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1、第三章 數(shù)字控制技術(shù),3.1 數(shù)字控制基礎(chǔ),數(shù)字控制，就是生產(chǎn)機(jī)械（如機(jī)床）根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的指令和數(shù)據(jù)，按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、 運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)完成工作的 控制方式。,數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、可編程控制器和檢測(cè)裝置等組成。,包括控制器、插補(bǔ)器、輸入和輸出裝置,數(shù)控機(jī)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(bǔ)計(jì)算,插補(bǔ)/插值：求得各段曲線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。,3、步進(jìn)電機(jī)控制,兩種常用插補(bǔ)形式：直線插補(bǔ)、二次曲線插補(bǔ),脈沖當(dāng)量(步長(zhǎng)，x=y) ：每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置。,常用插補(bǔ)算法有逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積
2、分法、數(shù)字脈沖乘法器等。,插補(bǔ)算法：就是如何分配 x 和 y 方向上的脈沖數(shù)，使實(shí)際的中間點(diǎn)軌跡盡可能地逼近理想軌跡。,3.1.3 數(shù)字控制方式,點(diǎn)位控制：只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，不需要插補(bǔ)計(jì)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(diǎn)坐標(biāo)值，并要求刀具相對(duì)于工件平行某一直角坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)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(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將工件加工成某一形狀，需要插補(bǔ)計(jì)算。采用這類控制的有銑床、車床、磨床、齒輪加工機(jī)床等。,3.1.4 數(shù)字控制系統(tǒng),開(kāi)環(huán)數(shù)字控制采用步進(jìn)
3、電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件,閉環(huán)數(shù)字控制，多采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，測(cè)量元件采用光電編碼器、光柵、感應(yīng)同步器等。主要用于大型精密加工機(jī)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(dòng)機(jī),速度測(cè)量,工作臺(tái),位置測(cè)量,(b) 半閉環(huán)數(shù)字控制,測(cè)量元件在伺服電機(jī)的軸端 可克服工作臺(tái)機(jī)械參數(shù)變動(dòng)對(duì)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(cè)量元件在工作臺(tái)上,脈沖增量插補(bǔ)：逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法。步進(jìn)電機(jī) 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)：伺服電機(jī)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(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)：PC嵌入NC ，NC嵌入PC,運(yùn)動(dòng)控制卡,PC模板,網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng),3.2 插補(bǔ)原理
4、,輸出單個(gè)脈沖等,輸出采樣周期內(nèi)坐標(biāo)方向的增量等,第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ),3.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ),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，看這點(diǎn)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(jìn)給方向。以階梯折線來(lái)逼近直線或圓弧等曲線。,若Fm 0 ，表明點(diǎn)m在OA直線段的上方或上面，應(yīng)沿+x軸方向走一步；若Fm < 0 ，表明點(diǎn)m在OA直線段的下方，應(yīng)沿+y軸方向走一步。,偏差計(jì)算公式,有兩種方法：設(shè)置Nx和Ny兩個(gè)計(jì)數(shù)器；設(shè)置Nxy一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器。,包括差別判斷、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判斷。, 插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程, 終點(diǎn)判斷,四個(gè)象限的直
5、線插補(bǔ),直線插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn),表3.1 直線插補(bǔ)的進(jìn)給方向及偏差計(jì)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(shè)加工第一象限直線，O(0，0)， A(6，4)，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3.2.2 逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ),第一象限內(nèi)的圓弧插補(bǔ)
6、,偏差計(jì)算公式,四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ),,表3.3 圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)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(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn),(2) 程序流程,例3.2 設(shè)加工第一象限圓弧，起點(diǎn)A(4，0)， 終點(diǎn)B(0，4)， 試進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算并作出走步軌跡圖。,,3.2.3 數(shù)字積分插補(bǔ),數(shù)字積分直線插補(bǔ),例子：設(shè)(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(zhǎng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)字積分圓弧插補(bǔ),,,例子：設(shè)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(jìn)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù),步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)，是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為 角位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。,3.3.1 步進(jìn)電機(jī)的分類,按力矩產(chǎn)生原理,反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無(wú)繞組 勵(lì)磁式：轉(zhuǎn)子有繞組或?yàn)橛谰么盆F,步距小,,按輸
10、出力矩大小,伺服式 功率式,,3.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理,步進(jìn)電機(jī)的齒距角,步進(jìn)電機(jī)的步距角,轉(zhuǎn)子齒數(shù),步進(jìn)電機(jī)工作拍數(shù),圖3.20 三相步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)的工作方式,3.3.4 步進(jìn)電機(jī)控制接口及輸出字表,L298N、SI-7300步進(jìn)電機(jī)集成功率放大器，HB304V三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,ISA,L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V。,三相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,x軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表,存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào),低8位輸出字,y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表,存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào),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(jìn)電機(jī)控制程序,,按正序或反序取輸出字，可控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)； 控制延時(shí)時(shí)間常數(shù)，可達(dá)到調(diào)速的目的,P100 4題，5題，6題，7 題，8題,作業(yè)：,附加：直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速,反向換流器,Aedk計(jì)控試驗(yàn)箱直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),光電編碼器：一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。,
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