计算机控制课件 第4章 计算机数字程序控制技术.ppt

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1、第4章计算机数字程序控制技术数字程序控制技术是综合应用计算机、自动控制、智能仪器仪表、精密机械等高新技术的产物。它主要应用于铣床、车床、加工中心、线切割机、焊接机、工业机器人等自动控制系统中。数字程序控制系统具有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特点，它是实现机床自动化的一个重要发展方向。本章主要内容4.1数字程序控制基础——逐点比较法插补原理4.2步进电机控制技术4.3交流伺服电机概述所谓数字程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种加工机床）按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速

2、度等规律自动地完成工作的自动控制。数字程序控制系统一般由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。随着计算机技术的飞速发展，数字程序控制系统的这些主要功能都由计算机来完成。4.1数字程序控制基础4.1.1数字程序控制基础如何利用计算机在绘图仪或数控机床上重现?基本思路－逐点输入加工轨迹的坐标不现实。－数控加工轮廓一般由直线、圆弧组成，也可能有一些非圆曲线轮廓，因此可以用分段曲线（曲线基点和曲线属性）拟合加工轮廓。－输出装置为步进电机，驱动每个轴以一定距离的步长运动，实际加工轮廓是以折线轨迹拟合光滑曲线。步骤：1.曲线分段(1)图4-1

3、中曲线分为三段，分别为ab、bc、cd，a、b、c、d四点坐标送计算机。(2)分割原则：应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之内。XdcbaOY图4-1曲线分段2.插补计算当给定a、b、c、d各点坐标x、y之后，求这些点中间值的数字计算方法称插补。(1)插补计算：给定曲线基点坐标，求得曲线中间值的数值计算方法。(2)插补计算原则：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，这些中间点的坐标值以一定的精度逼近给定的线段。直线插补在给定的两基点之间用一条近似直线来逼近。二次曲线插补在给定的两基点之间用一条近似曲线来逼近。曲线有圆

4、弧、抛物线、双曲线等。3.插补方法的计算机实现把插补运算过程中给定的中间点，以脉冲信号的形式去控制x、y方向上的步进电机，来实现图形重现。一个脉冲信号代表步进电机走一步。也称为折线逼近。如图4-2所示。xyX0，Y0X1，Y1图4-2折线逼近步长：对应每个脉冲移动的相对位置称脉冲当量，又称步长。常用Δx、Δy来表示，且取Δx=Δy。x、y方向上移动的步数：Nx=（x1-x0）/ΔxNy=（y1-y0）/Δy若Δx=Δy=1，即定义为坐标增量值，即x0,y0,x1,y1,均是以脉冲当量定义的坐标值，则Nx=（x1-x0），Ny=（y1-y0）常

5、见插补方法：逐点比较法、数字积分法、数字脉冲乘法器。数字程序控制的3种方式：点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。1）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，对刀具的移动路径、移动速度、移动方向不作规定，且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。（定位）2）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。（单轴切削）3）轮廓的切削控制控制刀具沿工件轮廓曲线运动，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进行。（多轴切削）三种方

6、式比较点位控制：驱动电路简单，无需插补直线切削控制：驱动电路复杂，无需插补轮廓切削控制：驱动电路复杂，需插补开环、闭环数字程序控制1.闭环数字程序控制用于大型精密加工机床，结构复杂。计算机D/A伺服机驱动器伺服机工作台测量元件2.开环数字程序控制运用广泛，结构简单，可靠性高。计算机步进电机驱动步进电机工作台逐点比较法插补原理逐点比较法：(1)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，看这点在给定轨迹的上方或下方、左边或右边，从而决定下一步的进给方向。(2)逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线，它与给定的轨迹之间的最大误

7、差为一个脉冲当量。因此步长愈小加工精度就愈高。走一步->比较一次->决定下一步的走向4.1.2逐点比较法直线插补插补步骤：偏差判别->坐标进给->偏差计算->终点判断走一步->比较一次->决定下一步的走向->插补结束判断图4-3第一象限内的直线插补1.偏差计算式若点m在OA直线段上，则有xm/ym=xe/ye即ymxe-xmye＝0于是取偏差计算式为Fm=ymxe-xmye2.偏差判别偏差判别式：若Fm=0，则点m在OA直线段上；若Fm>0，则点m在OA直线段的上方；若Fm<0，则点m在OA直线段的下方。进给方向确定：当Fm>=0时，沿+x轴

8、方向走一步；当Fm<0，沿+y方向走一步；当目前坐标与终点坐标相等，停止插补。3.偏差计算的简化（1）设加工点在m点，若Fm>=0，这时沿+x轴方向走一步至m＋1点