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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)機械 如機床 根據(jù)計算機輸出的指令和數(shù)據(jù) 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)律自動完成工作的控制方式 數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置 驅(qū)動裝置 可編程控制器和檢測裝置等組成 包括控制器 插補器 輸入和輸出裝置 數(shù)控機床的組成 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 插補計算 插補 插值 求得各段曲線中間值的數(shù)值計算方法 3 步進電機控制 兩種常用插補形式 直線插補 二次曲線插補 脈沖當量 步長 x y 每個脈沖移動的相對位置 常用插補算法有逐點比較法 數(shù)字積分法 數(shù)字脈沖乘法器等 插補算法 就是如何分配x和y方向上的脈沖數(shù) 使實際的中間點軌跡盡可能地逼近理想軌跡 3 1 3數(shù)字控制方式 點位控制 只要求控制刀具行程終點的坐標值 不需要插補計算 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坐標值 并要求刀具相對于工件平行某一直角坐標軸作直線運動 且在運動過程中進行切削加工 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動 并在運動過程中將工件加工成某一形狀 需要插補計算 采用這類控制的有銑床 車床 磨床 齒輪加工機床等 3 1 4數(shù)字控制系統(tǒng) 開環(huán)數(shù)字控制采用步進電機作為驅(qū)動元件 閉環(huán)數(shù)字控制 多采用直流電機作為驅(qū)動元件 測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 伺服電動機 速度測量 工作臺 位置測量 b 半閉環(huán)數(shù)字控制 測量元件在伺服電機的軸端可克服工作臺機械參數(shù)變動對控制系統(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 測量元件在工作臺上 脈沖增量插補 逐點比較法 數(shù)字積分法 步進電機數(shù)據(jù)采樣插補 伺服電機的閉環(huán)控制 3 1 5數(shù)控系統(tǒng)的分類 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 開放式數(shù)控系統(tǒng) PC嵌入NC NC嵌入PC 運動控制卡 PC模板 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控系統(tǒng) 3 2插補原理 輸出單個脈沖等 輸出采樣周期內(nèi)坐標方向的增量等 第一象限內(nèi)的直線插補 3 2 1逐點比較法直線插補 逐點比較法插補就是刀具或繪圖筆每走一步都要和給定軌跡上的坐標值進行比較 看這點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給方向 以階梯折線來逼近直線或圓弧等曲線 若Fm 0 表明點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m在OA直線段的下方 應(yīng)沿 y軸方向走一步 偏差計算公式 有兩種方法 設(shè)置Nx和Ny兩個計數(shù)器 設(shè)置Nxy一個終點計數(shù)器 包括差別判斷 坐標進給 偏差計算 終點判斷 插補計算過程 終點判斷 四個象限的直線插補 直線插補計算的程序?qū)崿F(xiàn) 表3 1直線插補的進給方向及偏差計算公式 1 數(shù)據(jù)的輸入及存放XE YE NXY FM XOY ZFXOY 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 1234 ZF 1234 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逐點比較法圓弧插補 第一象限內(nèi)的圓弧插補 偏差計算公式 四個象限的圓弧插補 表3 3圓弧插補計算公式和進給方向 1 2 3 4 分別代表 2 3 4 N N 2 N 3 N 4 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 N 2 N 3 N 4 ZF 1 2 3 4分別代表 x x y y走步方向 圓弧插補計算的程序?qū)崿F(xiàn) 2 程序流程 例3 2設(shè)加工第一象限圓弧 起點A 4 0 終點B 0 4 試進行插補計算并作出走步軌跡圖 3 2 3數(shù)字積分插補 數(shù)字積分直線插補 例子 設(shè) xe 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 101BJRY 0B 010B 010B脈沖2 JRX 101B 101B 1010BJRY 010B 010B 100B脈沖3 JRX 010B 101B 111BJRY 100B 010B 110B脈沖4 JRX 111B 101B 1100BJRY 110B 010B 1000B脈沖5 JRX 100B 101B 1001BJRY 000B 010B 010B脈沖6 JRX 001B 101B 110BJRY 010B 010B 100B脈沖7 JRX 110B 101B 1011BJRY 100B 010B 110B脈沖8 JRX 011B 101B 1000BJRY 110B 010B 1000B Jx Jy最大有效位長 數(shù)字積分圓弧插補 例子 設(shè)A 3 1 B 1 3 O 1 1 IA 10B JA 00B脈沖1 JRX 00B 00B 00BJRY 00B 10B 10B脈沖2 JRX 00B 00B 00BJRY 10B 10B 100B脈沖3 JRX 00B 01B 01BJRY 00B 10B 10B脈沖4 JRX 01B 01B 10BJRY 10B 10B 100B脈沖5 JRX 10B 10B 100BJRY 00B 10B 10B脈沖6 JRX 00B 10B 10BJRY 10B 01B 11B脈沖7 JRX 10B 10B 100BJRY 11B 01B 100B 3 3多軸步進驅(qū)動控制技術(shù) 步進電機又稱脈沖電機 是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的機電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器 3 3 1步進電機的分類 按力矩產(chǎn)生原理 反應(yīng)式 轉(zhuǎn)子無繞組勵磁式 轉(zhuǎn)子有繞組或為永久磁鐵 步距小 按輸出力矩大小 伺服式功率式 3 3 2步進電機的工作原理 步進電機的齒距角 步進電機的步距角 轉(zhuǎn)子齒數(shù) 步進電機工作拍數(shù) 圖3 20三相步進電機的工作原理分析圖 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 B相通電 CA相通電 A相通電 3 3 3步進電機的工作方式 3 3 4步進電機控制接口及輸出字表 L298N SI 7300步進電機集成功率放大器 HB304V三相混合式步進電機驅(qū)動器 ISA L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機 也可以驅(qū)動一個四相電機 輸出電壓最高可達50V 三相步進電機驅(qū)動電路 x軸步進電機輸出字表 存儲地址標號 低8位輸出字 y軸步進電機輸出字表 存儲地址標號 高8位輸出字 ADX1ADX2ADX3ADX4ADX5ADX6 00000001 01H00000011 03H00000010 02H00000110 06H00000100 04H00000101 05H ADY1ADY2ADY3ADY4ADY5ADY6 00000001 01H00000011 03H00000010 02H00000110 06H00000100 04H00000101 05H 表3 5三相六拍控制方式輸出字表 3 3 5步進電機控制程序 按正序或反序取輸出字 可控制步進電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn) 控制延時時間常數(shù) 可達到調(diào)速的目的 P1004題 5題 6題 7題 8題 作業(yè) 附加 直流電機調(diào)速系統(tǒng) 永磁無刷直流電動機調(diào)速 反向換流器 Aedk計控試驗箱 直流電機調(diào)速系統(tǒng) 光電編碼器 一種通過光電轉(zhuǎn)換 將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器