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第4章順序控制與數(shù)字程序控制 順序控制與數(shù)字程序控制 4 1順序控制4 2數(shù)字程序控制4 2 1逐點比較插補法4 2 2數(shù)字積分器插補法 4 1順序控制 順序控制就是以預先規(guī)定好的時間或條件為依據(jù) 按預先規(guī)定好的動作次序順序地完成工作的自動控制 1 鉆孔動力頭的順序控制 4 1順序控制 1 鉆孔動力頭的順序控制在一個循環(huán)的加工過程中 鉆孔動力頭經(jīng)歷快進 工進 工進延時 快退和停止5個工作狀態(tài) 各個工作狀態(tài)的順序轉換根據(jù)現(xiàn)場輸入信號 按鈕 行程開關 定時器的狀態(tài) 而定 圖4 1鉆孔動力頭順序加工的各個工作狀態(tài) 工作步驟 刀具在原位 行程開關S0閉合 按啟動按鈕A 電磁閥D1通電 刀具快進 刀具接近工件 S1閉合 D2通電 刀頭工進 工進到位 S2閉合 開始定時工進 定時時間到 D1 D2斷電 D3通電 刀具快退 刀具退回原位 S0閉合 D3斷電 刀具停止 4 1順序控制 2 搬運機械手的順序控制 圖4 2搬運機械手的工藝流程圖 工作步驟 按啟動按鈕A 電磁閥D1通電 機械手下降 到位時S1閉合 D1斷電停止下降 D2通電 機械手夾緊工件 延時 D3通電 機械手上升 到位時S2閉合 D3斷電停止上升 D4通電 機械手右移 到位時S3閉合 D4斷電停止右移 D1通電 機械手下降 到位時S1閉合 D1斷電停止下降 D2斷電 機械手松開工件 延時 D3通電 機械手上升 到位時S2閉合 D3斷電停止上升 D5通電 機械手左移 到位時S4閉合 D5斷電停止左移 回到原位 4 1順序控制 順序控制系統(tǒng)的組成結構及特點如下 順序控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號都是兩個狀態(tài)的開關信號 順序控制系統(tǒng)必須有系統(tǒng)控制器 它是系統(tǒng)的核心部分 順序控制系統(tǒng)需要增加檢測機構 個典型的順序控制系統(tǒng)由系統(tǒng)控制器 開關量輸入接口電路 開關量輸出接口電路 執(zhí)行機構 控制對象 檢測機構 顯示與報警電路7部分組成 其結構框圖如圖4 3所示 4 1順序控制 圖4 3順序控制系統(tǒng)組成結構框圖 4 1順序控制 3 順序應用控制舉例1 自動剪板機的工作原理 圖4 4自動剪板機工作原理圖 SSR3 SSR2 SSR1 2 自動剪板機的控制實現(xiàn) 圖4 5自動剪板機控制電路原理框圖 A 圖4 6自動剪板機控制系統(tǒng)程序流程圖 A A A B B 4 2數(shù)字程序控制 數(shù)字程序控制就是計算機根據(jù)輸入的指令和數(shù)據(jù) 控制生產(chǎn)機械 如各種機床 按規(guī)定的工作順序 運動軌跡 運動距離和運動速度等規(guī)律自動地完成工作的自動控制 數(shù)字程序控制系統(tǒng)一般由輸入裝置 輸出裝置 控制器和插補器4部分組成 4 2 1逐點比較插補法逐點比較插補法 就是它每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行一次比較逐點比較法所形成的加工軌跡是階梯折線 4 2數(shù)字程序控制 1 逐點比較法直線插補用于平面加工各種邊界為直線的工件或者在平面上繪制直線段 1 直線插補計算原理 若Fm 0 表明m點在OA直線上 若Fm 0 表明m點在OA直線上方 若Fm 0 表明m點在OA直線下方 圖4 7第一象限直線 4 2數(shù)字程序控制 當Fm 0時 表明m點在OA上或者在OA的上方 應沿 x方向進給一步 則走一步后新的坐標值為該點的偏差為 4 2數(shù)字程序控制 若Fm 0時 表明m點在OA的下方 應沿 y方向進給一步 走一步后新的坐標值為該點的偏差為 4 2數(shù)字程序控制 2 確定終點判斷方法 3 插補計算的步驟每走一步 都要進行以下4個步驟 偏差判別 坐標進給 偏差計算 終點判斷2 直線插補計算舉例起點原點 終點 6 4 如果起點不在原點 先要進行坐標平移 4 2數(shù)字程序控制 圖4 8直線插補走步軌跡圖 3 4個象限直線插補計算公式 圖4 94個象限直線插補的偏差符號和進給方向 4 2數(shù)字程序控制 4 直線插補計算的編程實現(xiàn)下面以插補第一象限直線為例 介紹實現(xiàn)插補器的程序流程圖及程序設計 表4 24個象限直線的偏差計算公式及進給方向表 圖4 10第一象限直線插補計算程序流程圖 4 2數(shù)字程序控制 2 逐點比較法圓弧插補1 圓弧插補計算原理定義圓弧插補的偏差判別計算公式如下 圖4 11第一象限逆圓弧 4 2數(shù)字程序控制 設當前加工點正處于m xm ym 點 其偏差判別式為若Fm 0 應沿 x軸向進給一步 到m 1點 其坐標值為 新加工點的偏差為 4 2數(shù)字程序控制 若Fm 0 應沿 y軸向進給一步 到m 1點 其坐標值為 新加工點的偏差為新加工點的偏差總可以根據(jù)前一點的偏差數(shù)據(jù)計算出來 4 2數(shù)字程序控制 2 終點判斷方法x y軸走步步數(shù)的總和E存入一個計數(shù)器 每走一步 從E中減1 當E 0時 說明已經(jīng)到達終點 3 插補計算過程分偏差判別 坐標進給 偏差計算和終點判斷4個節(jié)拍 計算公式為式 4 5 和式 4 6 而且還要進行加工點瞬時坐標 動點坐標 值的計算 2 圓弧插補計算舉例設加工第一象限逆圓弧AB 已知起點A的坐標為x0 4 y0 0 終點B的坐標為xe 0 ye 4 試進行插補計算并做出走步軌跡圖 圖4 12圓弧插補走步軌跡圖 4 2數(shù)字程序控制 3 4個象限的圓弧插補 1 第一象限順圓弧的插補計算設加工點現(xiàn)處于m xm ym 點 在第一象限順圓弧插補 若偏差Fm 0 則沿 y軸方向進給一步 到m 1點 新加工點坐標將為 xm ym 1 可求出新的偏差為若偏差Fm 0 則沿 x軸方向進給一步 到m 1點 新加工點坐標將為 xm 1 ym 同樣 可求出新的偏差為 4 2數(shù)字程序控制 2 4個象限的圓弧插補分別以符號SR1 SR2 SR3 SR4表示第一象限至第四象限的順圓弧 以符號NR1 NR2 NR3 NR4表示第一象限至第四象限的逆圓弧 圖4 134個象限圓弧插補的對稱關系 表4 48種圓弧插補時的偏差計算公式和坐標進給方向 4 圓弧插補計算的程序實現(xiàn)起始數(shù)據(jù)及存放X0 Y0 E FM RNS XM YM ZF 4 2數(shù)字程序控制 圖4 14各象限圓弧插補計算程序流程圖 4 2數(shù)字程序控制 4 2 2數(shù)字積分器插補法1 數(shù)字積分器的工作原理求出曲線下面t0 tn區(qū)間的面積 一般應用如下的積分公式若將 ti取得足夠小 曲線下面的面積可以近似地看成是許多小長方形面積之和 即 圖4 15函數(shù)y f t 曲線 4 2數(shù)字程序控制 如果將 ti取為一個單位時間 如等于一個脈沖周期的時間 則有 圖4 16數(shù)字積分器框圖 4 2數(shù)字程序控制 積分器實際上是完成下述運算式中 N為寄存器的位數(shù) 用這種積分器求一個函數(shù)的積分值 得到的是其近似值 積分值誤差來自以下兩個方面 各矩形面積之和與曲線所包的實際面積是有差別的 累加器內還可能有余數(shù)存在 即小于單位面積的余數(shù)被丟掉了 4 2數(shù)字程序控制 2 數(shù)字積分器法直線插補1 直線插補原理設在x y平面中有一直線OA 其起點為坐標原點O 終點A的坐標為 xe ye 則該直線的方程可以寫為對x求微分得 4 2數(shù)字程序控制 根據(jù)式 4 15 將x y化為對時間t的參量方程有式中 K為比例系數(shù) 由式 4 16 可得x y對t的參量方程式為數(shù)字積分器法是求式 4 17 在0 A區(qū)間的定積分 4 2數(shù)字程序控制 由于積分是從坐標原點開始的 故此坐標增量實際上就是終點坐標 即若將上述積分式用累加求和式來表示 則有 4 2數(shù)字程序控制 取 t 1 則式 4 19 可寫成比例系數(shù)K和累加次數(shù)n之間有如下的關系K的數(shù)值與累加器的容量有關 它的值應為式中 N為累加器的位數(shù) 故累加次數(shù)n 2N上述關系表明 若累加器的位數(shù)為N 則整個插補過程要進行2N次累加才能到達直線的終點 4 2數(shù)字程序控制 用數(shù)字積分器構成平面直線插補器的特點如下 需要用兩套數(shù)字積分器構成平面直線插補器 每個累加器對被積函數(shù)累加2N次后 其溢出脈沖的總數(shù)等于終點坐標值 累加器中溢出脈沖的快慢與被積函數(shù)大小成正比 而與寄存器位數(shù) N 的2N成反比 如果把符號與數(shù)字分開 取數(shù)據(jù)的絕對值作為被積函數(shù) 而符號作為進給方向控制信號處理 便可對所有不同象限的直線進行插補 4 2數(shù)字程序控制 2 數(shù)字積分器法直線插補計算舉例設要加工一條直線OA 起點O為坐標原點 終點A的坐標為xe 8 ye 10 累加器和寄存器的位數(shù)都為4位 N 4 其最大容量為24 16 根據(jù)數(shù)字積分器法進行插補計算 n 16 K 1 16 4 2數(shù)字程序控制 圖4 17數(shù)字積分器法直線插補脈沖分配及走步軌跡 4 2數(shù)字程序控制 3 數(shù)字積分器法圓弧插補1 插補原理圓的方程式為對兩邊求導得有寫成參變量方程式 式中 K為比例系數(shù) 圖4 19第一象限逆圓弧 4 2數(shù)字程序控制 對式 4 23 求積分得求式 4 24 在A B區(qū)間的定積分 其積分值應等于由A到B的坐標增量 即將上述積分用累加代替來進行近似計算 則有 4 2數(shù)字程序控制 圓弧插補積分器與直線插補積分器的區(qū)別 累加溢出時 方向進給 累加溢出時 方向進給 寄存器的初值分別存入圓弧的起點 差補過程中隨位置作 或 修正 兩個方向可能同時到達終點 需要兩個方向進行終點判斷 4 2數(shù)字程序控制 2 數(shù)字積分器法圓弧插補計算舉例設加工第一象限逆圓弧 起點A的坐標為x0 6 y0 0 終點B的坐標為xe 0 ye 6 累加器為3位 采用數(shù)字積分法進行圓弧插補計算 表4 6各個象限圓弧插補坐標修正及進給方向 4 2數(shù)字程序控制 圖4 20第一象限逆圓弧插補走步軌跡圖 4 2數(shù)字程序控制 3 數(shù)字積分器法圓弧插補計算的程序實現(xiàn)