数字控制技术原理。 2 逐点比较法直线插补原理及计算。 3 步进电机原理及控制方式。,本章作业：P99 3.1,3.2,3.4,3.5,3.6,1 什么是数字程序控制？数字程序控制有哪几种方式？ 2 什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？ 3 若加工第三象限直线OA，起点O（0，0），终点A（3，4）。要求：（1）按逐点比较法插补进行列表计算；（2）作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。 4若加工第一象限逆圆弧，七点A（3，0），终点B（0，3）。要求：（1）按逐点比较法插补进行列表计算；（2）作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。 5 三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图。,
