计算机控制技术课件：第6章 数字程序控制技术1(逐点比较法).ppt

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1、第3章数字程序控制技术3.1数字程序控制基础3.2逐点比较法插补原理3.3多轴步进驱动控制技术本章主要内容3.1数字程序控制基础就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的自动控制。什么是数字程序控制？数字程序控制主要应用于机床的自动控制，如用于铣床、车床、加工中心、线切割机以及焊接机、气割机等的自动控制系统中。数字程序控制的应用数字程序控制系统组成由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。其中，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。3.1.1数控技术发展概况特征阶段年代典型应用工艺方

2、法数控功能驱动特点研究开发1952～l969数控车床、铣床钻、铣床简单工艺NC控制3轴以下步进、液压电机推广应用l970～l985加工中心、电加工、锻压多种工艺方法CNC控制、刀具自动交换、五轴联动、较好的人机界面直流伺服电机系统化l982柔性制造单元(FMU)、柔性制造系统(FMS)复合设计加工友好的人机界面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)、无人化工厂复合设计加工多过程、多任务调度、模板化和复合化、数字智能化直线驱动3.1.2数字程序控制原理首先分析如图所示的平面曲线图形，如何用计算机在绘图仪或数控加工机床上重现，以此来简要说明数字程序控

3、制的基本原理。xyabcd具体步骤：⑴将图中曲线划分成若干段，可以是直线段，也可以是曲线段。图中曲线被划分成三段：直线ab、bc和弧线cd。⑵确定各段的起点和终点坐标值等数据，并送入计算机。⑶根据各段的性质，确定采用相应的插补方式当给定a、b、c、d各点坐标x和y值之后，如何确定各坐标值之间的中间值?求得这些中间值的数值计算方法称为插值或插补。插补计算的宗旨：是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，而这些中间点的坐标值是以一定的精度逼近给定的线段。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

4、形式。所谓直线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似直线来逼近，也就是由此定出中间点连接起来的折线近似于一条直线，并不是真正的直线。所谓二次曲线插补是指在给定的两个基点之间用一条近似曲线来逼近，也就是实际的中间点连线是一条近似于曲线的折线弧。常用的二次曲线有圆弧、抛物线和双曲线等。⑷将插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号的形式去控制x和y方向上的步进电机，带动刀具或绘图笔，从而加工或绘制出符合要求的零件轮廓。每个脉冲驱动步进电机走一步（即刀具或绘图笔在x或y方向上移动一个位置），称为步长。常用Δx和Δy来表示，通常取Δx＝Δy。3.1.3数字程序控制系统1.开环数字程序

5、控制2.闭环数字程序控制1.开环数字程序控制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。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数字程序控制技术。2.闭环数字程序控制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

6、栅、感应同步器等，该控制方式主要用于大型精密加工机床，但其结构复杂，难于调整和维护，一些常规的数控系统很少采用。3.2逐点比较法插补原理所谓逐点比较法插补，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，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。如果原来在给定轨迹的下方，下一步就向给定轨迹的上方走，如果原来在给定轨迹的里面，下一步就向给定轨迹的外面走，…。如此，走一步、看一看，比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线的，它与规定的加工直线或圆弧之间的最大误差

7、为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小，就可达到加工精度的要求。3.2.1逐点比较法直线插补3.2.2逐点比较法圆弧插补3.2.1逐点比较法直线插补1．第一象限内的直线插补（1）偏差计算公式：偏差计算是逐点比较法关键的一步。在第一象限想加工出直线段OA，取直线段的起点为坐标原点，直线段终点坐标(xe，ye)是已知的。点m(xm,ym)为加工点（动点），若点m在直线段OA上，则有xm/ym＝xe/ye即ym*xe-xm*ye＝0现定义直线插补的偏差判别式为Fm＝ymxe-xmy