第5章 数字控制技术(正式版)ppt课件.ppt

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1、第5章数字控制技术数字程序控制技术是综合应用计算机、自动控制、智能仪器仪表、精密机械等高新技术的产物。它主要应用于铣床、车床、加工中心、线切割机、焊接机、工业机器人等自动控制系统中。数字程序控制系统具有能加工形状复杂的零件、加工精度高、生产效率高、便于改变加工零件品种等特点，它是实现机床自动化的一个重要发展方向。本章目录教学要求基本内容重点难点问题思考本章目录5.1数字控制基础5.2逐点比较法插补原理5.3步进电动机控制返回首页所谓数字程序控制，就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种加工机床）按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的自

2、动控制。数字程序控制系统一般由输入装置、输出装置、控制器和插补器等四大部分组成。随着计算机技术的飞速发展，数字程序控制系统的这些主要功能都由计算机来完成。5.1数字控制基础5.1.1数字控制的基本原理基本思路－数控加工轮廓一般由直线、圆弧组成，也可能有一些非圆曲线轮廓，因此可以用分段曲线（曲线基点和曲线属性）拟合加工轮廓。－输出装置为步进电机，驱动每个轴以一定距离的步长运动，实际加工轮廓是以折线轨迹拟合光滑曲线。步骤：1.曲线分段(1)图4-1中曲线分为三段，分别为ab、bc、cd，a、b、c、d四点坐标送计算机。(2)分割原则：应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之

3、内。XdcbaOY图5-1曲线分段2.插补计算当给定a、b、c、d各点坐标x、y之后，求这些点中间值的数字计算方法称插补。(1)插补计算：给定曲线基点坐标，求得曲线中间值的数值计算方法。(2)插补计算原则：通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，这些中间点的坐标值以一定的精度逼近给定的线段。直线插补在给定的两基点之间用一条近似直线来逼近。二次曲线插补在给定的两基点之间用一条近似曲线来逼近。曲线有圆弧、抛物线、双曲线等。3.插补方法的计算机实现把插补运算过程中给定的中间点，以脉冲信号的形式去控制x、y方向上的步进电机，来实现图形重现。一个脉冲信号代表步进电机走一步

4、。也称为折线逼近。如图5-2所示。xyX0，Y0X1，Y1图5-2折线逼近步长：对应每个脉冲移动的相对位置称脉冲当量，又称步长。常用Δx、Δy来表示，且取Δx=Δy。x、y方向上移动的步数：Nx=（x1-x0）/ΔxNy=（y1-y0）/Δy若Δx=Δy=1，即定义为坐标增量值，即x0,y0,x1,y1,均是以脉冲当量定义的坐标值，则Nx=（x1-x0），Ny=（y1-y0）常见插补方法：逐点比较法、数字积分法、数字脉冲乘法器。数字程序控制的3种方式：点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制。1）点位控制只要求控制刀具行程终点的坐标值，即工件加工点准确定位，只是在准确到达指定位置

5、后才开始加工。（定位）2）直线切削控制控制行程的终点坐标值，还要求刀具相对于工件平行某一坐标轴作直线运动，且在运动过程中进行切削加工。（单轴切削）5.1.2数字控制方式3）轮廓的切削控制控制刀具沿工件轮廓曲线运动，并在运动过程中将工件加工成某一形状。这种方式借助于插补器进行。（多轴切削）三种方式比较点位控制：驱动电路简单，无需插补直线切削控制：驱动电路复杂，无需插补轮廓切削控制：驱动电路复杂，需插补5.1.3开环、闭环数字程序控制1.闭环数字程序控制用于大型精密加工机床，结构复杂。计算机D/A伺服机驱动器伺服机工作台测量元件2.开环数字程序控制运用广泛，结构简单，可靠性高。计

6、算机步进电机驱动步进电机工作台5.2逐点比较法插补原理逐点比较法：(1)就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方、左边或右边，从而决定下一步的进给方向。(2)逐点比较法是以阶梯折线来逼近直线或圆弧等曲线，它与给定的轨迹之间的最大误差为一个脉冲当量。因此步长愈小加工精度就愈高。走一步->比较一次->决定下一步的走向逐点比较法直线插补插补步骤：偏差判别->坐标进给->偏差计算->终点判断走一步->比较一次->决定下一步的走向->插补结束判断图5-3第一象限内的直线插补5.2.1逐点比较法直线插补1.偏差计算式若点m在OA直线段上，则有

7、xm/ym=xe/ye即ymxe-xmye＝0于是取偏差计算式为Fm=ymxe-xmye2.偏差判别偏差判别式：若Fm=0，则点m在OA直线段上；若Fm>0，则点m在OA直线段的上方；若Fm<0，则点m在OA直线段的下方。进给方向确定：当Fm>=0时，沿+x轴方向走一步；当Fm<0，沿+y方向走一步；当目前坐标与终点坐标相等，停止插补。3.偏差计算的简化（1）设加工点在m点，若Fm>=0，这时沿+x轴方向走一步至m＋1点。(xm+1，ym+1)=(xm+1,ym)Fm+1=ym+1xe-xm+1ye=y