计算机控制技术chapter3

计算机控制技术的课件

第3章 数字程序控制技术3.1 数字程序控制基础

3.2 插补原理逐点比较法

陈静2004. 08

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概 述数字程序控制主要应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中。采用数字程 序控制的机床叫数控机床，它能加工形状复杂的零件、加工精度高、生 产效率高、便于改变加工零件品种等优点，是实现机床自动化的一个重 要发展方向。本章主要介绍数字程序控制基础、逐点比较法插补原理以 及作为数字程序控制系统输出装置的步进电机控制技术。

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3.1 数字程序控制基础数字程序控制，就是计算机根据输入的指令和信息，控制生 产机械按规定的工作程序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律 自动地完成工作的自动控制。世界上第一数控机床是1992年由MIT 伺服机构实验室开发出来的，主要的目的是为了满足高精度和高效 率加工复杂零件的需要一般来说，三维轮廓零件，即使二维轮廓零 件的加工也是很困难的 ，而数控机床则很容易实现早期的数控(NC) 以数字电路技术为基础，现在的数控(CNC)以计算技术为基础。数 控系统由输入装置、输出装置、控制器、插补器等四部分组成。

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3.1 数字程序控制基础3.1.1 数字程序控制原理 3.1.2 数字程序控制方式 3.1.3 开环数字程序控制

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3.1.1 数字程序控制原理这里以图3-1所示的平面曲线来说明数字程序控制控制的原理： 1. 可以根据曲线的形式将其分为三 段，显然ab、bc可用直线逼近， 而cd可用圆弧逼近。 2. 当给定a、b、c、d各点坐标x、y 值后可用插补的方法来求各中间 点的坐标。 3. 将插补运算过程中求出的各中间 点，以脉冲信号形式控制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出所 要求的轮廓。

y dC

a b x图3-1 曲线分段

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3.1.2 数字程序控制方式1.点位控制只要求控制刀具行程终点的坐标,不管过程。采用这种控制的有钻床、 镗床、冲床等。

2.直线切削控制除了控制行程终点的坐标外还要求刀具相对于工件平行某一直角坐 标轴作直线运动。采用这种控制的有铣床、车床、磨床等。

3.轮廓的切削控制能控制刀具沿工件轮廓曲线不停地运动，并将工件加工为某种形状， 它是借助于插补器来进行的。采用这种控制的有钻铣床、车床、磨床、 齿轮加工机床等。

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3.1.3 开环数字程序控制计算机数控系统主要分为开环数字程序控制与闭环数字程序控制， 由于它们的控制原理不同，因此其系统结构差异很大。

1.闭环数字程序控制如图3-2所示，这种结构的执行机构多采

用直流电机(小惯量伺服 电机和宽调速力矩电机)作为驱动元件，反馈测量元件采用光电编码器、 光栅、感应同步器等，该控制方式主要用于大型精密加工机床，但其结 构复杂，难于调整和维护，一些常规的数控系统很少采用。

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3.1.3 开环数字程序控制伺服电 机驱动 电路

计算机

D/A

伺服电机

工作台

测量元件

图3-2 闭环数字程序控制

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3.1.3 开环数字程序控制2.开环数字程序控制随着计算机技术的发展，开环数字程序控制得到了广泛的应用，如 各类数控机床、线切割机低速小型数字绘图仪等，它们都是利用开环数 字程序控制原理实现控制的设备。其结构如图3-3所示。步进电机 驱动电路

计算机

D/A

步进 电机

工作台

图3-3 开环数字程序控制

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3.1.3 开环数字程序控制2.开环数字程序控制这种结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机接 收驱动电路发来的指令作相应的运动，把刀具移动到与指令脉冲相当的 位置，至于刀具是否到达了指令脉冲规定的位置，它不作任何检查，因 此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电机和传动装置来决定。

开环控制结构简单、可靠性高、成本低、易于调整 和维护等，应用最为广泛。

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3.2 逐点比较法插补原理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 标比较，判断该点在轨迹的上(外) 或下(内),从而决定下步的进给方向。 若该点在给定点上(外),下一步就向下(内)走，若该点在给给定点下(内), 下一步就向上(外)走。如此走一步，比较一次，决定进给方向，逐步逼 近给定轨迹。逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的，它 与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差，为一个脉冲当量，因此只要 把脉冲当量取得足够小，就可达到加工精度的要求

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3.2 逐点比较法插补原理3.2.1 逐点比较法直线插补 3.2.2 逐点比较法圆弧插补

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3.2.1逐点比较法直线插补 3.2.1逐点比较法直线插补1.第1象限内的直线插补y A(xe,ye)

1) 偏差计算公式根据逐点比较法插补原理，必须把每一 ym 插值点的实际位置与给定轨迹的理想位置间 的误差，即偏差计算出来，根据偏差的正、 负决定下一步的走向来逼近给定轨迹。因此 偏差计算非常关键。如图3-4所示 显然三角 形MOXm相似于三角形AOXe由相似三角形原 0 理有： Xm/Ym=Xe/Ye 即 YmXe-XmYe=0 由此定义偏差公式为：Fm= YmXe-XmYe

m(xm,ym)

x xm

图3-4 第一象限直线

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3.2.1逐点比较法直线插补 3.2.1逐点比较法直线插补若Fm=0,表明点m在OA直线段上； 若Fm>0,表明

点m在OA直线段上方； 若Fm<0,表明点m在OA直线段下方。 则直线OA的插补原理是: 从起点出发，当若Fm>=0,沿+X方向走一步；当Fm<0时，沿 +Y方向走一步；两方向所走的步数与终点坐标(xe,ye)相等时，停 止插补。上面的Fm计算式比较复杂,可以考虑用递推公式： ① Fm>=0 xm+1=xm+1 ② Fm<0 xm+1=xm

ym+1=ym ym+1=ym+1

Fm+1=Fm-ye Fm+1=Fm+xe

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3.2.1逐点比较法直线插补 3.2.1逐点比较法直线插补2) 终点判断方法 逐点比较法的终点判断方法有多种，介绍两种: ① 设置Nx,Ny两个计数器，初值设为Xe,Ye在不同的坐轴进给时对应的计数器减 一，两个计数器均减到零时，到达终点。② 用一个计数器，初值设为Nxy=Xe+Ye, 无论在哪个坐标轴进 给，Nxy计数器减一，计数器减到零时，到达终点。 3) 插补计算过程 插补计算时，每走一步，都要进行四个步骤的插补计算过程，即偏差判断、 坐标进给、偏差计算、终点判断。

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3.2.1逐点比较法直线插补 3.2.1逐点比较法直线插补2.四个象限的直线插补不同象限的直线插补的偏差符号及坐标进给方向如图3-5所示。由 图3-5可以推导得出，四个象限直线插补的偏差计算公式和坐标进给方 向 …… 此处隐藏：1513字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……