第10章计算机数值控制系统

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1、School of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统第第10章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统 n n一、计算机数值控制根底一、计算机数值控制根底n n二、逐点比较法插补原理二、逐点比较法插补原理n n三、步进电机的控制技术三、步进电机的控制技术编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统一、计算机数值控制根底一、计算机数值控制根底 1.计算机数值控制的根本概念计算机数值控制的根本概念 数值控制数值控制Numerical Control，

2、即，即NC，简称数控，简称数控，就是将被加工的机械零件的相关要求，通，就是将被加工的机械零件的相关要求，通过相应的数值计算结果，以数值形式来表示诸过相应的数值计算结果，以数值形式来表示诸如形状、尺寸、精度等信息，并将计算结果转如形状、尺寸、精度等信息，并将计算结果转换成控制装置所能够接受的指令信号传送到电换成控制装置所能够接受的指令信号传送到电子控制装置，由该控制装置驱动机床刀具或子控制装置，由该控制装置驱动机床刀具或工作台、加工零件等运动而加工出所要求的工作台、加工零件等运动而加工出所要求的零件。零件。计算机数值控制计算机数值控制 Computer Numerical Control，即，即

3、CNC,将计算机与数值控制直接结合起来，将计算机与数值控制直接结合起来，由计算机完成数值计算，并直接发出控制指令由计算机完成数值计算，并直接发出控制指令参与控制过程，也称为数值程序控制。参与控制过程，也称为数值程序控制。编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统n一般地，所谓计算机数值程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，通过相应的计算机程序控制生产机械如各种加工机床或绘图仪等按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成相关工作的自动化控制方法。n 计算机数值控制技术是现代制造技术如柔性

4、制造与计算机集成制造技术的重要支撑技术。编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统2.数值控制根本原理数值控制根本原理 为了加工或绘制一条曲线，一般需要经过以下步骤:曲线分段 为数值计算的方便，将待加工曲线分为假设干线段，既可以是直线段，也可以是曲线段。插补计算 插补计算，就是由给定线段的基点坐标，求得该线段中间点坐标的数值计算方法。插补计算的根本原那么是通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。理论上，插补的形式可用任意函数形式，但为了简化插补运

5、算过程和加快插补速度，常用的是直线插补和二次曲线插补两种形式。编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统n折线逼近折线逼近 把插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号的形式去控制x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、刀具等，从而绘出图形或加工所要求的轮廓。每个脉冲驱动步进电机走一步为一个脉冲当量mm脉冲，或步长，用x和y来表示，通常取xy。显然，步长越小，折线就越逼近于理想的直线段。编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统3

6、.计算机数值控制系统一般组成计算机数值控制系统一般组成 n一个完整的计算机数值控制系统的一般 包括程序编制、输入装置、数值控制装置、伺服驱动与位置检测、辅助控制装置、机床本体等组成。编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统4.计算机数值控制系统的控制结构计算机数值控制系统的控制结构 n开环数值控制开环数值控制 n闭环数值控制闭环数值控制n半闭环数值控制半闭环数值控制 编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统5.数值控制系

7、统的控制方式数值控制系统的控制方式 n n点位控制点位控制点位控制点位控制 只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，不要求具体路径、速度、方向等，在移动过程中不做任何加工，只是在准确到达指定位置后才开始加工。n n直线切削控制直线切削控制直线切削控制直线切削控制 控制行程的终点坐标值，还要求刀具相对于工件平行某一坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。n n轮廓的切削控制轮廓的切削控制轮廓的切削控制轮廓的切削控制 能够控制刀具沿工件轮廓曲线不停地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式借助于插补器，根据加工的工件轮廓向每一个坐标轴分配速度指令，以获得图纸坐标之间的

8、中间点。编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统二、逐点比较法插补原理二、逐点比较法插补原理n定义定义 所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔所谓逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向轨迹的上方走，如果原来迹的下方，下一步就向轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向轨迹的外面走。在给定轨迹的里面，下一步就向轨迹的外面走。

9、这样走一步、比较一次、决定下一步的走向，以这样走一步、比较一次、决定下一步的走向，以便逼近给定轨迹，即便逼近给定轨迹，即“一步一比较，步步来逼近一步一比较，步步来逼近，故称为逐点比较插补。，故称为逐点比较插补。n主要类型主要类型n 逐点比较直线插补逐点比较直线插补 逐点比较圆弧插补逐点比较圆弧插补编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统1.逐点比较法直线插补原理逐点比较法直线插补原理 n偏差计算偏差计算 n 根据逐点比较法插根据逐点比较法插补原理，必须把每一插值补原理，必须把每一插值点动点的实际位置与点动点

10、的实际位置与给定轨迹的理想位置间的给定轨迹的理想位置间的偏差计算出来，根据偏差偏差计算出来，根据偏差的正、负决定下一步的走的正、负决定下一步的走向，来逼近给定轨迹。因向，来逼近给定轨迹。因此，偏差计算是逐点比较此，偏差计算是逐点比较法中关键的一个步骤。法中关键的一个步骤。n 第一象限内直线插补第一象限内直线插补 直线OA将第一象限平面分成两个区域，三个点集:第一个点集，动点第一个点集，动点m在直线在直线OA上，有上，有 第二个点集，动点第二个点集，动点m 在直线在直线OA上方，有上方，有 第三个点集，动点第三个点集，动点m在直线在直线OA下方，有下方，有 编辑pptSchool of Auto

11、mation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统直线插补的偏差判别式直线插补的偏差判别式直线插补的偏差判别式直线插补的偏差判别式 假设假设Fm0，说明点，说明点m在在OA直线上；直线上；Fm0，说明点，说明点m在在OA直线上方；直线上方；Fm0，说明点，说明点m在在OA直线下方。直线下方。第一象限直线插补规那么第一象限直线插补规那么第一象限直线插补规那么第一象限直线插补规那么 从直线的起点出发，当从直线的起点出发，当从直线的起点出发，当从直线的起点出发，当Fm0Fm0时，沿时，沿时，沿时，沿x x轴方向走轴方向走轴方向走轴方向走一步；当一步；当一步；当

12、一步；当FmFm0 0时，沿时，沿时，沿时，沿y y方向走一步；当两方向所走方向走一步；当两方向所走方向走一步；当两方向所走方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐标的步数与终点坐标的步数与终点坐标的步数与终点坐标xexe，yeye相等时，发出终点到信相等时，发出终点到信相等时，发出终点到信相等时，发出终点到信号，停止插补。号，停止插补。号，停止插补。号，停止插补。编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统偏差判别式简化偏差判别式简化偏差判别式简化偏差判别式简化 设加工点正处于设加工点正处于设加工点正处于设加工

13、点正处于mm点。当点。当点。当点。当Fm0Fm0时，说明时，说明时，说明时，说明mm点在点在点在点在OAOA上或上或上或上或OAOA的上方，此时应沿的上方，此时应沿的上方，此时应沿的上方，此时应沿x x方向进给一步，走方向进给一步，走方向进给一步，走方向进给一步，走一步后新的坐标值为一步后新的坐标值为一步后新的坐标值为一步后新的坐标值为:该点的偏差为：编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统 同理，当Fm0时，应向y 方向进给一步，该点的坐标和偏差分别为：编辑pptSchool of Automation

14、Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统n终点判断方法终点判断方法 总步数法：设置一个终点计数器Nxy，存放x、y两个坐标方向进给的总步数，x 和 y 坐标每进给一步，Nxy就减1，直到Nxy 减到零，就到达终点。终点坐标法终点坐标法终点坐标法终点坐标法：设置Nx、Ny两个减法计数器，在加工开始前，在Nx、Ny计数器中分别存入终点坐标值xe、ye。加工时，x坐标每进给一步，就在Nx计数器中减去1，y坐标每进给一步，就在Ny计数器中减去1，直到这两个计数器中的数都减到零，就到达终点。编辑pptSchool of Automation Engineering第第

15、1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统n直线插补步骤直线插补步骤 偏差判别：判断上一步进给后的偏差是偏差判别：判断上一步进给后的偏差是F0还是还是F0；坐标进给：根据所在象限和偏差判别的结果，决定坐标进给：根据所在象限和偏差判别的结果，决定进给坐标轴及其方向；进给坐标轴及其方向；偏差计算：计算进给一步后新的偏差，作为下一步偏差计算：计算进给一步后新的偏差，作为下一步进给的偏差判别依据；进给的偏差判别依据；终点判断：进给一步后，终点计数器减终点判断：进给一步后，终点计数器减1，判断是否，判断是否到达终点，到达终点那么停止运算；假设没有到达终到达终点，到达终点那么停止运算；假设没有到达

16、终点，返回点，返回。如此不断循环直到到达终点。如此不断循环直到到达终点。编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统第一象限直线插补流程图 编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统 例例10.1 设加工第一象限直线设加工第一象限直线OA，起点，起点坐标为坐标为O0，0，终点坐标为，终点坐标为A6，4，试进行插补计算，并画出其进给轨迹图。试进行插补计算，并画出其进给轨迹图。【解解解解】xe6，ye4，进给总步数:Nxy|60|40|10，F00，XOY=1 插补计算过程如下表所示：编辑pptSchool of Automation Engineering第第1010章章 计算机数值控制系统计算机数值控制系统直线插补过程步数步数偏差判别偏差判别坐标进给坐标进给偏差计算偏差计算终点判断终点判断起点起点 F00 Nxy101F00 x F1F0ye04=4 Nxy92F10y F2F1xe462 Nxy83F20 x F3F