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1、第三章 數(shù)字控制技術,3.1 數(shù)字控制基礎,數(shù)字控制，就是生產(chǎn)機械（如機床）根據(jù)計算機輸出的指令和數(shù)據(jù)，按規(guī)定的工作順序、運動軌跡、 運動距離和運動速度等規(guī)律自動完成工作的 控制方式。,數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置、驅動裝置、可編程控制器和檢測裝置等組成。,包括控制器、插補器、輸入和輸出裝置,數(shù)控機床的組成,,加工軌跡控制,,,AutoCAD的DXF文件等,,3.1.2 數(shù)字控制原理,1、曲線分段 2、插補計算,插補/插值：求得各段曲線中間值的數(shù)值計算方法。,3、步進電機控制,兩種常用插補形式：直線插補、二次曲線插補,脈沖當量(步長，x=y) ：每個脈沖移動的相對位置。,常用插補算法有逐點比較法、數(shù)字積
2、分法、數(shù)字脈沖乘法器等。,插補算法：就是如何分配 x 和 y 方向上的脈沖數(shù)，使實際的中間點軌跡盡可能地逼近理想軌跡。,3.1.3 數(shù)字控制方式,點位控制：只要求控制刀具行程終點的坐標值，不需要插補計算。采用這類控制的有鉆床、鏜床、沖床等。 直線控制：要求控制行程的終點坐標值，并要求刀具相對于工件平行某一直角坐標軸作直線運動，且在運動過程中進行切削加工。采用這類控制的有銑床、車床、磨床、加工中心等。 輪廓控制：要求控制刀具沿工件輪廓曲線不斷地運動，并在運動過程中將工件加工成某一形狀，需要插補計算。采用這類控制的有銑床、車床、磨床、齒輪加工機床等。,3.1.4 數(shù)字控制系統(tǒng),開環(huán)數(shù)字控制采用步進
3、電機作為驅動元件,閉環(huán)數(shù)字控制，多采用直流電機作為驅動元件，測量元件采用光電編碼器、光柵、感應同步器等。主要用于大型精密加工機床。,圖3-4 閉環(huán)數(shù)字控制,位置 控制器,速度 控制器,伺服 電動機,速度測量,工作臺,位置測量,(b) 半閉環(huán)數(shù)字控制,測量元件在伺服電機的軸端 可克服工作臺機械參數(shù)變動對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性能的影響 但控制精度不如全閉環(huán)數(shù)字控制,測量元件在工作臺上,脈沖增量插補：逐點比較法、數(shù)字積分法。步進電機 數(shù)據(jù)采樣插補：伺服電機的閉環(huán)控制,3.1.5 數(shù)控系統(tǒng)的分類,傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng),開放式數(shù)控系統(tǒng)：PC嵌入NC ，NC嵌入PC,運動控制卡,PC模板,網(wǎng)絡化數(shù)控系統(tǒng),3.2 插補原理
4、,輸出單個脈沖等,輸出采樣周期內坐標方向的增量等,第一象限內的直線插補,3.2.1 逐點比較法直線插補,逐點比較法插補就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行比較，看這點在給定軌跡的上方或下方，或是給定軌跡的里面或外面，從而決定下一步的進給方向。以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線。,若Fm 0 ，表明點m在OA直線段的上方或上面，應沿+x軸方向走一步；若Fm < 0 ，表明點m在OA直線段的下方，應沿+y軸方向走一步。,偏差計算公式,有兩種方法：設置Nx和Ny兩個計數(shù)器；設置Nxy一個終點計數(shù)器。,包括差別判斷、坐標進給、偏差計算、終點判斷。, 插補計算過程, 終點判斷,四個象限的直
5、線插補,直線插補計算的程序實現(xiàn),表3.1 直線插補的進給方向及偏差計算公式,(1) 數(shù)據(jù)的輸入及存放 XE、YE、NXY、FM、XOY、ZF XOY=1、2、3、4分別代表第一、第二、第三、第四象限。 ZF=1、2、3、4分別代表+x、-x、+y、-y走步方向。,(2) 程序流程,XOY=1 2 3 4,ZF=1 2 3 4 +x -x +y -y,XE、YE、NXY、FM、 XOY、ZF,,例3.1 設加工第一象限直線，O(0，0)， A(6，4)，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3.2.2 逐點比較法圓弧插補,第一象限內的圓弧插補
6、,偏差計算公式,四個象限的圓弧插補,,表3.3 圓弧插補計算公式和進給方向,=1、2、3、4、、、、分別代表 、 2 、3 、 4 、N 、N2 、N3 、N4,,,(1) 數(shù)據(jù)的輸入及存放 X、Y、 NXY、FM、、 X、Y、 ZF=1、2、3、4、、、、分別代表 、 2 、3 、4 、N 、N2 、N3 、N4 。ZF=1、2、3、4分別代表+x、-x、+y、-y走步方向。,圓弧插補計算的程序實現(xiàn),(2) 程序流程,例3.2 設加工第一象限圓弧，起點A(4，0)， 終點B(0，4)， 試進行插補計算并作出走步軌跡圖。,,3.2.3 數(shù)字積分插補,數(shù)字積分直線插補,例子：設(xe-
7、x0)=101B, (ye-y0)=10B 則加工圓弧AB所需脈沖數(shù)n=23=8 脈沖1：JRX=0B+101B=101B JRY=0B+010B=010B 脈沖2：JRX=101B+101B=1010B JRY=010B+010B=100B 脈沖3：JRX=010B+101B=111B JRY=100B+010B=110B 脈沖4：JRX=111B+101B=1100B JRY=110B+010B=1000B 脈沖5：JRX=100B+101B=1001B JRY=000B+010B=010B 脈沖6：JRX=001B+101B=110B JRY=
8、010B+010B=100B 脈沖7：JRX=110B+101B=1011B JRY=100B+010B=110B 脈沖8：JRX=011B+101B=1000B JRY=110B+010B=1000B,Jx ， Jy最大有效位長,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)字積分圓弧插補,,,例子：設A(3,1)，B(1,3),O(1,1) IA=10B, JA=00B 脈沖1：JRX=00B+00B=00B JRY=00B+10B=10B 脈沖2：JRX=00B+00B=00B JRY=10B+10B=100B 脈沖3：JRX
9、=00B+01B=01B JRY=00B+10B=10B 脈沖4：JRX=01B+01B=10B JRY=10B+10B=100B 脈沖5：JRX=10B+10B=100B JRY=00B+10B=10B 脈沖6：JRX=00B+10B=10B JRY=10B+01B=11B 脈沖7：JRX=10B+10B=100B JRY=11B+01B=100B,,3.3 多軸步進驅動控制技術,步進電機又稱脈沖電機，是一種將脈沖信號轉換為 角位移的機電式數(shù)模轉換器。,3.3.1 步進電機的分類,按力矩產(chǎn)生原理,反應式：轉子無繞組 勵磁式：轉子有繞組或為永久磁鐵,步距小,,按輸
10、出力矩大小,伺服式 功率式,,3.3.2 步進電機的工作原理,步進電機的齒距角,步進電機的步距角,轉子齒數(shù),步進電機工作拍數(shù),圖3.20 三相步進電機的工作原理分析圖,,,,,,,,A相通電,,,,,,,,B相通電,,,,,,,,,,C相通電,,,,,,,,A相通電,,,,,圖3.15 單三拍工作原理,,,,,,,,AB相通電,,,,,,,,BC相通電,,,,,,,,,,CA相通電,,,,,,,,AB相通電,,,,,,圖3.16 雙三拍工作原理,,,,,,,,A相通電,,,,,,,,AB相通電,,,,,,,,,,BC相通電,,,,,,,,C相通電,,,,,,圖3.17 三相六拍工作原理,,,,
11、,,,,B相通電,,,,,,,,,,,,CA相通電,,,,,,,,,,A相通電,3.3.3 步進電機的工作方式,3.3.4 步進電機控制接口及輸出字表,L298N、SI-7300步進電機集成功率放大器，HB304V三相混合式步進電機驅動器,ISA,L298N芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V。,三相步進電機驅動電路,x軸步進電機輸出字表,存儲地址標號,低8位輸出字,y軸步進電機輸出字表,存儲地址標號,高8位輸出字,ADX1 ADX2 ADX3 ADX4 ADX5 ADX6,00000001=01H 00000011=03H 00000010=02H 000
12、00110=06H 00000100=04H 00000101=05H,ADY1 ADY2 ADY3 ADY4 ADY5 ADY6,00000001=01H 00000011=03H 00000010=02H 00000110=06H 00000100=04H 00000101=05H,表3.5 三相六拍控制方式輸出字表,,,,,,,,3.3.5 步進電機控制程序,,按正序或反序取輸出字，可控制步進電機正轉或反轉； 控制延時時間常數(shù)，可達到調速的目的,P100 4題，5題，6題，7 題，8題,作業(yè)：,附加：直流電機調速系統(tǒng),永磁無刷直流電動機調速,反向換流器,Aedk計控試驗箱直流電機調速系統(tǒng),光電編碼器：一種通過光電轉換，將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。,
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