1、第三章 數字程序控制技術順序控制的特點：(1)控制系統的輸入和輸出信號都是開關量信號。(2)順序控制系統控制生產機械依次順序動作，動作的轉換是根據現場輸入信號的邏輯判斷或時序的判斷來決定的。(3)為了保證系統可靠的工作，有的系統中，需增加檢測機構及顯示和報警電路。 第1頁/共37頁第三章 數字程序控制技術 數字程序控制主要用于機床的自動控制，如用于銑床，車床，加工中心，線切割機以及焊接機，氣割機等的自動控制系統中。采用數字程序控制的機床叫做數控機床。 數控機床具有能夠加工形狀復雜的零件，加工精度高，生產效率高等特點，是實現機床自動化的一個重要的發展方向。 第2頁/共37頁第三章 數字程序控制技

2、術鉆床：在金屬或其他材料的零件上加工圓孔用的機床。工件不動，刀具一面旋轉，一面推進。最常用的有立式鉆床，旋臂鉆床等。鏜床：用來加工工件上孔眼的機床。工件固定在工作臺上，刀具裝在旋轉的金屬桿上，伸進工件的孔眼里進行切削，使原有的孔眼擴大，光滑而精確。沖床：用沖壓的方法使金屬板成形或在金屬板上沖孔的加工機器。汽車外殼和酒瓶瓶蓋等就是用沖床加工制成的。第3頁/共37頁第三章 數字程序控制技術銑床：切削金屬用的一種機床。裝有棒狀或者盤狀的多刃刀具，用來加工平面，曲面和各種凹槽。工作時刀具旋轉，工件移動著跟刀具接觸。種類很多，如立式銑床，萬能臥式銑床等。刨床：用于金屬材料的平面加工和各種直線的成型面的加

3、工的一種機床。龍門刨，牛頭刨。車床：最常用的一種金屬切削機床。主要用來做內圓，外圓和螺紋等成型面的加工。工作時工件旋轉，車刀移動著進行切削。也叫旋床。磨床：裝有高速旋轉的砂輪，用來磨制工件表面的機床，作用是使工件表明光潔，提高零件的精確度。第4頁/共37頁第三章 數字程序控制技術3.1 數字程序控制基礎3.2 逐點比較法插補原理3.3 步進電機控制技術第5頁/共37頁3.1 3.1 數字程序控制基礎 1952年，美國麻省理工學院（MIT）伺服機構實驗室，為了滿足高精度和高效率的加工復雜零件的需要，設計出第一臺數控機床。 早期的數控（NC: Numerical Control）機床是以數字電路技

4、術為基礎來實現的。70年代初期在數控系統中利用了計算機來實現控制，從而誕生了計算機數控（CNC）。 3.1 數字程序控制基礎 它是通過軟件實現控制，要想改變控制功能，只需改變相應的控制程序，硬件電路不作或只作極少改動，所以通用性和靈活性都很好。 第6頁/共37頁微機數控系統的組成 當CNC系統中的計算機采用微機時，就成為微機數控(MNC)系統。 3.1 數字程序控制基礎第7頁/共37頁微機數控系統的組成3.1 數字程序控制基礎輸入裝置：指微機的輸入設備，如鍵盤。 微機：微機數控系統運算和控制的核心。 輸出裝置：包括輸出緩沖電路、隔離電路、輸出信號功率放大器、各種顯示設備等。 伺服機構：包括各種

5、伺服元件和功率驅動元件。 加工機械：數控系統的控制對象，各種機床、織機等。 第8頁/共37頁微機數控系統的分類3.1 數字程序控制基礎1 1 按控制對象的運動軌跡分類（按控制方式）（1）點位控制（2）直線切削控制（3）輪廓切削控制2 2 按對伺服機構的控制方式分類 （1）閉環數字程序控制（2）開環數字程序控制第9頁/共37頁數字程序控制原理 3.1 數字程序控制基礎OXYabcd 圖3.2 曲線分段第10頁/共37頁數字程序控制原理 插補（插值）：求取曲線中間各個點的數值計算方法稱為插值或者插補。 插補計算就是按照給定的基本數據（如直線或圓弧的起點和終點坐標），插補（插值）其中間的坐標數據，從

6、而把曲線形狀描述出來的一種計算。 插補計算的宗旨是通過給定的基點坐標，以一定的速度連續的定出一系列中間點，這些中間點的坐標值是以一定的精度逼進給定的線段。 3.1 數字程序控制基礎第11頁/共37頁數字程序控制原理 把插補運算過程中定出的各個中間點，以脈沖信號形式去控制x，y方向上的步進電機，帶動繪圖筆，刀具等，從而繪出圖形或者加工出所要求的輪廓來。這里的每一個脈沖信號代表步進電機走一步，即繪圖筆或刀具在x或y方向上移動一個位置。對應于每一個脈沖移動的相對位置稱為脈沖當量，也稱為步長，常用 來表示，并且總是規定 。 3.1 數字程序控制基礎yxyx ,第12頁/共37頁數字程序控制原理yyyN

7、xxxNeyex00,x方向和y方向應移動的總步數 ：1yx00,yyNxxNeyex令則：3.1 數字程序控制基礎第13頁/共37頁3.2 3.2 逐點比較法插補原理 逐點比較法：走一走，看一看，比一比逐點比較法直線插補 逐點比較法圓弧插補 3. 2 逐點比較法插補原理第14頁/共37頁逐點比較法直線插補3. 2 逐點比較法插補原理eeexyK 直線的斜率：當某一時刻加工點到達M(Xm,Ym)點時，則直線OM的斜率為 mmmxyK第15頁/共37頁逐點比較法直線插補3. 2 逐點比較法插補原理emmeemxxxyxyFF=0，M點在直線OE上；F0，M點在直線OE上方；F0， M點在直線OE

8、下方。 第16頁/共37頁逐點比較法直線插補meemmxyxyF偏差可表示為 ：當Fm=0時，M點在直線OE上，此時沿+x軸方向進給一步；當Fm0時，M點在直線OE的上方，沿+x軸方向進給一步；當Fm0時，M點在直線OE的下方，沿+y軸方向進給一步。 按照上式計算偏差，要做兩次乘法，一次減法，比較麻煩，因此需要進一步簡化，也是為了便于編程，得到偏差計算的遞推公式。 3. 2 逐點比較法插補原理第17頁/共37頁逐點比較法直線插補（2）Fm0，向+y軸方向進給一步，新坐標： ),(11mmyxmmmmyyxx111則：則偏差為 ：ememeemmyFyxyxyF1（1）Fm0，向+x軸方向進給一

9、步，新坐標： ),(11mmyx則：則偏差為 ：111mmmmyyxxememeemmxFxxyxyF13. 2 逐點比較法插補原理第18頁/共37頁逐點比較法直線插補1 設置兩個計數器Nx和Ny，分別對x坐標方向和y坐標方向的總步數進行計數。每走一步，相應計數器減一，直到兩個均為零為止。如何判斷是否已經走到終點？3. 2 逐點比較法插補原理2 設置一個計數器Nxy，對x坐標方向和y坐標方向的總步數之和進行計數。每走一步，計數器減一，直到為零為止。第19頁/共37頁逐點比較法直線插補直線插補的步驟 ： (1)偏差判別：即判別上一次進給后的偏差值Fm是最大于等于零，還是小于零；（2)坐標進給：即

10、根據偏差判斷的結果決定進給方向，并在該方向上進給一步； (3)偏差計算：即計算進給后的新偏差值Fm+1，作為下一步偏差判別的依據； (4)終點判別：即若已到達終點，則停止插補；若未到達終點，則重復上述步驟。 3. 2 逐點比較法插補原理第20頁/共37頁逐點比較法直線插補第一象限直線插補的幾個思考問題：3. 2 逐點比較法插補原理1 每走一步，橫坐標或者縱坐標總有一個是增加的么？ 2 第一步,起始點在原點時，Fm=0，必須是橫坐標方向（X）先走么？ 3 有無可能在某一個方向連著走幾步 ？4 有無更簡單的直線插補方法，節省所走的步數？ 第21頁/共37頁逐點比較法直線插補直線插補計算舉例：例3.

11、1 設加工第一象限直線OA，起點為(0，0)，終點坐標為(6，4)試進行插補計算，并作出走步軌跡圖。 3. 2 逐點比較法插補原理思路：首先確定終點在哪個象限；其次計算出總步數為多少；按照四步計算過程(偏差判別，坐標進給，偏差計算，終點判斷)來計算各步的走向；最后繪出走步軌跡圖。第22頁/共37頁逐點比較法直線插補3. 2 逐點比較法插補原理第23頁/共37頁第24頁/共37頁逐點比較法圓弧插補3. 2 逐點比較法插補原理222Ryxaa222RyxFmmm若Fm=0，則表明加工點M在圓弧上；Fm0，表明加工點在圓弧外；Fm0，表明加工點在圓弧內。為了使新的加工點逼近給定圓弧，對于SR1，進給

12、方向應為：當Fm0時，應向-y軸方向進給一步；當Fm0時，應向+x方向進給一步。 第25頁/共37頁逐點比較法圓弧插補3. 2 逐點比較法插補原理 若Fm0，則應沿-y軸方向走一步，新加工點的偏差為： 若Fm0，則應沿+x軸走一步，新加工點的偏差為：， 111mmmmyyxx121mmmyFFmmmmyyxx111121mmmxFF第26頁/共37頁逐點比較法圓弧插補圓弧插補的步驟 ： (1) 偏差判別(2) 坐標進給 (3) 偏差計算 (5) 終點判別 (4) 坐標計算3. 2 逐點比較法插補原理第27頁/共37頁逐點比較法圓弧插補四象限圓弧插補公式（P85P85）3. 2 逐點比較法插補原

13、理第28頁/共37頁3.3 3.3 步進電機控制技術 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。 步進電機的工作原理 步進電機的工作方式 步進電機控制接口及輸出字表 步進電機控制程序 第29頁/共37頁步進電機的工作原理 3. 3 步進電機控制方式步進電機，又叫脈沖電機，它是一種將電脈沖信號轉換為角位移的機電式數模轉換器。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

14、步進電機控制線路接收計算機發來的脈沖指令，控制步進電機作相應的轉動，來帶動機床的工作臺或刀具。第30頁/共37頁步進電機的工作原理 3. 3 步進電機控制方式第31頁/共37頁步進電機的工作原理 3. 3 步進電機控制方式ZNNZ360步距角：ZZ3602齒距角：N是步進電機的工作拍數，Z是轉子的齒數。第32頁/共37頁步進電機的工作方式 1 單三拍工作方式 ABCA2 雙三拍工作方式 ABBCCAAB 3 三相六拍工作方式 AABBBCCCAA 3. 3 步進電機控制方式第33頁/共37頁步進電機控制技術 1 步進電機控制接口及輸出字表 2 步進電機控制程序 第34頁/共37頁本章重點： 1 數字控制技術原理。 2 逐點比較法直線插補原理及計算。 3 步進電機原理及控制方式。第35頁/共37頁本章作業：P99 3.1,3.2,3.4,3.5,3.61 什么是數字程序控制？數字程序控制有哪幾種方式？2 什么是逐點比較插補法？直線插補計算過程和圓弧插