第4章 程序控制與數(shù)值控制2

1、第四章 順序控制和數(shù)值控制之二內(nèi)容提要n順序控制器n開環(huán)數(shù)值控制器n步進(jìn)電機(jī)的控制n小結(jié)概述n順序控制和數(shù)值控制是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中最常見的控制方式 順序控制：控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)工藝按預(yù)先規(guī)定的工藝要求，在各個輸入信號的作用下，使生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地按預(yù)先規(guī)定的順序動作 數(shù)值控制：用計(jì)算機(jī)把輸入的數(shù)字信息按一定的程序進(jìn)行處理后轉(zhuǎn)換為控制信號，去控制一個或幾個被控制對象，使被控制點(diǎn)按照某種軌跡運(yùn)動概述n數(shù)字程序控制數(shù)字程序控制n就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生就是計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順產(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、

2、運(yùn)動距離和運(yùn)動速度等規(guī)律序、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。自動地完成工作的自動控制。概述利用數(shù)字控制原理實(shí)現(xiàn)的機(jī)械加工,繪圖設(shè)備n數(shù)字控制機(jī)床n線切割機(jī)n數(shù)字繪圖儀n銑床銑床n焊接機(jī)焊接機(jī)n氣焊機(jī)氣焊機(jī)n能加工形狀復(fù)雜的零件、加工精度高、生產(chǎn)效率高、能加工形狀復(fù)雜的零件、加工精度高、生產(chǎn)效率高、便于改變加工零件品種，是機(jī)床自動化的一個重要發(fā)便于改變加工零件品種，是機(jī)床自動化的一個重要發(fā)展方向。展方向。數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式按控制方式分：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切按控制方式分：點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制。削控制。1.點(diǎn)位控制（點(diǎn)位控制（Poi

3、nt To Point PTP）在一個點(diǎn)位控制中，只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐在一個點(diǎn)位控制中，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，至于刀具從一個標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)準(zhǔn)確定位，至于刀具從一個加工點(diǎn)移到下一個加工點(diǎn)走什么路徑、移動的速加工點(diǎn)移到下一個加工點(diǎn)走什么路徑、移動的速度、沿哪個方向逼近都無需規(guī)定，并且在移動過度、沿哪個方向逼近都無需規(guī)定，并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。才開始加工。采用這類控制的有：鉆床、鏜床、沖床等采用這類控制的有：鉆床、鏜床、沖床等.數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式+2. 直線切

4、削控制直線切削控制 這種也是控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，不過這種也是控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，不過還要求還要求刀具相對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)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。行切削加工。 需要這類控制的有：銑床、車床、磨床、加工中心。需要這類控制的有：銑床、車床、磨床、加工中心。3. 輪廓的切削控制（輪廓的切削控制（Continuous Path CP） 特點(diǎn)特點(diǎn): 能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不停地運(yùn)動，并在能夠控制刀具沿工件輪廓曲線不停地運(yùn)動，并在運(yùn)動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于運(yùn)動過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插插

5、補(bǔ)器進(jìn)行補(bǔ)器進(jìn)行,插補(bǔ)器根據(jù)加工的工件輪廓向每一個坐標(biāo)軸插補(bǔ)器根據(jù)加工的工件輪廓向每一個坐標(biāo)軸分分配速度指令配速度指令，以獲得圖紙坐標(biāo)之間的中間點(diǎn)。，以獲得圖紙坐標(biāo)之間的中間點(diǎn)。 適用：銑床、車床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。適用：銑床、車床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。開環(huán)數(shù)值控制n開環(huán)數(shù)值控制系統(tǒng)的一般組成： 輸入輸出設(shè)備、控制器、插補(bǔ)器、工作臺開環(huán)數(shù)值控制（2）n數(shù)值控制的基本原理開環(huán)數(shù)值控制（3） 逐點(diǎn)輸入加工軌跡的坐標(biāo)不現(xiàn)實(shí) 數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線基點(diǎn)和曲線屬性）擬合加工輪廓 輸出裝置為步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動每個軸以一定距離的步長運(yùn)動，實(shí)際加

6、工輪廓是以折線軌跡擬合光滑曲線開環(huán)數(shù)值控制（4） 步驟： 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)開環(huán)數(shù)值控制（5） 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)、二次曲線插補(bǔ)（圓弧、拋物線、雙曲線等）開環(huán)數(shù)值控制（6） 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

7、求的輪廓 步長：刀具對應(yīng)于每個脈 沖移動的相對位置，用 x, y表示 x方向步數(shù)：Nx(xe-x0)/ x 方向步數(shù)：Ny(ye-y0)/ y開環(huán)數(shù)值控制（7）n逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 一點(diǎn)一比較，一步步逼近：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 用階梯狀折線來逼近直線或圓弧等曲線 逐點(diǎn)比較法的最大誤差：一個脈沖當(dāng)量（步長）開環(huán)數(shù)值控制（8）n逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) 第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 開環(huán)數(shù)值控制（9） 偏差計(jì)算式： 若點(diǎn) M 在OP直線段上，則有xm/ym= xe/ye，即ymxe - xmye0，因此取偏差計(jì)算式為 Fm= ymxe xmye 偏差判別

8、： 若Fm = 0，則點(diǎn) M 在OP直線段上 若Fm 0 (xm/ym xe/ye)，則點(diǎn) M 在OP直線段的上方 若Fm 0 (xm/ym xe/ye)，則點(diǎn) M 在OP直線段的下方開環(huán)數(shù)值控制（10） 進(jìn)給方向確定： 當(dāng)Fm 0時，沿 +x 軸方向走一步 當(dāng)Fm 0，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)開環(huán)數(shù)值控制（11） 偏差計(jì)算的簡化： 設(shè)加工點(diǎn)在 M 點(diǎn)，若Fm 0，這時沿 +x 軸方向走一步至M1點(diǎn)，則走一步的新坐標(biāo)為 該點(diǎn)偏差為： Fm+1 = ym+1 xe - xm+1 ye = ymxe - (xm +1)ye = Fm - ye 設(shè)加工點(diǎn)在 M 點(diǎn)，若

9、Fm 0，則 M 點(diǎn)在圓弧外 若Fm 0，則 M 點(diǎn)在圓弧內(nèi)開環(huán)數(shù)值控制（17） 進(jìn)給方向確定： 對逆圓弧插補(bǔ)：當(dāng)Fm 0時，沿 x 軸方向走一步；當(dāng)Fm 0時，沿 +y 方向走一步 對順圓弧插補(bǔ)：當(dāng)Fm 0時，沿 y 軸方向走一步；當(dāng)Fm 0時，沿 + x方向走一步開環(huán)數(shù)值控制（17+）四個象限圓弧插補(bǔ)的對稱關(guān)系四個象限圓弧插補(bǔ)的對稱關(guān)系開環(huán)數(shù)值控制（18） 偏差計(jì)算的簡化（以逆圓弧插補(bǔ)為例） ： 當(dāng)Fm 0時，向 x 方向進(jìn)給一步，新點(diǎn)坐標(biāo)為 （xm+1， ym+1) = ( xm1, ym ) 該點(diǎn)偏差為 當(dāng)Fm 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開環(huán)數(shù)值控制（20） 四個象限的圓弧插補(bǔ)開環(huán)數(shù)值控制（20+） 圓弧插補(bǔ)走步軌跡圖開環(huán)數(shù)值控制（21）n8方向逐點(diǎn)比較法線性插補(bǔ)原理 在相鄰兩個坐標(biāo)軸方向上同時進(jìn)給脈沖, 不分圓弧或直線開環(huán)數(shù)值控制（22） 單指令和雙指令 單指令：只沿