上微机控制技术第3章数字控制技术ppt课件.ppt

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1、第3章数字控制技术数控(NumericalControl-NC)系统计算机数控(ComputerNumericalControl-CNC)系统3.1数字控制基础3.2逐点比较法插补原理3.3多轴步进驱动控制技术3.4多轴伺服驱动控制技术数控装置组成：由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。目前，控制器和插补器功能以及部分输入输出功能由计算机承担。插补器：用于完成插补计算，就是按给定的基本数据(如直线的终点坐标，圆弧的起、终点坐标等)，插补(插值)中间坐标数据，从而把曲线形状描述出来的一种计算。数字程序控制：就是计算机

2、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、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自动控制。3.1数字控制基础数控系统组成：由数控装置、驱动装置、可编程控制器和检测装置等四大部分组成。3.1.1数控技术发展概况特征阶段年代典型应用驱动特点研究开发1952～l969数控车床、铣床钻、铣床3轴以下步进、液压电机推广应用l970～l985加工中心、电加工、锻压直流伺服电机系统化l982柔性制造单元(FMU)柔性制造系统(FMS)交流伺服电机高性能集成化l990至今计算机集成制造系统(CIMS)、无

3、人化工厂直线驱动3.1.2数字控制原理基本思路：－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。－输出装置如步进电机、交直流伺服电机，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－图中曲线分为三段，分别为ab、bc、cd，a、b、c、d四点坐标送计算机。－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。xyabcd当给定a、b、c、d各点坐标的x和y值之后，如何确定各坐标值之

4、间的中间值?从理论上讲，插补的形式可用任意函数形式，但为了简化插补运算过程和加快插补速度，常用的是直线插补和二次曲线插补两种形式。2.插补计算－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。－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。－插补：直线插补二次曲线插补－圆弧、抛物线、双曲线3.折线逼近根据插补计算出的中间点、产生脉冲信号驱动x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、刀具等，从而绘出图形或加工所要求的轮廓。（轮廓误差）（1）脉冲：每一个脉冲信号

5、代表步进电机走一步；代表的是加工过程中最小的加工单位，就是步长。（2）步长：对应于每个脉冲移动的相对位置称为脉冲当量，又称为步长，常用Δx和Δy来表示，并且常取Δx＝Δy。（3）脉冲个数：线段在x轴和y轴的投影长度和脉冲当量有关。实际步长等于多少与机械制造相关。但是，向x和y轴分别送多少个信号？我们计算的标准是什么？先了解下面几个概念。－计算：x方向步数：Nx＝(xe-x0)/△xy方向步数：Ny＝(ye-y0)/△y3.1.3数字控制方式数字程序控制的3种方式：点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。点位控制－只要求控制刀具行程

6、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）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）轮廓切削控制－这类控制的特点是能够控制刀具沿工件轮廓曲线不断地运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式是借助于插补器进行的，插补器根据加工的工件轮廓向每一坐标轴分配速度指令，以获得图纸坐标点之间的中间点。（多轴切削）(多轴运动下的轮廓跟踪误差控制与

7、补偿方法研究)三种方式比较点位控制：驱动简单，无需插补直线切削控制：驱动复杂，无需插补轮廓切削控制：驱动复杂，需插补3.1.4闭环与开环数字程序控制闭环数字程序控制方式：这种结构的执行机构多采用直流电机(小惯量伺服电机和宽调速力矩电机)作为驱动元件，反馈测量元件采用光电编码器(码盘)、光栅、感应同步器等。随着技术的进步，目前以交流为主，其次还有直线电机等。开环数字程序控制方式：这种控制结构没有反馈检测元件，工作台由步进电机驱动。步进电机接收步进电机驱动电路发来的指令脉冲作相应的旋转，把刀具移动到与指令脉冲相当的位置，至于刀具是否

8、到达了指令脉冲规定的位置，那是不受任何检查的，因此这种控制的可靠性和精度基本上由步进电机和传动装置来决定。（在一些特殊场合可加闭环检测失步现象）由于采用了步进电机作为驱动元件，使得系统的可控性变得更加灵活，更易于实现各种插补运算和运动轨迹控制。本章主要是讨论开环