1、第三章 數(shù)字程序控制技術(shù),數(shù)控是采用數(shù)字電子技術(shù)和計算機技術(shù)，對生產(chǎn)機械進行自動控制的系統(tǒng)，它包括順序控制和數(shù)字程序控制兩部分,順序控制：把按時序或事序規(guī)定工作的自動控制稱為順序控制,數(shù)字程序控制：計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機械（如各種加工機械）按照規(guī)定的順序，運動軌跡，運動距離和運動速度等規(guī)律自動的完成工作的自動控制,第三章 數(shù)字程序控制技術(shù),順序控制的特點,1)控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號都是開關(guān)量信號。 (2)順序控制系統(tǒng)控制生產(chǎn)機械依次順序動作，動作的轉(zhuǎn)換是根據(jù)現(xiàn)場輸入信號的邏輯判斷或時序的判斷來決定的。 (3)為了保證系統(tǒng)可靠的工作，有的系統(tǒng)中，需增加檢測機構(gòu)及顯示和報警電路,

2、第三章 數(shù)字程序控制技術(shù),數(shù)字程序控制主要用于機床的自動控制，如用于銑床，車床，加工中心，線切割機以及焊接機，氣割機等的自動控制系統(tǒng)中。采用數(shù)字程序控制的機床叫做數(shù)控機床,數(shù)控機床具有能夠加工形狀復雜的零件，加工精度高，生產(chǎn)效率高等特點，是實現(xiàn)機床自動化的一個重要的發(fā)展方向,第三章 數(shù)字程序控制技術(shù),鉆床：在金屬或其他材料的零件上加工圓孔用的機床。工件不動，刀具一面旋轉(zhuǎn)，一面推進。最常用的有立式鉆床，旋臂鉆床等,鏜床：用來加工工件上孔眼的機床。工件固定在工作臺上，刀具裝在旋轉(zhuǎn)的金屬桿上，伸進工件的孔眼里進行切削，使原有的孔眼擴大，光滑而精確,沖床：用沖壓的方法使金屬板成形或在金屬板上沖孔的加工

3、機器。汽車外殼和酒瓶瓶蓋等就是用沖床加工制成的,第三章 數(shù)字程序控制技術(shù),銑床：切削金屬用的一種機床。裝有棒狀或者盤狀的多刃刀具，用來加工平面，曲面和各種凹槽。工作時刀具旋轉(zhuǎn)，工件移動著跟刀具接觸。種類很多，如立式銑床，萬能臥式銑床等,刨床：用于金屬材料的平面加工和各種直線的成型面的加工的一種機床。龍門刨，牛頭刨,車床：最常用的一種金屬切削機床。主要用來做內(nèi)圓，外圓和螺紋等成型面的加工。工作時工件旋轉(zhuǎn)，車刀移動著進行切削。也叫旋床,磨床：裝有高速旋轉(zhuǎn)的砂輪，用來磨制工件表面的機床，作用是使工件表明光潔，提高零件的精確度,第三章 數(shù)字程序控制技術(shù),3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),3.2 逐點比較法插補

4、原理,3.3 步進電機控制技術(shù),3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),1952年，美國麻省理工學院（MIT）伺服機構(gòu)實驗室，為了滿足高精度和高效率的加工復雜零件的需要，設(shè)計出第一臺數(shù)控機床,早期的數(shù)控（NC: Numerical Control）機床是以數(shù)字電路技術(shù)為基礎(chǔ)來實現(xiàn)的。70年代初期在數(shù)控系統(tǒng)中利用了計算機來實現(xiàn)控制，從而誕生了計算機數(shù)控（CNC,3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),它是通過軟件實現(xiàn)控制，要想改變控制功能，只需改變相應的控制程序，硬件電路不作或只作極少改動，所以通用性和靈活性都很好,3.1.1 微機數(shù)控系統(tǒng)的組成,當CNC系統(tǒng)中的計算機采用微機時，就成為微機數(shù)控(MNC)系統(tǒng),3.1 數(shù)字

5、程序控制基礎(chǔ),3.1.1 微機數(shù)控系統(tǒng)的組成,3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),輸入裝置：指微機的輸入設(shè)備，如鍵盤,微機：微機數(shù)控系統(tǒng)運算和控制的核心,輸出裝置：包括輸出緩沖電路、隔離電路、輸出信號功率放大器、各種顯示設(shè)備等,伺服機構(gòu)：包括各種伺服元件和功率驅(qū)動元件,加工機械：數(shù)控系統(tǒng)的控制對象，各種機床、織機等,3.1.2 微機數(shù)控系統(tǒng)的分類,3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),1 按控制對象的運動軌跡分類（按控制方式,1）點位控制,2）直線切削控制,3）輪廓切削控制,2 按對伺服機構(gòu)的控制方式分類,1）閉環(huán)數(shù)字程序控制,2）開環(huán)數(shù)字程序控制,3.1.3 數(shù)字程序控制原理,3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),3.1.3

6、 數(shù)字程序控制原理,插補（插值）：求取曲線中間各個點的數(shù)值計算方法稱為插值或者插補,插補計算就是按照給定的基本數(shù)據(jù)（如直線或圓弧的起點和終點坐標），插補（插值）其中間的坐標數(shù)據(jù)，從而把曲線形狀描述出來的一種計算,插補計算的宗旨是通過給定的基點坐標，以一定的速度連續(xù)的定出一系列中間點，這些中間點的坐標值是以一定的精度逼進給定的線段,3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),3.1.3 數(shù)字程序控制原理,把插補運算過程中定出的各個中間點，以脈沖信號形式去控制x，y方向上的步進電機，帶動繪圖筆，刀具等，從而繪出圖形或者加工出所要求的輪廓來。這里的每一個脈沖信號代表步進電機走一步，即繪圖筆或刀具在x或y方向上移動一個

7、位置。對應于每一個脈沖移動的相對位置稱為脈沖當量，也稱為步長，常用 來表示，并且總是規(guī)定,3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),3.1.3 數(shù)字程序控制原理,x方向和y方向應移動 的總步數(shù),3.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ),3.2 逐點比較法插補原理,逐點比較法：走一走，看一看，比一比,3.2.1 逐點比較法直線插補,3.2.2 逐點比較法圓弧插補,3. 2 逐點比較法插補原理,3.2.1 逐點比較法直線插補,3. 2 逐點比較法插補原理,直線的斜率,當某一時刻加工點到達M(Xm,Ym)點時， 則直線OM的斜率為,3.2.1 逐點比較法直線插補,3. 2 逐點比較法插補原理,F=0，M點在直線OE上； F0，M點

8、在直線OE上方； F0， M點在直線OE下方,3.2.1 逐點比較法直線插補,偏差可表示為,當Fm=0時，M點在直線OE上，此時沿+x軸方向進給一步；當Fm0時，M點在直線OE的上方，沿+x軸方向進給一步；當Fm0時，M點在直線OE的下方，沿+y軸方向進給一步,按照上式計算偏差，要做兩次乘法，一次減法，比較麻煩，因此需要進一步簡化，也是為了便于編程，得到偏差計算的遞推公式,3. 2 逐點比較法插補原理,3.2.1 逐點比較法直線插補,2）Fm0，向+y軸方向進給一步，新坐標,則,則偏差為,1）Fm0，向+x軸方向進給一步，新坐標,則,則偏差為,3. 2 逐點比較法插補原理,3.2.1 逐點比較

9、法直線插補,1 設(shè)置兩個計數(shù)器Nx和Ny，分別對x坐標方向和y坐標方向的總步數(shù)進行計數(shù)。每走一步，相應計數(shù)器減一，直到兩個均為零為止,如何判斷是否已經(jīng)走到終點,3. 2 逐點比較法插補原理,2 設(shè)置一個計數(shù)器Nxy，對x坐標方向和y坐標方向的總步數(shù)之和進行計數(shù)。每走一步，計數(shù)器減一，直到為零為止,3.2.1 逐點比較法直線插補,直線插補的步驟,1)偏差判別：即判別上一次進給后的偏差值Fm是最大于等于零，還是小于零,2)坐標進給：即根據(jù)偏差判斷的結(jié)果決定進給方向，并在該方向上進給一步,3)偏差計算：即計算進給后的新偏差值Fm+1，作為下一步偏差判別的依據(jù),4)終點判別：即若已到達終點，則停止插補

10、；若未到達終點，則重復上述步驟,3. 2 逐點比較法插補原理,3.2.1 逐點比較法直線插補,第一象限直線插補的幾個思考問題,3. 2 逐點比較法插補原理,1 每走一步，橫坐標或者縱坐標總有一個是增加的么,2 第一步,起始點在原點時，F(xiàn)m=0，必須是橫坐標方向（X）先走么,3 有無可能在某一個方向連著走幾步 ,4 有無更簡單的直線插補方法，節(jié)省所走的步數(shù),3.2.1 逐點比較法直線插補,直線插補計算舉例： 例3.1 設(shè)加工第一象限直線OA，起點為(0，0)，終點坐標為(6，4)試進行插補計算，并作出走步軌跡圖,3. 2 逐點比較法插補原理,思路：首先確定終點在哪個象限；其次計算出總步數(shù)為多少；

11、按照四步計算過程(偏差判別，坐標進給，偏差計算，終點判斷)來計算各步的走向；最后繪出走步軌跡圖,3.2.1 逐點比較法直線插補,3. 2 逐點比較法插補原理,3.2.2 逐點比較法圓弧插補,3. 2 逐點比較法插補原理,若Fm=0，則表明加工點M在圓弧上；Fm0，表明加工點在圓弧外；Fm0，表明加工點在圓弧內(nèi)。為了使新的加工點逼近給定圓弧，對于SR1，進給方向應為：當Fm0時，應向-y軸方向進給一步；當Fm0時，應向+x方向進給一步,3.2.2 逐點比較法圓弧插補,3. 2 逐點比較法插補原理,若Fm0，則應沿-y軸方向走一步，新加工點的偏差為： 若Fm0，則應沿+x軸走一步，新加工點的偏差為

12、：,3.2.2 逐點比較法圓弧插補,圓弧插補的步驟,1) 偏差判別,2) 坐標進給,3) 偏差計算,5) 終點判別,4) 坐標計算,3. 2 逐點比較法插補原理,3.2.2 逐點比較法圓弧插補,四象限圓弧插補公式（P85,3. 2 逐點比較法插補原理,3.3 步進電機控制技術(shù),步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu),3.3.1 步進電機的工作原理,3.3.2 步進電機的工作方式,3.3.3 步進電機控制接口及輸出字表,3.3.4 步進電機控制程序,3.3.1 步進電機的工作原理,3. 3 步進電機控制方式,步進電機，又叫脈沖電機，它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的機電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。步進電

13、機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機控制線路接收計算機發(fā)來的脈沖指令，控制步進電機作相應的轉(zhuǎn)動，來帶動機床的工作臺或刀具,3.3.1 步進電機的工作原理,3. 3 步進電機控制方式,3.3.1 步進電機的工作原理,3. 3 步進電機控制方式,步距角,齒距角,N是步進電機的工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù),3.3.2 步進電機的工作方式,1 單三拍工作方式 ABCA,2 雙三拍工作方式 ABBCCAAB,3 三相六拍工作方式 AABBBCCCAA,3. 3 步進電機控制方式,3.3.3 步進電機控制技術(shù),1 步進電機控制接口及輸出字表,2 步進電機控制程序,本章重點,1 數(shù)字控制技術(shù)原理。 2 逐點比較法直線插補原理及計算。 3 步進電機原理及控制方式,本章作業(yè)：P99 3.1,3.2,3.4,3.5,3.6,1 什么是數(shù)字程序控制？數(shù)字程序控制有哪幾種方式？ 2 什么是逐點比較插補法？