數(shù)字程序控制技術(shù)演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有58頁\編輯于星期三1優(yōu)選數(shù)字程序控制技術(shù)現(xiàn)在是2頁\一共有58頁\編輯于星期三2

計算機數(shù)字程序控制(CNC)---計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機械（如各種加工機床）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)律自動地完成工作的自動控制。數(shù)字程序控制主要應(yīng)用于機床控制,采用數(shù)字程序控制系統(tǒng)的機床叫做數(shù)控機床。組成:數(shù)字程序控制系統(tǒng)由輸入裝置,輸出裝置,控制器和插補器等四大部分組成。其中,控制器和插補器功能以及部分輸入輸出功能由計算機承擔(dān)?，F(xiàn)在是3頁\一共有58頁\編輯于星期三33.1.1數(shù)字程序控制原理基本思路：－逐點輸入加工軌跡的坐標(biāo)不現(xiàn)實。－數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線基點和曲線屬性）擬合加工輪廓。－輸出裝置為步進電機，驅(qū)動每個軸以一定距離的步長運動，實際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑曲線。現(xiàn)在是4頁\一共有58頁\編輯于星期三4

步驟：1.曲線分段：

－圖中曲線分為三段，分別為ab、bc、cd，a、b、c、d四點坐標(biāo)送計算機。

－分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)?，F(xiàn)在是5頁\一共有58頁\編輯于星期三5

2.插補計算：插補計算：

給定曲線基點坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計算方法。插補計算原則：通過給定的基點坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點，這些中間點的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。插補：

直線插補是指在給定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近，

二次曲線插補是指在給定的兩個基點之間用一條近似曲線來逼近－圓弧、拋物線、雙曲線

3.折線逼近：根據(jù)插補計算出的中間點、產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動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。現(xiàn)在是6頁\一共有58頁\編輯于星期三6－步長：刀具對應(yīng)于每個脈沖移動的相對位置，可以用△x,△y表示，一般△x＝

△y x方向步數(shù)：Nx＝(xe-x0)/△x y方向步數(shù)：Ny＝(ye-y0)/△y現(xiàn)在是7頁\一共有58頁\編輯于星期三73.1.2數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制的3種方式：點位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。點位控制

－只要求控制刀具行程終點的坐標(biāo)值，即工件加工點準(zhǔn)確定位，對刀具的移動路徑、移動速度、移動方向不作規(guī)定，且在移動過程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達指定位置后才開始加工。（定位）直線切削控制

－控制行程的終點坐標(biāo)值，還要求刀具相對于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運動，且在運動過程中進行切削加工。（單軸切削）現(xiàn)在是8頁\一共有58頁\編輯于星期三8輪廓的切削控制

－控制刀具沿工件輪廓曲線運動，并在運動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補器進行。（多軸切削）三種方式比較

點位控制：驅(qū)動電路簡單，無需插補

直線切削控制：驅(qū)動電路復(fù)雜，無需插補

輪廓切削控制：驅(qū)動電路復(fù)雜，需插補

現(xiàn)在是9頁\一共有58頁\編輯于星期三93.1.3數(shù)字程序控制閉環(huán)方式

這種結(jié)構(gòu)的執(zhí)行機構(gòu)多采用直流電機（小慣量伺服電機和寬調(diào)速力矩電機）作為驅(qū)動元件，反饋測量元件采用光電編碼器（碼盤）、光柵、感應(yīng)同步器等，該控制方式主要用于大型精密加工機床，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于調(diào)整和維護，一些常規(guī)的數(shù)控系統(tǒng)很少采用現(xiàn)在是10頁\一共有58頁\編輯于星期三10開環(huán)方式這種控制結(jié)構(gòu)沒有反饋檢測元件，工作臺由步進電機驅(qū)動。步進電機接收步進電機驅(qū)動電路發(fā)來的指令脈沖作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，把刀具移動到與指令脈沖相當(dāng)?shù)奈恢?，至于刀具是否到達了指令脈沖規(guī)定的位置，那是不受任何檢查的，因此這種控制的可靠性和精度基本上由步進電機和傳動裝置來決定。由于采用了步進電機作為驅(qū)動元件，使得系統(tǒng)的可控性變得更加靈活，更易于實現(xiàn)各種插補運算和運動軌跡控制。本章主要是討論開環(huán)數(shù)字程序控制技術(shù)。

現(xiàn)在是11頁\一共有58頁\編輯于星期三113.2逐點比較法插補原理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(biāo)值進行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進給方向。如果原來在給定軌跡的下方，下一步就向給定軌跡的上方走，如果原來在給定軌跡的里面，下一步就向給定軌跡的外面走，…。如此，走一步、看一看，比較一次，決定下一步走向，以便逼近給定軌跡，即形成逐點比較插補。逐點比較法是以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線的，它與規(guī)定的加工直線或圓弧之間的最大誤差為一個脈沖當(dāng)量，因此只要把脈沖當(dāng)量（每走一步的距離即步長）取得足夠小，就可達到加工精度的要求。

走一步->比較一次->決定下一步的走向

－逐點比較法的最大誤差：一個脈沖當(dāng)量（步長）

現(xiàn)在是12頁\一共有58頁\編輯于星期三123.2.1逐點比較法直線插補插補步驟：

偏差判別->坐標(biāo)進給->偏差計算->終點判斷

走一步->比較一次->決定下一步的走向

插補結(jié)束判斷

現(xiàn)在是13頁\一共有58頁\編輯于星期三13第一象限內(nèi)的直線插補

－偏差計算式：

在第一象限想加工出直線段OA，取直線段的起點為坐標(biāo)原點，直線段終點坐標(biāo)(xe，ye)是已知的。點m(xm,ym)為加工點（動點），若點m在直線段OA上，則有xm/ym=xe/ye

即ymxe-xmye＝0

于是取偏差計算式為Fm=ymxe-xmye

現(xiàn)在是14頁\一共有58頁\編輯于星期三14

－偏差判別：

偏差判別式：

若Fm=0，則點m在OA直線段上；

若Fm>0，則點m在OA直線段的上方；

若Fm<0，則點m在OA直線段的下方。

進給方向確定：

當(dāng)Fm>=0時，沿+x軸方向走一步；

當(dāng)Fm<0，沿+y方向走一步；

當(dāng)目前坐標(biāo)與終點坐標(biāo)相等，停止插補?，F(xiàn)在是15頁\一共有58頁\編輯于星期三15

－偏差計算的簡化：

（1）設(shè)加工點在m點，若Fm>=0，這時沿+x軸方向走一步至m＋1點。(xm+1，ym+1)=(xm+1,ym) Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=ymxe-(xm+1)ye =ymxe-xmye-ye=Fm–ye

（2）設(shè)加工點在m點，若Fm<0，這時沿+y軸方向走一步至m＋1點。

推理有Fm+1=Fm+xe

現(xiàn)在是16頁\一共有58頁\編輯于星期三16

偏差計算簡化為：

若m為起點0，則Fm=F0=0；

否則

：若Fm>=0，F(xiàn)m+1=Fm–ye

若Fm<0，F(xiàn)m+1=Fm+xe

－終點判斷：

方法1：設(shè)置x，y軸兩個減法計數(shù)器Nx和Ny

，加工前分別存入終點坐標(biāo)xe和ye，x(y)軸每進給一步則Nx–1(Ny–1）,當(dāng)Nx和Ny

均為0，則認(rèn)為達到終點。

方法2：設(shè)置一個終點計數(shù)器Nxy,x或y軸每進給一步則Nxy–1，當(dāng)Nxy

為0，則認(rèn)為達到終點。

現(xiàn)在是17頁\一共有58頁\編輯于星期三17插補計算時，每走一步，都要進行以下四個步驟的插補計算過程，即①偏差判別②坐標(biāo)進給③偏差計算④終點判斷現(xiàn)在是18頁\一共有58頁\編輯于星期三184象限內(nèi)的直線插補

記憶：2象限：1象限以y軸鏡象4象限：1象限以x軸鏡象3象限：1象限旋轉(zhuǎn)180度

現(xiàn)在是19頁\一共有58頁\編輯于星期三193.直線插補計算的程序?qū)崿F(xiàn)6個內(nèi)存單元數(shù)據(jù) XE：終點X坐標(biāo)YE：終點Y坐標(biāo)NXY:總步數(shù)，Nxy＝Nx+

Ny

FM:加工點偏差，F(xiàn)M初值為0

XOY:象限值，1、2、3、4分別代表1、2、3、4象限ZF：進給方向，1、2、3、4代表在+x、–x、+y、-y方向進給。

現(xiàn)在是20頁\一共有58頁\編輯于星期三20流程圖現(xiàn)在是21頁\一共有58頁\編輯于星期三21例3.1：加工第1象限直線OA，起點為O（0，0），終點為A(6，4)，試進行插補并作走步軌跡圖。解：進給總步數(shù)Nxy＝|6-0|+|4-0|=10

xe=6，ye=4,F0=0,xoy=1 現(xiàn)在是22頁\一共有58頁\編輯于星期三22步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進給偏差計算終點判斷起點F0=0Nxy=101F0=0+xF1=F0-ye=-4Nxy=92F1<0+yF2=F1+xe=2Nxy=83F2>0+xF3=F2-ye=-2Nxy=74F3<0+yF4=F3+xe=4Nxy=65F4>0+xF5=F4-ye=0Nxy=56F5=0+xF6=F5-ye=-4Nxy=47F6<0+yF7=F6+xe=2Nxy=38F7>0+xF8=F7-ye=-2Nxy=29F8<0+yF9=F8+xe=4Nxy=110F9>0+xF10=F9-ye=0Nxy=0現(xiàn)在是23頁\一共有58頁\編輯于星期三233.2.2逐點比較法圓弧插補第一象限內(nèi)的逆圓弧插補

－偏差定義M點偏差Fm=Rm2-R2=xm2+ym2-R2

－偏差判斷Fm=0，M點在圓弧上 Fm>0，M點在圓弧外Fm<0，M點在圓弧內(nèi)現(xiàn)在是24頁\一共有58頁\編輯于星期三24－第一象限逆圓弧逐點比較插補的原理：

從起點出發(fā)，當(dāng)Fm>=0，向-x方向進給一步，并計算新的偏差；當(dāng)Fm<0，下一步向+y方向進給，并計算新的偏差。按上述步驟循環(huán)到達終點后結(jié)束。

現(xiàn)在是25頁\一共有58頁\編輯于星期三25－偏差的簡化計算，以第一象限逆圓弧為例：當(dāng)Fm>=0，向-x方向進給一步

（xm+1，ym+1)=(xm－1,ym) Fm+1=xm+12+ym+12-R2=Fm–2xm+1

當(dāng)Fm<0，向+y方向進給一步

（xm+1，ym+1)=(xm,ym+1

) Fm+1=xm+12+ym+12-R2=Fm+2ym+1起點偏差Fm＝0現(xiàn)在是26頁\一共有58頁\編輯于星期三26－終點判斷

采用總步數(shù)Nxy設(shè)計數(shù)方法：Nxy初始設(shè)值為x和y軸進給總步數(shù)之和，x或y軸每進給一步則Nxy–1，當(dāng)Nxy

為0，則認(rèn)為達到終點。

－插補計算步驟

偏差判別->坐標(biāo)進給->偏差計算->坐標(biāo)計算->終點判斷

直線插補：偏差計算使用終點坐標(biāo)xe，ye

圓弧插補：偏差計算使用前一點坐標(biāo)xm，ym

現(xiàn)在是27頁\一共有58頁\編輯于星期三27四個象限的圓弧插補－第一象限順圓弧的插補計算當(dāng)Fm>=0，向-y方向進給一步，F(xiàn)m+1=Fm–2ym+1當(dāng)Fm<0，向+x方向進給一步，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1現(xiàn)在是28頁\一共有58頁\編輯于星期三28－四個象限的圓弧插補記憶：2象限：1象限以y軸鏡象4象限：1象限以x軸鏡象3象限：1象限旋轉(zhuǎn)180度現(xiàn)在是29頁\一共有58頁\編輯于星期三29－圓弧插補計算工時和進給方向注意：表中坐標(biāo)值為不帶符號的數(shù)，如第四象限中的點（-4,-3)應(yīng)用xm=4,ym=3查表計算。現(xiàn)在是30頁\一共有58頁\編輯于星期三30圓弧插補計算的程序?qū)崿F(xiàn)

內(nèi)存單元數(shù)據(jù) X0：起點X坐標(biāo)Y0：起點Y坐標(biāo)NXY:總步數(shù)，Nxy＝Nx+

NyFM：加工點偏差；XM：xmYM：ym

RNS：圓弧種類，1、2、3、4和5、6、7、8分別代表SR1、SR2、SR3、SR4和NR1、NR2、NR3、NR4。ZF：進給方向，1、2、3、4代表在+x、–x、+y、-y方向進給。

現(xiàn)在是31頁\一共有58頁\編輯于星期三31流程圖現(xiàn)在是32頁\一共有58頁\編輯于星期三32例3.2：加工第1象限逆圓弧AB，起點為A（4，0），終點為B(0，4)，試進行插補并作走步軌跡圖。解：進給總步數(shù)Nxy＝|4-0|+|4-0|=8現(xiàn)在是33頁\一共有58頁\編輯于星期三33現(xiàn)在是34頁\一共有58頁\編輯于星期三343.3步進電機控制技術(shù)

數(shù)控機床的驅(qū)動元件常常是步進電機。步進電機是電機類中比較特殊的一種，它是靠脈沖來驅(qū)動的?？坎竭M電機來驅(qū)動的數(shù)控系統(tǒng)的工作站或刀具總移動步數(shù)決定于指令脈沖的總數(shù)，而刀具移動的速度則取決于指令脈沖的頻率。步進電機不是連續(xù)的變化，而是跳躍的，離散的。步進電機：脈沖電機，給一個脈沖電機轉(zhuǎn)一下。它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的機電式數(shù)模（D／A）轉(zhuǎn)換器。

輸入：脈沖

輸出：位移

脈沖數(shù)：決定位移量

脈沖頻率：決定位移的速度現(xiàn)在是35頁\一共有58頁\編輯于星期三353.3.1步進電機的工作原理

三相反應(yīng)式步進電機:一句話，內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成。

定子：三對(三相,還有四相、五相等)磁極，六個齒

轉(zhuǎn)子：四個齒，分別為0、1、2、3齒(其實一般有幾十個齒)現(xiàn)在是36頁\一共有58頁\編輯于星期三36－工作過程：A相通電：A相磁極與0、2號齒對齊；同時轉(zhuǎn)子的1、3號齒和B、C相磁極形成錯齒狀態(tài)。這就相當(dāng)于初始化。

B相通電：由于磁力線作用，B相磁極與1、3號齒對齊；則轉(zhuǎn)子的0、2號齒就和A、C相繞組磁極形成錯齒狀態(tài)。C相通電：由于磁力線作用，C相磁極與0、2號齒對齊；這時轉(zhuǎn)子的1、3號齒和A、B相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。

A相通電：由于磁力線作用，A相磁極與1、3號齒對齊；這時轉(zhuǎn)子的0、2號齒和B、C相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。很明顯，這時轉(zhuǎn)子移動了一個齒距角。

現(xiàn)在是37頁\一共有58頁\編輯于星期三37結(jié)論：定子按A->B->C->A相輪流通電，則磁場沿A、B、C方向轉(zhuǎn)動360度角，轉(zhuǎn)子沿ABC方向轉(zhuǎn)動了一個齒距的位置。齒數(shù)為4，齒距角為90度，即1個齒距轉(zhuǎn)動了90度。－步進電機的“相”和“拍”“相”－繞組的個數(shù)“拍”－繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個周期共有3種通電狀態(tài)，六拍表示一個周期有6種通電狀態(tài)，每個周期步進電機轉(zhuǎn)動一個齒距。－步進電機的步距角的計算：N：步進電機的拍數(shù)Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)?，F(xiàn)在是38頁\一共有58頁\編輯于星期三38齒踞角和步踞角：對于一個步進電機，如果它的轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z，它的齒距角θZ為θZ=2π／Z=360°/Z而步進電機運行N拍可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個齒距位置。步進電機的步距角θ可以表示如下θ=θZ／N=360°/(NZ)其中：N是步進電機工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。對于三相步進電機，若采用三拍方式，則它的步距角是θ=360°/(3×4)=30°對于轉(zhuǎn)子有40個齒且采用三拍方式的步進電機而言，其步距角是θ=360°/(3×40)=3°現(xiàn)在是39頁\一共有58頁\編輯于星期三393.3.2步進電機的工作方式－步進電機的通電方式

單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。－三相步進電機可工作于三相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。－單三拍工作方式A->B->C->A…現(xiàn)在是40頁\一共有58頁\編輯于星期三40－雙三拍工作方式AB->BC->CA->AB->…－三相六拍工作方式A->AB->B->BC->C->CA->A->…

現(xiàn)在是41頁\一共有58頁\編輯于星期三41步進電機細(xì)分驅(qū)動：

切換時，繞組電流并非全部切除或通入，只改變額定值的一部分（如1/4)，轉(zhuǎn)子也只轉(zhuǎn)動步距角的一部分（如1/4)?，F(xiàn)在是42頁\一共有58頁\編輯于星期三42優(yōu)點：達到更高分辨率，減小振動和噪聲現(xiàn)在是43頁\一共有58頁\編輯于星期三433.3.3步進電機控制接口及輸出字表步進電機常規(guī)控制電路

步進電機的控制中，要關(guān)心下列問題：①步進電機的精度問題：步進電機的工作精度問題；②速度調(diào)節(jié)問題：步進電機運動速度的快慢的調(diào)節(jié)；③計算機接口問題：和計算機接口應(yīng)該注意的問題。1．步進電機控制接口2．步進電機控制的輸出字表現(xiàn)在是44頁\一共有58頁\編輯于星期三44

－脈沖分配器：把脈沖串按一定規(guī)律分配給脈沖放大器的各相輸入端，又稱環(huán)形分配器。

輸入：步進脈沖，1個脈沖為1拍，走一步；

方向選擇

，正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。

輸出：各相繞組的驅(qū)動脈沖。

－功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅(qū)動步進電機，進行功率放大。

步進電機微機控制方式一

微機

＋

環(huán)形分配器

＋

功放

運動控制及脈沖產(chǎn)生

脈沖脈沖分配

現(xiàn)在是45頁\一共有58頁\編輯于星期三45步進電機微機控制方式2

微機

＋

驅(qū)動電路運動控制和脈沖分配

功率放大

步進電機控制接口

－例如：采用8255芯片控制x,y軸步進電機?，F(xiàn)在是46頁\一共有58頁\編輯于星期三46步進電機控制的輸出字表

－8255的PA、PB口分別控制x,y軸步進電機。

－輸出數(shù)據(jù)“1”表示通電，“0”表示斷電。

現(xiàn)在是47頁\一共有58頁\編輯于星期三47

－輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：

正轉(zhuǎn)訪問順序：ADX1->ADX2->…->ADX6 ADY1->ADY2->…->ADY6

反轉(zhuǎn)訪問順序：ADX6->ADX5->…->ADX1 ADY6->ADY5->…->ADY1

微機的運動控制功能

－改變輸出脈沖數(shù)，控制步進電機的走步數(shù)；

－改變各相繞組的通電順序，控制步進電機的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；

－改變輸出脈沖的頻率，控制步進電機的轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在是48頁\一共有58頁\編輯于星期三48

－輸出字以表的形式順序存放在內(nèi)存：

正轉(zhuǎn)輸出順序：ADX1->ADX2->…->ADX6 ADY1->ADY2->…->ADY6

反轉(zhuǎn)輸出順序：ADX6->ADX5->…->ADX1 ADY6->ADY5->…->ADY1

微機的運動控制功能

－改變輸出脈沖數(shù)，控制步進電機的走步數(shù)；

－改變各相繞組的通電順序，控制步進電機的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；

－改變輸出脈沖的頻率，控制步進電機的轉(zhuǎn)速。

現(xiàn)在是49頁\一共有58頁\編輯于星期三493.3.4步進電機控制程序步進電機走步控制程序流程圖現(xiàn)在是50頁\一共有58頁\編輯于星期三50現(xiàn)在是51頁\一共有58頁\編輯于星期三51步進電機速度控制程序

－步進電機調(diào)速：改變輸出脈沖的頻率。

－可采用延時或定時器方法。

－延時或定時時間的計算：Ti為相鄰兩次走步的時