计算机文化基础 978-7-302-23234-6 第四章 计算机在工业控制中应用

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1、第四章计算机在工业控制中应用主要内容：4.1简易数控基础4.2嵌入式技术与应用4.3示教再现技术4.4机器人技术4.1简易数控基础4.1.1简易数控原理在工业上，经常使用一种叫步进电机的动力设备来驱动各种装置，步进电机也叫脉冲电机，它可以通过功率转换设备、即驱动源或驱动芯片接收计算机发来的脉冲信号，使电机旋转一定角度。每一个脉冲信号电机旋转一步，一步旋转3.6或1.8，利用机械结构很容易将转动变成平动，进而达到机械运动的精确定位。步进电机根据其线卷绕组数量，分为二相、三相或四相。比如三相步进电机，其线卷绕组分为A，B，C三相，它的

2、控制方式有多种，使用最多的是三相六拍控制方式，通电顺序：A->AB->B->BC->C->CA->A，电机正转；通电顺序：A->AC->C->CB->B->BA->A电机反转。由于步进电机定位精确、调速容易、方向控制方便，在自动控制系统中使用较多。我们知道，计算机只能进行数字运算，那么它是如何通过步进电机控制机床加工出直线、圆弧、和各种形状的零件呢？我们以两坐标机床为例来做简单介绍，两坐标机床有两个拖板，由两台步进电机驱动，分别带动拖板上的被加工零件在X轴和Y轴方向正向或反向运动。机床上还有一个主轴电机，它带动刀具只旋转不运动。被

3、加工零件在X轴和Y轴方向电机的驱动下，走出各种平面曲线，零件和刀具相交的轨迹就是我们的加工曲线。在加工时我们把零件分成许多段，每段都是由直线或圆弧组成。1．圆弧段加工，走圆弧段控制也叫圆弧插补。图4-1，加工圆弧，圆心在坐标原点，起点A（6，0）、终点B（0，6），半径为6。图4-1加工圆弧示意图加工时，刀具先移到A点，从A点向-X方向走一步，到（5，0）点。这一点在圆弧内部，如果第二步继续向-X走，离圆弧距离会越来越远。为了接近圆弧，第二步应向+Y方向走，到（5，1）点，此点还在圆弧内，第三步继续向+Y方向走，，如图所示，第十二

4、步走到B点，结束加工。综上述，圆弧插补的工作过程分四步（1）位置判别，加工开始，通过位置判别决定工作台走向。位置判别可通过判别函数F=来计算，X和Y是刀具位置坐标，R是圆半径。F0，刀具位置坐标在圆上或圆外；F<0，刀具位置坐标在圆内。（2）进给加工，向相应方向发一个进给脉冲，工作台走一步。一个进给脉冲工作台位移的距离叫脉冲当量，一般机床脉冲当量=0.001～0.0005mm。（3）偏差计算，加工一步后，对新的加工点计算新的加工偏差，做为下一步位置判别的依据。加工过程中，每走一步都要进行偏差计算。这种方法也叫逐点比较法。因为每一步

5、都要计算偏差，新偏差可以利用上一步计算的结果推导，避免乘方运算。在此例中，加工是逆时针方向，当向-X走一步,Y不变时，误差函数：===当向+Y走一步，X向不变时，误差函数：===就是说，我们只要计算出第一步误差，以后各步的误差可以由前一步误差和进给方向简单推导出。（4）终点判别，到达终点结束加工。X、Y方向发的总脉冲数等于X和Y坐标和，就可以结束加工，具体步骤见表4-1。顺序位置判别进给误差计算终点判别1F=0-XF=0-2×6+1=-11X=6-1=5,Y=0G=12-1=112F=-11<0+yF=-11+2×0+1=-10X

6、=5,y=0+1=1G=11-1=103F=-10<0+yF=-10+2×1+1=-7X=5,y=1+1=2G=10-1=94F=-7<0+yF=-7+2×2+1=-2X=5,y=2+1=3G=9-1=85F=-2<0+yF=-2+2×3+1=5X=5,Y=3+1=4G=8-1=76F=5>0-XF=5-2×5+1=-4X=5-1=4,Y=4G=7-1=67F=-4<0+YF=-4+2×4+1=5X=4,Y=4+1=5G=6-1=58F=5>0-XF=5-2×4+1=-2X=4-1=3,Y=5G=5-1=49F=-2+YF=-2+

7、2×5+1=9X=3,Y=5+1=6G=4-1=310F=9>0-XF=9-2×3+1=4X=3-1=2,Y=6G=3-1=211F=4>0-XF=4-2×2+1=1X=2-1=1,Y=6G=2-1=112F=1>0-XF=1-2×1+1=0X=1-1=0,Y=6G=1-1=02．逐点比较法直线插补运算：跟圆弧加工一样，逐点比较法直线插补加工也分4步。（1）偏差计算，以第一象限直线为例，见图4-2。设N是直线上一点，则有：，即=0，如果F=0，点N在直线上；令判别函数F=如果F<0，点N在直线下方；如果F>0，点N在直线上方。（2

8、）进给加工，如果点在直线上方，下一步向+X向发脉冲；如果点N在直线下方，下一步向+Y向发脉冲（3）加工过程中，每走一步都要进行偏差计算。因为每一步都要计算偏差，新偏差可以利用上一步计算的结果推导。在此例中，加工是第一象限直线，当向+X走一步，Y不变