【文章內(nèi)容簡介】 生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動軌跡、運(yùn)動距離和運(yùn)動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制。 ?數(shù)控系統(tǒng)：輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器。 ?計(jì)算機(jī)數(shù)控 CNC(Computer Numerical Control) ? ?步驟： 1. 曲線分段： －圖中曲線分為三段，分別為 ab、 bc、 cd， a、b、 c、 d四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)。 －分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形的誤差在允許范圍之內(nèi)。 2. 插補(bǔ)計(jì)算： －插補(bǔ)計(jì)算： 給定曲線基點(diǎn)坐標(biāo)，求得曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。 －插補(bǔ)計(jì)算原則：通過給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。 －插補(bǔ)： 直線插補(bǔ) (在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來逼近 ) 二次曲線插補(bǔ)－圓弧、拋物線、雙曲線 (在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來逼近 ) 3. 折線逼近： 根據(jù)插補(bǔ)計(jì)算出的中間點(diǎn)、產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動 x、 y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動繪圖筆、刀具等，從而繪出圖形或加工所要求的輪廓。 －步長：刀具對應(yīng)于每個(gè)脈沖移動的相對位置，可以用△ x, △ y表示，一般△ x＝ △ y x方向步數(shù)： Nx＝ (xex0)/ △ x y方向步數(shù)： Ny＝ (yey0)/ △ y 數(shù)字程序控制方式 ? 數(shù)字程序控制的 3種方式：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。 ? 點(diǎn)位控制 只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位，對刀具的移動路徑、移動速度、移動方向不作規(guī)定，且在移動過程中不做任何加工，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工。 （定位） ? 直線切削控制 控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動，且在運(yùn)動過程中進(jìn)行切削加工。 （單軸切削） ? 輪廓的切削控制 控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動，并在運(yùn)動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。 （多軸切削） ? 三種方式比較 點(diǎn)位控制：驅(qū)動電路簡單，無需插補(bǔ) 直線切削控制：驅(qū)動電路復(fù)雜，無需插補(bǔ) 輪廓切削控制：驅(qū)動電路復(fù)雜，需插補(bǔ) 開環(huán)數(shù)字程序控制 ? 閉環(huán)方式 執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用直流電機(jī)作為驅(qū)動元件 ? ? ? ? 反饋測量元件采用光電編碼器、光柵、感應(yīng)同步器等 ? 開環(huán)方式 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 ? 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)， 就是 刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較一次，決定下一步的進(jìn)給方向： 用階梯折線逼近曲線。 走一步 比較一次 決定下一步的走向 －逐點(diǎn)比較法的最大誤差：一個(gè)脈沖當(dāng)量（步長） 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) ? 插補(bǔ)步驟： 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算 終點(diǎn)判斷 走一步 比較一次 決定下一步的走向 插補(bǔ)結(jié)束判斷 ? 第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 偏差計(jì)算式： 若點(diǎn) m在 OA直線段上，則有 xm/ym=xe/ye 即 ymxexmye＝ 0 于是取偏差計(jì)算式為 Fm=ymxexmye 偏差判別： 偏差判別式： 若 Fm = 0，則點(diǎn) m在 OA直線段上； 若 Fm 0，則點(diǎn) m在 OA直線段的上方； 若 Fm 0，則點(diǎn) m在 OA直線段的下方。 進(jìn)給方向確定： 當(dāng) Fm = 0時(shí)，沿 +x軸方向走一步； 當(dāng) Fm 0時(shí) ， 沿 +y方向走一步； 當(dāng)目前坐標(biāo)與終點(diǎn)坐標(biāo)相等，停止插補(bǔ)。 偏差計(jì)算的簡化： （ 1）設(shè)加工點(diǎn)在 m點(diǎn)，若 Fm = 0，這時(shí)沿 +x軸方向走一步至 m＋ 1點(diǎn)。 ( xm+1， ym+1) = ( xm+1, ym ) Fm+1= ym+1xexm+1ye= ymxe(xm+1)ye = ymxexmye ye= Fm – ye （ 2）設(shè)加工點(diǎn)在 m點(diǎn)，若 Fm 0，這時(shí)沿 +y軸方向走一步至 m＋ 1點(diǎn)。 推理有 Fm+1= Fm + xe 偏差計(jì)算簡化為： 若 m 為起點(diǎn) 0，則 Fm = F0 = 0； 否則 ：若 Fm = 0， Fm+1= Fm– ye 若 Fm 0， Fm+1= Fm+ xe 終點(diǎn)判斷： 方法 1：設(shè)置 x， y軸兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器 Nx和 Ny ，加工前分別存入終點(diǎn)坐標(biāo) xe和 ye ， x (y) 軸每進(jìn)給一步則 Nx –1 (Ny –1） , 當(dāng) Nx和 Ny 均為 0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。 方法 2：設(shè)置一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器 Nxy , x 或 y 軸每進(jìn)給一步則 Nxy –1，當(dāng) Nxy 為 0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。 ? 4象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 記憶： 2象限： 1象限以 y軸鏡象 4象限： 1象限以 x軸鏡象 3象限： 1象限旋轉(zhuǎn) 180度 ? 內(nèi)存單元數(shù)據(jù) XE：終點(diǎn) X坐標(biāo) YE：終點(diǎn) Y坐標(biāo) NXY: 總步數(shù)， Nxy ＝ Nx + Ny FM: 加工點(diǎn)偏差，初值 F0=0 XOY: 象限值， 4分別代表 4象限 ZF：進(jìn)給方向， 4代表在 +x、 –x、+y、 y方向進(jìn)給。 ? 流程圖 例 ：加工第 1象限直線 OA，起點(diǎn)為 O（ 0， 0），終點(diǎn)為 A (6， 4)，試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖。 解：進(jìn)給總步數(shù) Nxy ＝ |60|+|40|=10 xe=6， ye=4, F0 = 0, xoy=1 微機(jī)計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 第六講 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) ?第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ) 偏差定義 M點(diǎn)偏差 Fm=Rm2 R2=xm2+ ym2 R2 －偏差判斷 Fm=0， M點(diǎn)在圓弧上 Fm0， M點(diǎn)在圓弧外 Fm0， M點(diǎn)在圓弧內(nèi) 第一象限逆圓弧逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的原理： 從起點(diǎn)出發(fā)，當(dāng) Fm=0，向 x方向進(jìn)給一步，并計(jì)算新的偏差；當(dāng) Fm 0，下一步向 +y方向進(jìn)給，并計(jì)算新的偏差。按上述步驟循環(huán)到達(dá)終點(diǎn)后結(jié)束。 偏差的簡化計(jì)算，以第一象限逆圓弧為例： 當(dāng) Fm=0，向 x方向進(jìn)給一步 （ xm+1， ym+1) = ( xm－ 1, ym ) Fm+1= xm+12+ym+12R2= Fm –2xm +1 當(dāng) Fm0，向 +y方向進(jìn)給一步 （ xm+1， ym+1) = ( xm, ym +1 ) Fm+1= xm+12+ym+12R2= Fm +2ym +1 起點(diǎn)偏差 Fm＝ 0 終點(diǎn)判斷 采用總步數(shù) Nxy設(shè)計(jì)數(shù)方法： Nxy 初始設(shè)值為 x 和 y 軸進(jìn)給總步數(shù)之和， x 或 y 軸每進(jìn)給一步則 Nxy –1，當(dāng) Nxy 為 0，則認(rèn)為達(dá)到終點(diǎn)。 插補(bǔ)計(jì)算步驟 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算 坐標(biāo)計(jì)算 終點(diǎn)判斷 直線插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo) xe， ye 圓弧插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo) xm， ym ?四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ) 第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算 當(dāng) Fm=0，向 +y方向進(jìn)給一步， Fm+1= Fm –2ym +1 當(dāng) Fm0，向 +x方向進(jìn)給一步， Fm+1= Fm +2xm +1 －四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ) 記憶： 2象限： 1象限以 y軸鏡象 4象限： 1象限以 x軸鏡象 3象限： 1象限旋轉(zhuǎn) 180度 －圓弧插補(bǔ)計(jì)算工時(shí)和進(jìn)給方向 注意：表中坐標(biāo)值為不帶符號的數(shù)，如第四象限中的點(diǎn)（ 4,3) 應(yīng)用 xm=4, ym =3查表計(jì)算。 ? 圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn) 內(nèi)存單元數(shù)據(jù) X0：起點(diǎn) X坐標(biāo) Y0：起點(diǎn) Y坐標(biāo) NXY: 總步數(shù)， Nxy ＝ Nx + Ny FM：加工點(diǎn)偏差； XM： xm YM： ym RNS：圓弧種類， 4和 8分別代表SR SR SR SR4和 NR NR NR NR4。 ZF：進(jìn)給方向， 4代表在 +x、 –x、 +y、 y方向進(jìn)給。 ? 流程圖 例 ：加工第 1象限逆圓弧 AB，起點(diǎn)為 A（ 4，0），終點(diǎn)為 B (0， 4)，試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖。 解：進(jìn)給總步數(shù) Nxy ＝ |40|+|40|=8 步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù) ?步進(jìn)電機(jī)：是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)摸（ D/A）轉(zhuǎn)換器。 輸入：脈沖 輸出：位移 脈沖數(shù)：決定位移量 脈沖頻率：決定位移的速度 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 定子：三對磁極，六個(gè)齒 轉(zhuǎn)子：四個(gè)齒，分別為 0、 3齒 －工作過程： A相通電： A相磁極與 0、 2號齒對齊； B相通電：由于磁力線作用， B相磁極與 3號齒對齊； C相通電：由于磁力線作用， C相磁極與 0、 2號齒對齊； A相通電：由于磁力線作用， A相磁極與 3號齒對齊； 結(jié)論：定子按 ABCA相輪流通電，則磁場沿A、 B、 C方向轉(zhuǎn)動 360度角，轉(zhuǎn)子沿 ABC方向轉(zhuǎn)動了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為 4，齒距角為 90度，即1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動了 90度。 步進(jìn)電機(jī)的 “ 相 ” 和 “ 拍 ” “ 相 ” 繞組的個(gè)數(shù) “ 拍 ” 繞組的通電狀態(tài)。如：三拍表示一個(gè)周期共有 3種通電狀態(tài)，六拍表示一個(gè)周期有 6種通電狀態(tài)，每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)齒距。 步進(jìn)電機(jī)的步距角的計(jì)算： N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù) Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 齒距角 θz=360/Z 步 距角 θ＝ 360/(NZ) ：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度。 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 －步進(jìn)電機(jī)的通電方式 單相通電方式、雙相通電方式、單相雙相交叉通電方式。 －三相步進(jìn)電機(jī)可工作于三相三拍（單三拍）、雙相三拍（雙三拍）、三相六拍工作方式。 －單三拍工作方式 ABCA… －雙三拍工作方式 ABBCCAAB…