计算机数控技术 教学课件 作者 彭美武 主编 教案第三章 微机数控系统.doc

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1、第三章微机数控系统第一节数控的基本概念数控是采用数字电子技术和计算机技术，对生产机械进行自动控制的系统，它包括顺序控制和数字程序控制两部分。一、顺序控制微机顺序控制方式是指以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序顺序地进行工作。一般地，把按时序或事序规定工作的自动控制称为顺序控制。顺序控制的特点：(1)控制系统的输入和输出信号都是开关量信号。(2)顺序控制系统控制生产机械依次顺序动作，动作的转换是根据现场输入信号的逻辑判断或时序的判断来决定的。(3)为了保证系统可靠的工作，有的系统中，需对执行机构或控制对象

2、的实际状态进行检测或测量，将结果及时地反馈给系统控制器，这就需要增加检测机构；为了调整方便，并实现工作时的监视以及故障时的报警，一般要有显示和报警电路。因此，一个典型的顺序控制系统的组成结构框图如图3.1所示。图3.1顺序控制系统组成结构框图二、数字程序控制数字程序控制主要用于机床的自动控制，如用于车床、铣床、线切割机、焊接机、气割机等的自动控制系统中。采用数字程序控制的机床叫数控机床，它能对形状复杂的零件进行精密加工。计算机数控系统(ComputerNumericalControl)，简称CNC系统。它是通过软件实现控

3、制，要想改变控制功能，只需改变相应的控制程序，硬件电路不作或只作极少改动，所以通用性和灵活性都很好。1.微机数控系统的组成当CNC系统中的计算机采用微机时，就成为微机数控(MNC)系统了，其组成如图3.2所示。(1)输入装置一般指微机的输入设备，如键盘。其作用是输入数控系统对生产机械进行自动控制时所必需的各种外部控制信息和加工数据信息。图3.2微机数控系统组成框图(2)微机微机是MNC系统运算和控制的核心。在系统软件指挥下，微机根据输入信息，完成数控插补器和控制器运算，并输出相应的控制和进给信号。若为闭环数控系统，则由位

4、置检测装置输出的反馈信息也送入微机进行处理。(3)输出装置一般包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等。在微机控制下，输出装置一方面显示加工过程中的各有关信息，另一方面向被控生产机械输出各种有关的开关量控制信号(冷却、启、停等)，还向伺服机构发出进给脉冲信号等。(4)伺服机构一般包括各种伺服元件和功率驱动元件。其功能是将输出装置发出的进给脉冲转换成生产机械相应部件的机械位移(线位移、角位移)运动。(5)加工机械即数控系统的控制对象，各种机床、织机等。目前已有专门为数控装置配套设计的各种机械，如各种数

5、控机床，它们的机械结构与普通机床有较大的区别。2.微机数控系统的分类(1)按用途分类①普通数控系统②多坐标数控系统(2)按控制对象的运动轨迹分类①点位控制系统②直线控制系统③轮廓控制系统(3)按对伺服机构的控制方式分类①开环控制系统②闭环控制系统第二节逐点比较法插补原理一、逐点比较法直线插补运算1.直线插补运算原理(1)偏差及其计算公式设给定加工直线OE位于第一象限，如图3.3所示。直线的起点为坐标原点O(0，0)，直线终点在E(Xe,Ye)点，直线的斜率为当某一时刻加工点到达M(Xm,Ym)点时，则直线OM的斜率为点M

6、偏离给定直线OE的情况可用OM与OE的斜率之差来表示，即图3.3第一象限直线示意图当F=0时，M点在直线OE上；当F＞0时，M点在直线OE上方；当F＜0时，M点在直线OE下方。偏差可表示为根据Fm的符号就可以判别M点的偏离方向。在采用逐点比较法的加工过程中，每一步的进给方向都是沿平行于坐标轴的方向逼近给定曲线的，再根据Fm的符号来决定下一步的进给方向。对于第一象限的直线OE，起始点为坐标原点O(0，0)，那么当Fm=0时，M点在直线OE上，此时规定沿+x轴方向进给一步；当Fm＞0时，M点在直线OE的上方，沿+x轴方向进给

7、一步；当Fm＜0时，M点在直线OE的下方，沿+y轴方向进给一步。为了便于编程，我们将偏差计算式进一步简化，以得到偏差计算的递推公式。对于第一象限的直线，若加工到M点时，Fm≥0，则向+x轴方向进给一步，新加工点的坐标为，它与M点的坐标关系是则偏差为若加工到M点时Fm＜0时，则向+y轴方向进给一步，新加工点坐标与M点的坐标关系是因而新加工点的偏差为(2)终点判别终点判别有多种方法，下面介绍其中的两种方法。·设置两个计数器Nx和Ny，分别对x坐标方向和y坐标方向的总步数进行计数。·设一个总步数计数器Nxy，对x坐标方向和y坐

8、标方向的总步数进行计数。2.直线插补计算举例例3.1设加工第一象限直线OE，起点为(0，0)，终点坐标为(6，3)试进行插补计算，并作出走步轨迹图。（参考书中例题）3.四象限直线插补公式根据第一象限的插补原理及偏差计算式的推导过程，可得出其他三个象限的进给方向及偏差计算式。（见书）4.直线插补程序设计根据上述分析