1、第第4 4章章 數(shù)字程序控制技術(shù)數(shù)字程序控制技術(shù) 數(shù)字程序控制技術(shù)是綜合應(yīng)用計(jì)算數(shù)字程序控制技術(shù)是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、智能儀器儀表、精密機(jī)械機(jī)、自動(dòng)控制、智能儀器儀表、精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物。它等高新技術(shù)的產(chǎn)物。它主要應(yīng)用于銑床、主要應(yīng)用于銑床、車床、加工中心、線切割機(jī)、焊接機(jī)、工車床、加工中心、線切割機(jī)、焊接機(jī)、工業(yè)機(jī)器人業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)控制系統(tǒng)中。數(shù)字程序控等自動(dòng)控制系統(tǒng)中。數(shù)字程序控制系統(tǒng)具有制系統(tǒng)具有能加工形狀復(fù)雜的零件、加工能加工形狀復(fù)雜的零件、加工精度高、生產(chǎn)效率高、便于改變加工零件精度高、生產(chǎn)效率高、便于改變加工零件品種品種等特點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化的一個(gè)等特點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)機(jī)

2、床自動(dòng)化的一個(gè)重要發(fā)展方向。重要發(fā)展方向。 本本 章章 目目 錄錄所謂數(shù)字程序控制，就是所謂數(shù)字程序控制，就是計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù)，控制的指令和數(shù)據(jù)，控制生產(chǎn)機(jī)械生產(chǎn)機(jī)械（如各種加工機(jī)（如各種加工機(jī)床）按規(guī)定的工作順序、床）按規(guī)定的工作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的和運(yùn)動(dòng)速度等規(guī)律自動(dòng)地完成工作的自動(dòng)控制自動(dòng)控制。 數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由輸入裝置、輸出輸入裝置、輸出裝置、控制器和插補(bǔ)器裝置、控制器和插補(bǔ)器等四大部分組成。隨著等四大部分組成。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字程序控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字

3、程序控制系統(tǒng)的這些主要功能都由計(jì)算機(jī)來完成。這些主要功能都由計(jì)算機(jī)來完成。4.1 4.1 數(shù)字程序控制基礎(chǔ)數(shù)字程序控制基礎(chǔ)當(dāng)給定當(dāng)給定a a、b b、c c、d d各點(diǎn)坐標(biāo)各點(diǎn)坐標(biāo)x x和和y y值之后，如何確定各坐標(biāo)值值之后，如何確定各坐標(biāo)值之間的中間值之間的中間值? ?插補(bǔ)計(jì)算的插補(bǔ)計(jì)算的宗旨宗旨是通過給定的基點(diǎn)是通過給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系坐標(biāo)，以一定的速度連續(xù)定出一系列中間點(diǎn)，而這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值列中間點(diǎn)，而這些中間點(diǎn)的坐標(biāo)值是以一定的精度逼近給定的線段。是以一定的精度逼近給定的線段。為了簡化插補(bǔ)運(yùn)算過程和加快插補(bǔ)速度，常用的是為了簡化插補(bǔ)運(yùn)算過程和加快插補(bǔ)速度，常用的

4、是直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)和和二次曲線插補(bǔ)二次曲線插補(bǔ)兩種形式。兩種形式。求得這些中間值的數(shù)值計(jì)算方法插值或插補(bǔ)插值或插補(bǔ)。xyabcd前期準(zhǔn)備曲線分成若干段數(shù)字程序控制原理數(shù)字程序控制原理 基本思路基本思路 數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成數(shù)控加工輪廓一般由直線、圓弧組成，也可能，也可能有一些非圓曲線輪廓，因此可以用分段曲線（曲線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。基點(diǎn)和曲線屬性）擬合加工輪廓。 輸出裝置為輸出裝置為步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)每個(gè)軸以一定距離，驅(qū)動(dòng)每個(gè)軸以一定距離的步長運(yùn)動(dòng)，實(shí)際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑的步長運(yùn)動(dòng)，實(shí)際加工輪廓是以折線軌跡擬合光滑

5、曲線。曲線。 步驟：步驟： 1. 1. 曲線分段曲線分段 (1)(1)圖圖4-14-1中曲線分為中曲線分為三段三段，分別為，分別為abab、bcbc、cdcd，a a、b b、c c、d d四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)。四點(diǎn)坐標(biāo)送計(jì)算機(jī)。 (2(2) )分割原則：分割原則：應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形應(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)。的誤差在允許范圍之內(nèi)。X Xd dc cb ba aO OY Y圖圖4-1 曲線分段曲線分段 2. 2. 插補(bǔ)計(jì)算插補(bǔ)計(jì)算 當(dāng)給定當(dāng)給定a a、b b、c c、d d各點(diǎn)坐標(biāo)各點(diǎn)坐標(biāo)x x、y y之后，之后，求這求這些點(diǎn)中間值的數(shù)字計(jì)算方法稱插補(bǔ)些點(diǎn)中間值的數(shù)

6、字計(jì)算方法稱插補(bǔ)。 (1)(1)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。線中間值的數(shù)值計(jì)算方法。 (2)(2)插補(bǔ)計(jì)算原則：插補(bǔ)計(jì)算原則：通過給定的基點(diǎn)坐標(biāo)，以通過給定的基點(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)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。的坐標(biāo)值以一定的精度逼近給定的線段。 l直線插補(bǔ)直線插補(bǔ) 在給定的兩基點(diǎn)之間用一條在給定的兩基點(diǎn)之間用一條近似直線近似直線來來逼近。逼近。l二次曲線插補(bǔ)二次曲線插補(bǔ) 在給定的兩基點(diǎn)之間用一條在給定的兩基點(diǎn)之間用一條近似曲線近似曲線來來逼近。曲線

7、有圓弧、拋物線、雙曲線等。逼近。曲線有圓弧、拋物線、雙曲線等。直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來逼近，也就是由此定出中間點(diǎn)連接起來的折線近線來逼近，也就是由此定出中間點(diǎn)連接起來的折線近似于一條直線，并不是真正的直線。似于一條直線，并不是真正的直線。 二次曲線插補(bǔ)二次曲線插補(bǔ)是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近是指在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來逼近，也就是實(shí)際的中間點(diǎn)連線是一條近似曲線來逼近，也就是實(shí)際的中間點(diǎn)連線是一條近似于曲線的折線弧。似于曲線的折線弧。常用的二次曲線有圓弧、拋物常用的二次曲線有圓弧、拋物線和雙曲線等。線和雙曲線等。

8、 3. 3. 插補(bǔ)方法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)方法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn) 把插補(bǔ)運(yùn)算過程中給定的中間點(diǎn)，以脈沖信把插補(bǔ)運(yùn)算過程中給定的中間點(diǎn)，以脈沖信號(hào)的形式去控制號(hào)的形式去控制x x、y y方向上的步進(jìn)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)方向上的步進(jìn)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)圖形重現(xiàn)。圖形重現(xiàn)。 一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步。也稱為一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步。也稱為折線逼近。折線逼近。xyX0，Y0X1，Y1折線逼近折線逼近常見插補(bǔ)方法：常見插補(bǔ)方法：逐點(diǎn)比較法、逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、數(shù)數(shù)字積分法、數(shù)字脈沖乘法器。字脈沖乘法器。（1 1）脈沖脈沖：每一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步；代：每一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步；代表的是加工過程中最

9、小的加工單位，就是步長。表的是加工過程中最小的加工單位，就是步長。（2 2）步長步長：對應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對位置稱為脈：對應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對位置稱為脈沖當(dāng)量，又稱為步長，常用沖當(dāng)量，又稱為步長，常用xx和和yy來表示，并且總來表示，并且總是取是取xxyy。（3 3）脈沖個(gè)數(shù)（步數(shù)）脈沖個(gè)數(shù)（步數(shù)）：線段在：線段在x x軸和軸和y y軸的投影長軸的投影長度，和脈沖當(dāng)量有關(guān)。度，和脈沖當(dāng)量有關(guān)。 Nx=(Xe-X0) /x Ny=(Ye-Y0) /y 數(shù)字程序控制的數(shù)字程序控制的3 3種方式：種方式：點(diǎn)位控制、直線切削控點(diǎn)位控制、直線切削控制、輪廓切削控制制、輪廓切削控制。 1 1）點(diǎn)位控制

10、）點(diǎn)位控制 只要求控制刀具行程終點(diǎn)的坐標(biāo)值，即工件加工點(diǎn)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，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工。準(zhǔn)確定位，只是在準(zhǔn)確到達(dá)指定位置后才開始加工。（定位）（定位） 2 2）直線切削控制）直線切削控制 控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對于工件平控制行程的終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要求刀具相對于工件平行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行切削加行某一坐標(biāo)軸作直線運(yùn)動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行切削加工。工。（單軸切削）（單軸切削）4.1.2 數(shù)字程序控制方式數(shù)字程序控制方式 3 3）輪廓的切削控制）輪廓的切削控制 控制刀具沿工件輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中控制刀具沿

11、工件輪廓曲線運(yùn)動(dòng)，并在運(yùn)動(dòng)過程中將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。將工件加工成某一形狀。這種方式借助于插補(bǔ)器進(jìn)行。（多軸切削）（多軸切削） 三種方式比較三種方式比較 點(diǎn)位控制：點(diǎn)位控制：驅(qū)動(dòng)電路簡單，無需插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路簡單，無需插補(bǔ) 直線切削控制：直線切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，無需插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，無需插補(bǔ) 輪廓切削控制：輪廓切削控制：驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，需插補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，需插補(bǔ) 4.1.3 4.1.3 開環(huán)、閉環(huán)數(shù)字程序控制開環(huán)、閉環(huán)數(shù)字程序控制 1. 閉環(huán)數(shù)字程序控制閉環(huán)數(shù)字程序控制用于大型精密加工機(jī)床，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。用于大型精密加工機(jī)床，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2. 開環(huán)數(shù)字程序控制開環(huán)數(shù)字程序控制

12、運(yùn)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。運(yùn)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。4.2 4.2 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 逐點(diǎn)比較法：逐點(diǎn)比較法： (1)就是刀具或繪圖筆就是刀具或繪圖筆每走一步每走一步都要和給定軌跡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、左邊或右邊，從而決定下一步的進(jìn)給方向。下方、左邊或右邊，從而決定下一步的進(jìn)給方向。 (2)逐點(diǎn)比較法是逐點(diǎn)比較法是以階梯折線來逼近以階梯折線來逼近直線或圓弧直線或圓弧等曲線，它與給定的軌跡之間的最大誤差為一個(gè)脈等曲線，它與給定的軌跡之間的最大誤差為一個(gè)脈沖當(dāng)量。沖當(dāng)量。因此步長愈小加

13、工精度就愈高。因此步長愈小加工精度就愈高。走一步走一步 - - 比較一次比較一次 - - 決定下一步的走向決定下一步的走向逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)插補(bǔ)步驟插補(bǔ)步驟( (四節(jié)拍四節(jié)拍) )： 偏差判別偏差判別 - - 坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 - - 新偏差計(jì)算新偏差計(jì)算 - - 終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷 走一步走一步 - - 比較一次比較一次 - - 決定下一步的走向決定下一步的走向- - 插補(bǔ)結(jié)束插補(bǔ)結(jié)束判斷判斷 圖圖5-3 5-3 第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ)第一象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 4.2.1 4.2.1 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)1.1.偏差計(jì)算式偏差計(jì)算式若點(diǎn)若點(diǎn)m m在在OAOA直線段上

14、，則有直線段上，則有x xm m/y/ym m=x=xe e/y/ye e 即即y ym mx xe e-x-xm my ye e0 0 于是取于是取偏差計(jì)算式為偏差計(jì)算式為 F Fm m=y=ym mx xe e-x-xm my ye e2.2.偏差判別偏差判別 偏差判別式：偏差判別式： 若若F Fm m = 0 = 0，則點(diǎn)，則點(diǎn)m m在在OAOA直線段上；直線段上； 若若F Fm m 0 0，則點(diǎn)，則點(diǎn)m m在在OAOA直線段的上方；直線段的上方；若若F Fm m 0 = 0 = 0時(shí)，沿時(shí)，沿+x+x軸方向走一步；軸方向走一步； 當(dāng)當(dāng)F Fm m 0 = 0 = 0，這時(shí)沿，這時(shí)沿+x

15、+x軸方向走一步至軸方向走一步至m m1 1點(diǎn)。點(diǎn)。 ( x( xm+1m+1， y ym+1m+1) = ( x) = ( xm m+1, y+1, ym m ) ) F Fm+1m+1= y= ym+1m+1x xe e-x-xm+1m+1y ye e= y= ym mx xe e-(x-(xm m+1)y+1)ye e = y = ym mx xe e-x-xm my ye e -y-ye e= = F Fm m y ye e （2 2）設(shè)加工點(diǎn)在）設(shè)加工點(diǎn)在m m點(diǎn)，若點(diǎn)，若F Fm m 0 = 0 = 0，F(xiàn) Fm+1m+1= F= Fm m y ye e 若若F Fm m 0 =0

16、F=0還是還是F0F0；（2 2）坐標(biāo)進(jìn)給：）坐標(biāo)進(jìn)給：根據(jù)所在象限和偏差判別的結(jié)根據(jù)所在象限和偏差判別的結(jié)果，決定進(jìn)給坐標(biāo)軸及其方向；果，決定進(jìn)給坐標(biāo)軸及其方向；（3 3）偏差計(jì)算：）偏差計(jì)算：計(jì)算進(jìn)給一步后新的偏差，作計(jì)算進(jìn)給一步后新的偏差，作為下一步進(jìn)給的偏差判別依據(jù)；為下一步進(jìn)給的偏差判別依據(jù)；（4 4）終點(diǎn)判斷：）終點(diǎn)判斷：進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減進(jìn)給一步后，終點(diǎn)計(jì)數(shù)器減1 1，判斷是否到達(dá)終點(diǎn)，到達(dá)終點(diǎn)則停止運(yùn)算；若判斷是否到達(dá)終點(diǎn)，到達(dá)終點(diǎn)則停止運(yùn)算；若沒有到達(dá)終點(diǎn)，返回（沒有到達(dá)終點(diǎn)，返回（1 1）。如此不斷循環(huán)直）。如此不斷循環(huán)直到到達(dá)終點(diǎn)。到到達(dá)終點(diǎn)。偏差偏差第第1象限象限

17、第第2象限象限第第3象限象限第第4象限象限偏差公式偏差公式Fm0+x-x-x+xFm+1= Fm-yeFm0+y+y-y-yFm+1= Fm+xe2.2.四個(gè)象限的直線插補(bǔ)四個(gè)象限的直線插補(bǔ) 4象限內(nèi)的直線插補(bǔ)象限內(nèi)的直線插補(bǔ) 2象限：象限：1象限以象限以y軸鏡象軸鏡象4象限：象限：1象限以象限以x軸鏡象軸鏡象3象限：象限：1象限旋轉(zhuǎn)象限旋轉(zhuǎn)180度度 偏差計(jì)算：偏差計(jì)算： Fm0，F(xiàn)m+1=Fm-|ye| Fm00，M M點(diǎn)在圓弧外點(diǎn)在圓弧外 F Fm m0 - 坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 - - 偏差計(jì)算偏差計(jì)算 -坐坐標(biāo)計(jì)算標(biāo)計(jì)算- - 終點(diǎn)判斷終點(diǎn)判斷 直線插補(bǔ)：直線插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)偏

18、差計(jì)算使用終點(diǎn)坐標(biāo)x xe e，y ye e 圓弧插補(bǔ)：圓弧插補(bǔ)：偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)偏差計(jì)算使用前一點(diǎn)坐標(biāo)x xm m，y ym m2.四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)(1)(1)第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算第一象限順圓弧的插補(bǔ)計(jì)算 若若Fm0,則沿則沿-y方向進(jìn)給一步，到方向進(jìn)給一步，到(m+1)點(diǎn)，新加工點(diǎn)點(diǎn)，新加工點(diǎn)坐標(biāo)將是坐標(biāo)將是(xm , ym-1)，可求出新的偏差為，可求出新的偏差為 Fm+1=Fm-2ym+1 若若Fm0，則沿，則沿+x方向進(jìn)給一步至方向進(jìn)給一步至(m+1)點(diǎn)，新加工點(diǎn)，新加工點(diǎn)的坐標(biāo)將是點(diǎn)的坐標(biāo)將是(xm+1, ym)，同樣可求出新的偏差為，同樣可求出新的偏

19、差為 Fm+1=Fm+2xm+1(2)(2)四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ)四個(gè)象限的圓弧插補(bǔ) 圓弧類型Fm0時(shí)的進(jìn)給方向、偏差計(jì)算和坐標(biāo)計(jì)算Fm0時(shí)的進(jìn)給方向、偏差計(jì)算和坐標(biāo)計(jì)算SR1-y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1+x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1SR2+x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1+y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1SR3+y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1-x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1SR4-x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1-y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=y

20、m+1NR1-x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1+y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR2-y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1-x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1NR3+x，F(xiàn)m+1=Fm-2xm+1，xm+1=xm-1-y，F(xiàn)m+1=Fm+2ym+1，ym+1=ym+1NR4+y，F(xiàn)m+1=Fm-2ym+1，ym+1=ym-1+x，F(xiàn)m+1=Fm+2xm+1，xm+1=xm+1表表4-3 4-3 四象限八種圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向四象限八種圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)圓弧插補(bǔ)計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn) 內(nèi)存單元數(shù)據(jù)內(nèi)存

21、單元數(shù)據(jù) X0X0：起點(diǎn)：起點(diǎn)X X坐標(biāo)坐標(biāo) Y0Y0：起點(diǎn)：起點(diǎn)Y Y坐標(biāo)坐標(biāo) NXYNXY: : 總步數(shù)，總步數(shù)， Nxy Nxy Nx + Ny Nx + Ny FMFM：加工點(diǎn)偏差；：加工點(diǎn)偏差； XMXM：xm xm YMYM： ym ym RNSRNS：圓弧種類，：圓弧種類，1 1、2 2、3 3、4 4和和5 5、6 6、7 7、8 8分別代表分別代表 SR1SR1、SR2SR2、SR3SR3、SR4SR4和和NR1NR1、NR2NR2、NR3NR3、NR4NR4。 ZFZF：進(jìn)給方向，：進(jìn)給方向， 1 1、2 2、3 3、4 4代表在代表在+x+x、x x、+y+y、-y-y方

22、方向進(jìn)給。向進(jìn)給。例例4.2 4.2 加工第加工第1 1象限逆圓弧象限逆圓弧ABAB，起點(diǎn)為，起點(diǎn)為A A（4 4，0 0），），終點(diǎn)為終點(diǎn)為B (0B (0，4)4)，試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖。，試進(jìn)行插補(bǔ)并作走步軌跡圖。 解：進(jìn)給總步數(shù)解：進(jìn)給總步數(shù) N Nxy xy |4-0|+|4-0|=8|4-0|+|4-0|=8圖圖4-7 例例4-2圖圖步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別0F0=0 x0=4, y0=0Nxy=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=-7x1=x0-1=3, y1=0Nxy=72F10+yF2=F1+2y1+1=-6x2=3, y2=y1+1=1Nxy=6

23、3F20+yF3=F2+2y2+1=-3x3=3, y3=y2+1=2Nxy=54F30+yF4=F3+2y3+1=2x4=3, y4=y3+1=3Nxy=45F40-xF5=F4-2x4+1=-3x5=x4-1=2, y5=3Nxy=36F50+yF6=F5+2y5+1=4x6=2, y6=y5+1=4Nxy=27F60-xF7=F6-2x6+1=1x7=x6-1=1, y7=4Nxy=18F70-xF8=F7-2x7+1=0 x8=x7-1=0, y8=4Nxy=0表表4.4 圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程圓弧插補(bǔ)計(jì)算過程4.3 4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)：是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角

24、位移步進(jìn)電機(jī)：是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電式數(shù)摸（的機(jī)電式數(shù)摸（D/AD/A）轉(zhuǎn)換器。）轉(zhuǎn)換器。 又稱為脈沖電機(jī)。又稱為脈沖電機(jī)。 輸入：脈沖輸入：脈沖 輸出：位移輸出：位移 脈沖數(shù)：決定位移量脈沖數(shù)：決定位移量 脈沖頻率：決定位移的速度脈沖頻率：決定位移的速度4.3.1 4.3.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)： 定子：三對磁極，六定子：三對磁極，六個(gè)齒；轉(zhuǎn)子：四個(gè)齒，分別為個(gè)齒；轉(zhuǎn)子：四個(gè)齒，分別為0 0、1 1、2 2、3 3齒。齒。圖圖4-8 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作過程工作過程三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理：三相反應(yīng)式

25、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理：磁力線總是要通過磁阻最小磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合的路徑閉合 結(jié)論：結(jié)論： 定子按定子按A-B-C-AA-B-C-A相輪流通電，則相輪流通電，則磁場沿磁場沿A A、B B、C C方向轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)360360角，轉(zhuǎn)子沿角，轉(zhuǎn)子沿ABCABC方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)齒距的位置。齒數(shù)為4 4，齒距角為，齒距角為9090，即，即1 1個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了個(gè)齒距轉(zhuǎn)動(dòng)了9090。 (1) (1)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的“ 相相”和和“ 拍拍” “ 相相”繞組的個(gè)數(shù)；繞組的個(gè)數(shù)； “ 拍拍”繞組的通電狀態(tài)。繞組的通電狀態(tài)。 三拍三拍: :一個(gè)周期共有一個(gè)周期共有3 3種通電

26、狀態(tài)，種通電狀態(tài)， 六拍六拍: :表示一個(gè)周期有表示一個(gè)周期有6 6種通電狀態(tài)，種通電狀態(tài)， 每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。每個(gè)周期步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)齒距。(2)(2)步進(jìn)電機(jī)的步距角：步進(jìn)電機(jī)的步距角： 步距角步距角360/(NZ) 360/(NZ) ：步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角步進(jìn)電機(jī)每拍步進(jìn)的角度。度。N N：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)為：步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)為Z Z：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為。：轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為。ACABCB例如：例如：N=3,Z=40 N=3,Z=40 步距角步距角360/(3360/(340) =340) =3度度 步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相、六相等多種步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相、六相等多種 對于相數(shù)固定的

27、步進(jìn)電機(jī)，可工作于單相通電方對于相數(shù)固定的步進(jìn)電機(jī)，可工作于單相通電方式，雙相通電工作方式，單相雙相交叉通電工作式，雙相通電工作方式，單相雙相交叉通電工作方式。方式。 以三相電機(jī)為例，有單三拍，雙三拍，三相六拍以三相電機(jī)為例，有單三拍，雙三拍，三相六拍三種工作方式。三種工作方式。4.3.4 4.3.4 步進(jìn)電機(jī)的工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式 1. 1. 單三拍單三拍步進(jìn)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，各相的通電順序?yàn)椋翰竭M(jìn)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，各相的通電順序?yàn)椋?AB C A ABCCPA B C A B C A B C 三相單三拍三相單三拍D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 0 1 01H 0 1 0 02H 1

28、0 0 04H 0 0 1 01H CABBCA3412CABBCA34121C342CABBA思考：在三相三拍工思考：在三相三拍工作狀態(tài)下，如果讓電作狀態(tài)下，如果讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，各相的通電機(jī)反轉(zhuǎn)，各相的通電順序如何，控制字如順序如何，控制字如何？何？2. 2. 雙三拍雙三拍每拍有兩相繞組通電，各相通電順序?yàn)槊颗挠袃上嗬@組通電，各相通電順序?yàn)?AB BC CA AB D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 1 1 03H 1 1 0 06H 1 0 1 05H 0 1 1 03H AB通電通電CABBCA3412BC通電通電3412CABBCACA通電通電CABBCA3412思考：在三相雙三拍思考

29、：在三相雙三拍工作狀態(tài)下，如果讓工作狀態(tài)下，如果讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，各相的通電機(jī)反轉(zhuǎn)，各相的通電順序如何，控制字電順序如何，控制字如何？如何？3. 3. 三相六拍三相六拍單相雙相交叉通電，各相通電順序?yàn)閱蜗嚯p相交叉通電，各相通電順序?yàn)?A AB B BC C CA A D2 D1 D0 C相 B相 A相 0 0 1 01H 0 1 1 03H 0 1 0 02H 1 1 0 06H 1 0 0 04H 1 0 1 05H 0 0 1 01HCABBCA3412CABBCA3412CABBCA34123412CABBCA思考：在三相六拍工思考：在三相六拍工作狀態(tài)下，如果讓電作狀態(tài)下，如果讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，各相

30、的通電機(jī)反轉(zhuǎn)，各相的通電順序如何，控制字如順序如何，控制字如何？何？4.3.24.3.2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖步進(jìn)控制器：脈沖分配功能步進(jìn)控制器：脈沖分配功能 方向選擇功能方向選擇功能 功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅(qū)功率放大器：脈沖分配器的輸出電路不足以驅(qū) 動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行功率放大。動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行功率放大。圖圖5-22 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)組成步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制計(jì)算機(jī)軟件功能：計(jì)算機(jī)軟件功能：脈沖發(fā)生器、脈沖發(fā)生器、 脈沖分配器、脈沖分配器、 方向方向 控制控制優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡化控制電路，降低成本，提高系統(tǒng)的可靠簡化控制電路，降低成

31、本，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。性和靈活性。計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理：計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理：4.3.3 4.3.3 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路電壓電壓E E：1010100V100V左右，有的高達(dá)左右，有的高達(dá)200V200V。 晶體管晶體管T T：開關(guān)；：開關(guān)； L L： 步進(jìn)電機(jī)的一相繞組；步進(jìn)電機(jī)的一相繞組； R RL L ：繞組電阻；：繞組電阻； R RC C ：限流電阻；：限流電阻； D D： 續(xù)流二極管。續(xù)流二極管。 缺點(diǎn)：工作效率低。電阻缺點(diǎn)：工作效率低。電阻R RC C消耗消耗相當(dāng)大的一部分能量，且相當(dāng)大的一部分能量，且R RC C的發(fā)熱直的發(fā)熱直接影響電路的穩(wěn)定工作狀

32、態(tài)，所以接影響電路的穩(wěn)定工作狀態(tài)，所以單電壓功率放大電路一般只用來驅(qū)單電壓功率放大電路一般只用來驅(qū)動(dòng)小功率步進(jìn)電機(jī)。動(dòng)小功率步進(jìn)電機(jī)。單單相相放放大大三相步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)接口電路示意圖三相步進(jìn)電機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)接口電路示意圖 圖中，單片機(jī)主要完成以下功能：圖中，單片機(jī)主要完成以下功能： (1)(1)脈沖序列的產(chǎn)生脈沖序列的產(chǎn)生 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行，通常將通電換相過程稱為脈沖分配。的工作方式進(jìn)行，通常將通電換相過程稱為脈沖分配。例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單三拍工作方式，各相通電例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單三拍工作方式，

33、各相通電順序?yàn)轫樞驗(yàn)锳-B-C-AA-B-C-A，單片機(jī)通過，單片機(jī)通過P1.0P1.0、P1.1P1.1、P1.2P1.2輸出輸出脈沖必須按照這一順序分別控制脈沖必須按照這一順序分別控制A A、B B、C C相的通電和相的通電和斷電。單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖輸出的方法是先輸出一斷電。單片機(jī)用軟件實(shí)現(xiàn)脈沖輸出的方法是先輸出一高電平，然后利用軟件延時(shí)一段時(shí)間，而后輸出低電高電平，然后利用軟件延時(shí)一段時(shí)間，而后輸出低電平，再延時(shí)。延時(shí)時(shí)間的長短由步進(jìn)電機(jī)的工作速率平，再延時(shí)。延時(shí)時(shí)間的長短由步進(jìn)電機(jī)的工作速率來決定。來決定。 (2) (2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方向控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的方向控制 通過前面介紹的步進(jìn)電

34、動(dòng)機(jī)原理可知，如果通過前面介紹的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)原理可知，如果按照給定的工作方式正序通電換相，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照給定的工作方式正序通電換相，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就正轉(zhuǎn)；如果按照反序通電換相，步進(jìn)電機(jī)就反就正轉(zhuǎn)；如果按照反序通電換相，步進(jìn)電機(jī)就反轉(zhuǎn)。例如三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在單三拍方式，通轉(zhuǎn)。例如三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在單三拍方式，通電換相的正序是電換相的正序是A-B-C-AA-B-C-A，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；如果按反，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；如果按反序序A-C-B-AA-C-B-A，電動(dòng)機(jī)就反轉(zhuǎn)。，電動(dòng)機(jī)就反轉(zhuǎn)。 (3) (3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制 如果給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)如果給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，

35、它就轉(zhuǎn)動(dòng)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈動(dòng)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔時(shí)間越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。因此，沖的間隔時(shí)間越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。因此，輸出脈沖的頻率決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。單片輸出脈沖的頻率決定了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。單片機(jī)很容易調(diào)整輸出脈沖的頻率，從而可以方便地機(jī)很容易調(diào)整輸出脈沖的頻率，從而可以方便地對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。步進(jìn)電機(jī)控制接口步進(jìn)電機(jī)控制接口微機(jī)同時(shí)控微機(jī)同時(shí)控制制X X軸和軸和Y Y軸兩軸兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，選用可編程并選用可編程并行接口芯片行接口芯片82558255三相六拍控制方式的輸出控制字。三相

36、六拍控制方式的輸出控制字。X軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表Y軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表軸步進(jìn)電機(jī)輸出字表存儲(chǔ)地址存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)標(biāo)號(hào)PA口輸出字口輸出字存儲(chǔ)地址存儲(chǔ)地址標(biāo)號(hào)標(biāo)號(hào)PB口輸出字口輸出字ADX1ADX2ADX3ADX4ADX5ADX600000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05HADY1ADY2ADY3ADY4ADY5ADY600000001=01H00000011=03H00000010=02H00000110=06H00000100=04H00000101=05HZF=1ZF=1、2 2、

37、3 3、4 4分別表示分別表示+x+x、-x-x、+y+y、-y-y走步方走步方向。向。4.3.5 4.3.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖思考題：試寫出四相八拍控制模型，編制控制程序（實(shí)驗(yàn)內(nèi)容）。補(bǔ)充：步進(jìn)電機(jī)升降速設(shè)計(jì)補(bǔ)充：步進(jìn)電機(jī)升降速設(shè)計(jì) 理論：理論：步進(jìn)電機(jī)的速度是靠輸入的脈沖信號(hào)的變化來步進(jìn)電機(jī)的速度是靠輸入的脈沖信號(hào)的變化來改變的，每給一個(gè)改變的，每給一個(gè)CP，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。 實(shí)際：實(shí)際：如果如果CP信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于慣性降跟信號(hào)變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于慣性降跟隨不上電信號(hào)的變化，會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和丟步

38、現(xiàn)象。隨不上電信號(hào)的變化，會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和丟步現(xiàn)象。 措施：措施：啟動(dòng)時(shí)設(shè)計(jì)升速過程，停止時(shí)有降速過程。啟動(dòng)時(shí)設(shè)計(jì)升速過程，停止時(shí)有降速過程。步進(jìn)電機(jī)選擇過程步進(jìn)電機(jī)選擇過程步步進(jìn)進(jìn)電電機(jī)機(jī)參參數(shù)數(shù)（1）力矩與功率換算）力矩與功率換算力矩與功率換算公式：力矩與功率換算公式：P= M =2n/60 P=2nM/60其其P為功率（瓦），為功率（瓦），為每秒角速度（弧度），為每秒角速度（弧度），n為每為每分鐘轉(zhuǎn)速，分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩（牛頓為力矩（牛頓米）米）或或P=2fM/400(半步工作）半步工作）其中其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS)步步進(jìn)進(jìn)電電機(jī)機(jī)參參數(shù)數(shù)（2 2）步距角的選擇）步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求負(fù)載精度的要求，將，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。 市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.360.36度度/0.72/0.72度（五相電機(jī)）、度（五相電機(jī)）、0.90.9度度/1.8/1.8度（二、四度（二、四相電機(jī)）、相電機(jī)）、1.51.5度度/3/3度度 （三相電機(jī)）等。