单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,能根据输入的指令和数据，控制生产机械按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动完成工作的自动控制，称为数字程序控制。,数字程序控制主要应用于机床的自动控制，如用于铣床、车床、加工中心、线切割机以及焊接机、气割机等的自动控制系统中。,什么是数字程序控制？,数字程序控制的应用,2024/11/19,1,能根据输入的指令和数据，控制生产机械按规定的,3,1,数字程序控制基础,1.,运动轨迹插补的基本原理,图,1,曲线分段,（,1,）将曲线划分成若干段，分段线段可以是直线或弧线。,（,2,）确定各线段的起点和终点坐标值等数据，并送入计算机。,（,3,）根据各线段的性质，确定各线段采用的插补方式及插补算法。,（,4,）将插补运算过程中定出的各中间点，以脉冲信号的形式去控制,x,和,y,方向上的步进电机，带动刀具加工出所要求的零件轮廓。每个脉冲驱动步进电机走一步为一个脉冲当量（,mm,脉冲），或步长，用,x,和,y,来表示，通常取,x,y,。,2024/11/19,2,31 数字程序控制基础1.运动轨迹插补的基本原理,图,3,闭环数字程序控制,图,2,开环数字程序控制,2.,数字程序控制系统分类,（按伺服控制方式分类）,2024/11/19,3,图3 闭环数字程序控制 图2 开环数字程序控制 2.数,3.2,逐点比较法插补原理,1.,逐点比较法直线插补（以第一象限 为例）,（,1,）直线插补的偏差判别式,若,F,m,0,，表明点,m,在,oA,直线上；,F,m,0,，表明点,m,在,oA,直线上方；,F,m,0,，表明点,m,在,oA,直线下方。,从直线的起点出发，当,F,m,0,时，沿,x,轴方向走一步；当,F,m,0,时，沿,y,方向走一步；当两方向所走的步数与终点坐标（,x,e,，,y,e,）相等时，发出终点到信号，停止插补。,第一象限直线逐点比较法插补原理为：,图,4,第一象限直线,2024/11/19,4,3.2 逐点比较法插补原理 1.逐点比较法直线插补,偏差判别式,简化,当,F,m,0,时，表明,m,点在,oA,上或,oA,的上方，此时应沿,x,方向进给一步，走一步后新的坐标值为,该点的偏差为,同理，当,F,m,0,时，应向,y,方向进给一步，该点的偏差为,2024/11/19,5,偏差判别式简化 当Fm0时，表明m点在oA上或,（,2,）终点判别方法,总步长法：,设置一个终点计数器,N,xy,，寄存,x,、,y,两个坐标方向进给的总步数，,x,和,y,坐标每进给一步，,N,xy,就减,1,，直到,N,xy,减到零，就达到终点。,终点坐标法：,设置,N,x,、,N,y,两个减法计数器，在加工开始前，在,N,x,、,N,y,计数器中分别存入终点坐标值,x,e,、,y,e,。加工时，,x,坐标每进给一步，就在,N,x,计数器中减去,1,，,y,坐标每进给一步，就在,N,y,计数器中减去,1,，直到这两个计数器中的数都减到零，就到达终点。,2024/11/19,6,（2）终点判别方法 总步长法：设置一个终点计数器Nxy，寄,偏差判别：判断上一步进给后的偏差是,F,0,还是,F,0,；,坐标进给：根据所在象限和偏差判别的结果，决定进给坐标轴及其方向；,偏差计算：计算进给一步后新的偏差，作为下一步进给的偏差判别依据；,终点判断：进给一步后，终点计数器减,1,，判断是否到达终点，到达终点则停止运算；若没有到达终点，返回。如此不断循环直到到达终点。,逐点比较法直线插补计算的四个步骤：,2024/11/19,7,偏差判别：判断上一步进给后的偏差是F0还是F0；逐点,（,3,）四个象限直线插补,图,5,四个象限直线的偏差符号和方向,不同象限直线插补的偏差符号和进给方向如图；,计算时，公式中的终点坐标值,x,e,和,y,e,均采用绝对值。,2024/11/19,8,（3）四个象限直线插补图5 四个象限直线的偏差符号和方向不,（,4,）直线插补计算的程序实现,设置六个存储单元,XE,、,YE,、,NXY,、,FM,、,XOY,和,ZF,，分别存放直线的终点横坐标值,x,e,、终点纵坐标值,y,e,、进给总步数,N,xy,、加工点偏差,F,m,、直线所在象限标志及进给方向标志。,图,6,直线插补计算程序流程,2024/11/19,9,（4）直线插补计算的程序实现设置六个存储单元XE、YE、NX,例,3,1,设加工第一象限直线,oA,，起点坐标为,o,（,0,，,0,），终点坐标为,A,（,6,，,4,），试进行插补计算并作出走步轨迹图。,图,7,直线插补走步轨迹图,解,x,e,6,，,y,e,4,，进给总步数,N,xy,|6,0|,|4,0|,10,，,F,0,0,，插补计算过程如表，走步轨迹如图。,2024/11/19,10,例31 设加工第一象限直线oA，起点坐标为o（0，0），,步数,偏差判别,坐标进给,偏差计算,终点判断,起点,F,0,0,N,xy,10,1,F,0,0,x,F,1,F,0,y,e,0,4=,4,N,xy,9,2,F,1,0,y,F,2,F,1,x,e,4,6,2,N,xy,8,3,F,2,0,x,F,3,F,2,y,e,2,4=,2,N,xy,7,4,F,3,0,y,F,4,F,3,x,e,2,6,4,N,xy,6,5,F,4,0,x,F,5,F,4,y,e,4,4,0,N,xy,5,6,F,5,0,x,F,6,F,5,y,e,0,4=,4,N,xy,4,7,F,6,0,y,F,7,F,6,x,e,4,6,2,N,xy,3,8,F,7,0,x,F,8,F,7,y,e,2,4=,2,N,xy,2,9,F,8,0,y,F,9,F,8,x,e,2,6,4,N,xy,1,10,F,9,0,x,F,10,F,9,y,e,4,4=0,N,xy,0,表,1,直线插补过程,2024/11/19,11,步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判断起点 F00 Nxy,2,逐点比较法圆弧插补（以第一象限 为例）,（,1,）逆圆弧插补,偏差判别式,图,8,第一象限逆圆弧,F,m,0,，表明加工点,m,在圆弧上；,F,m,0,，表明加工点,m,在圆弧外；,F,m,0,，表明加工点,m,在圆弧内。,当,Fm,0,时，,x,轴方向进给一步，并计算新的偏差；当,F,m,0,时，向,y,轴方向进给一步，并计算新的偏差。如此，一步步计算，一步步进给，并在到达终点时停止计算，就可插补出如图所示的第一象限逆圆弧。,第一象限逆圆弧插补原理为：,2024/11/19,12,2 逐点比较法圆弧插补（以第一象限 为例）（1）逆圆弧插,新加工点的偏差为,当,F,m,0,时，应沿,x,轴方向进给一步，到,m,1,点，其坐标值为,偏差判别式,简化,同理，当,F,m,0,时，新加工点的偏差为,2024/11/19,13,新加工点的偏差为当Fm0时，应沿x轴方向进给一步，到m,（,2,）终点判断,同直线插补计算，将,x,轴方向的走步步数,N,x,|,x,e,x,0,|,与,y,轴方向的走步步数,N,y,|,y,e,y,0,|,之和,N,xy,N,x,N,y,作为一个计数器，每走一步，从,N,xy,中减,1,，,N,xy,减到零时，就到达终点。,2024/11/19,14,（2）终点判断 同直线插补计算，将x轴方向的,逐点比较法直线插补计算的五个步骤：,偏差判别，坐标进给，偏差计算，,坐标计算,，终点判断。,注意：,在偏差计算的同时，要进行动点瞬时坐标值的计算，以便为下一点的偏差计算做好准备。,2024/11/19,15,逐点比较法直线插补计算的五个步骤：偏差判别，坐标进给，偏差计,（,3,）顺圆弧插补偏差判别式,图,9,第一象限顺圆弧,若偏差,F,m,0,，沿 轴方向进给一步，,新加工点的坐标为,，偏差为,若,F,m,0,，下一步向,x,轴方向进给一步，新加工点的坐标为 ，偏差为,2024/11/19,16,（3）顺圆弧插补偏差判别式图9 第一象限顺圆弧 若,（,4,）四个象限圆弧插补,图,10,四个象限圆弧插补的对称关系,圆弧插补中，沿对称轴的进给的方向相同，沿非对称轴的进给的方向相反。,所有对称圆弧的偏差计算公式，只要取起点坐标的绝对值，均与第一象限中的逆圆弧或顺圆弧的偏差计算公式相同。,2024/11/19,17,（4）四个象限圆弧插补图10 四个象限圆弧插补的对称关系,（,5,）,圆,弧,插,补,计,算,的,程,序,实,现,图,11,四象限圆弧插补程序流程图,2024/11/19,18,（5）图11 四象限圆弧插补程序流程图2023/8/618,例,3,2,设加工第一象限逆圆弧,AB,，已知圆弧的起点坐标为,A,（,4,，,0,），终点坐标为,B,（,0,，,4,），试进行插补计算并作出走步轨迹图。,解,插补计算过程如表，走步轨迹如图。,图,12,圆弧插补走步轨迹图,2024/11/19,19,例32 设加工第一象限逆圆弧AB，已知圆弧的起点坐标为A（,步数,偏差判别,坐标进给,偏差计算,坐标计算,终点判别,起点,F,0,0,x,0,4,，,y,0,0,N,xy,8,1,F,0,0,x,F,1,F,0,2x,0,1,7,x,1,x,0,1,3,，,y,1,0,N,xy,7,2,F,1,0,y,F,2,F,1,2y,1,1,6,x,2,3,，,y,2,y,1,1,1,N,xy,6,3,F,2,0,y,F,3,F,2,2y,2,1,3,x,3,3,，,y,3,y,2,1,2,N,xy,5,4,F,3,0,y,F,4,F,3,2y,3,1,2,x,4,3,，,y,4,y,3,1,3,N,xy,4,5,F,4,0,x,F,5,F,4,2x,4,1,3,x,5,x,4,1,2,，,y,5,3,N,xy,3,6,F,5,0,y,F,6,F,5,2y,5,1,4,x,6,2,，,y,6,y,5,1,4,N,xy,2,7,F,6,0,x,F,7,F,6,2x,6,1,1,x,7,x,6,1,1,，,y,7,4,N,xy,1,8,F,7,0,x,F,8,F,7,2x,7,1,0,x,8,x,7,1,0,，,y,8,4,N,xy,0,表,2,圆弧插补计算过程,2024/11/19,20,步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别起点F00 x0,3,3,步进电机控制技术,步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的电磁装置，其转子的转角与输入的电脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，运动的方向由步进电机各相的通电顺序决定。步进电机具有控制简单、运行可靠、惯性小等优点，主要用于开环数字程序控制系统中。,2024/11/19,21,33 步进电机控制技术 步进电机是一种将,1.,步进电机工作原理,图,13,步进电机结构及工作原理图,下图是三相反应式步进电机结构简图。假设转子上只有四个齿，相邻两齿对应的角度为齿距角，齿距角为,Z,转子齿数。,Z,4,时，。,2024/11/19,22,1.步进电机工作原理 图13 步进电机结构及工作原理图,输入一个电脉冲信号，转子转过的角度称为步距角,s,，,对于步进电机的三相单三拍工作方式，每切换一次通电状态，转子转过的角度为,1/3,齿距角，经过一个周期，转子走了,3,步，转过一个齿距角。,式中：,Z,转子齿数；,N,步进电机工作拍数，,N,mK,；,m,定子绕组相数；,K,与通电方式有关的系数，单相通电方式,K,1,，,单、双相通电方式,K,2,2024/11/19,23,输入一个电脉冲信号，转子转过的角度称为步距角,2,步进电机的工作方式,步进电机有三相、四相、五相、六相等多种，每一种均可工作于单相通电方式，双相通电方式，或单、双相交叉通电方式。,单三拍工作方式，各相通电顺序为,ABCA,，或,ACBA,；,双三拍工作方式，各相通电顺序为,ABBCCAAB,，或,ACCBBAAC,；,三相六拍工作方式，各相通电顺序为,AABBBCCCAA,，或