1
3.1 数控加工的概念
3.2 数字程序控制基础
3.2.1 数字程序控制方式
3.2.2 开环数字程序控制
3.3 逐点比较法插补原理
3.3.1 逐点比较法直线插补
3.3.2 逐点比较法圆弧插补
3.4 步进电机控制技术
3.4.1 步进电机的工作原理
3.4.2 步进电机的工作方式
3.4.3 步进电机控制接口及输出字表
3.4.4 步进电机控制程序第三章 数字程序控制技术
2
3.1 数控 加工的概念 (了解 )
计算机数控 CNC (Computer Numerical Control)
数控加工 ——根据零件图样及工艺要求等原始条件,编制零件数控加工程序,并输入到 数控机床的数控系统,以控制数控机床中刀具与工件的相对运动,从而完成 零件的加工,
4
通过把数字化了的刀具 移动轨迹信息 (通常指
CNC加工程序 ),传入数控机床的数控装置,经过译码、
运算,指挥执行机构 (伺服电机 带动的主轴和工作台 )
控制刀具与工件做相对运动,从而加工出符合编程设计要求的零件,
数控加工的 原理
5
伺服驱动机床零点
6
可装 20把刀 的无臂式 ATC刀具库可装 24把刀 的有臂式 ATC刀具库常见的 刀具库
7
可装 32把刀的有臂式刀具库可装 60把刀的刀具库
8
五轴高速铣削头
9
数控车床与普通车床结构差别右图是同一品牌的数控车床与普通车床,结构上具有明显差异 ——
数控系统 ；
床身稳固 装有防护门；
保留主轴箱、尾座；
取消挂轮箱、进给箱、
溜板箱、光杆、丝杆等；
配备 自动刀架 \对刀仪 \自动排屑等辅助设备,
伺服系统 ；
数控车床结构及分类
10
卧式 数控车床
11
立式 电脑车床
12
数控车削中心
13
华中 XKA71402数控立式铣床数控铣床的结构及类型华中 XKA714数控立式铣床
14
华中 ZJK7532-A铣钻床 龙门铣
15
TOSHIBA四轴高速加工 镗铣床 FIDIA五轴高速铣床
16
加工中心与数控铣床的异同,加工中心是在数控机床的基础上发展起来的,都是通过程序控制多轴联动走刀进行加工的数控机床,
不同的是 加工中心 具有 刀库和自动换刀功能,
加工中心的主要 加工对象
17
立式加工中心 龙门式加工中心
18
编写 程序典型零件的数控加工工艺
N0010 G92 X5 Y5 Z5
N0020 G91
N0030 G17 G00 X40 Y30
N0040 G98 G81 X40 Y30 Z-5 R15 F150
N0050 G00 X5 Y5 Z50
N0060 M05
N0070 M02
1、加工 φ20 ㎜ 孔程序 (手工安装好 φ20 ㎜ 钻头 )
设置对刀点相对坐标编程在 XOY平面内加工钻孔循环抬刀主轴停转程序结束
19
编写程序
N0010 G92 X5 Y5 Z50
N0020 G90 G41 G00 X-20 Y-10 Z-5 D01
N0030 G01 X5 Y-10 F150
N0040 G01 Y35 F150
N0050 G91
N0060 G01 X10 Y10 F150
N0070 G01 X11.8 Y0
N0080 G02 X30.5 Y-5 R20
N0090 G03 X17.3 Y-10 R20
N0100 G01 X10.4 Y0
N0110 G03 X0 Y-25
N0120 G01 X-90 Y0
N0130 G90 G00 X5 Y5 Z10
N0140 G40
N0150 M05
N0160 M30
2,铣轮廓程序 (手工安装好 ф5 ㎜ 立铣刀,不考虑刀具长度补偿 )
20
数控机床生产厂家必须向用户提供安装、
使用与维修有关的技术资料,主要有,
数控机床 电气使用说明书
数控机床 电气原理图
数控机床电气 连接图
数控机床结构简图
数控机床参数表
数控机床 PLC控制程序诊断用技术资料
21
数控系统 操作手册
数控系统 编程手册
数控系统安装与维修手册
伺服驱动系统 使用说明书数控机车的技术资料对故障分析与诊断非常重要,必须认真仔细地阅读,并对照机床实物,做到心中有数,一旦机床发生故障,再进行分析的同时查阅资料,
主要品牌,日本 FANUC,德国 SIEMENS…,.
22
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动控制,
数控系统,输入装置、输出装置、控制器和插补器,
3.2 数字程序控制基础
23
步骤,
1.曲线分段,
图中曲线分为三段,分别为 AB,BC,CD,四点坐标 A,B、
C,D送计算机,
分割原则,应保证线段所连的曲线与原图形的 误差 在允许范围之内,
24
2,插补计算,
－ 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,
－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,
－插补,
(1)直线插补 ---在给定的两个基点之间用一条 近似直线 来逼近
(2)二次曲线插补 (圆弧、抛物线、双曲线 )---在给定的两个基点之间用一条 近似曲线 来逼近
3,折线逼近,根据插补计算出的 中间点、产生脉冲信号,驱动 x、
y方向上的步进电机,带动绘图笔、刀具等,从而绘出图形或加工所要求的轮廓,
25
－ 步长,刀具对应于每个脉冲移动的相对位置,可以用 △ x,△ y表示,一般△ x=△ y
x方向步数,Nx＝ (xe-x0)/△ x
y方向步数,Ny＝ (ye-y0)/△ y
26
3.2.1 数字程序控制方式数字程序控制的 3种方式,点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制,
27
(1)点位控制 (Point To Point)
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,对 刀具的移动路径、移动速度、移动方向不作规定,且在移动过程中不做任何加工,只是在准确到达指定位置后才开始加工,(定位 )
(2)直线 切削控制 (Strait Cut Control System)
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 )
28
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
(3)轮廓 的切削控制 (Continuous Path)
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 )
29
3.2.2 开环数字程序控制
闭环方式 执行机构多采用 直流电机 作为驱动元件
反馈测量元件 采用 光电编码器、光栅、感应同步器 等
开环方式
30
光栅光电编码器感应同步器
31
3.3 逐点比较法插补原理逐点比较法 插补,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一次,决定下一步的进给方向,用 阶梯折线逼近曲线,
走一步 -----比较一次 -----决定下一步的走向逐点比较法的最大误差,一个脉冲当量 (步长 )
32
3.3.1 逐点比较法 直线 插补
(1)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
33
(2)第一象限内 的直线插补偏差计算式,若点 M在 OA直线段上,则有 xm/ym=xe/ye
即 ymxe-xmye＝ 0
取 偏差计算式 为 Fm=ymxe-xmye
34
(3)偏差判别,
偏差判别式,Fm=YmXe-XmYe
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时,沿 +y轴 方向走一步；
当目前坐标与终点坐标相等,停止插补,
35
(4)偏差计算的 简化,
⒈ 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= ymxe-(xm+1)ye= ymxe-xmye-ye=Fm–ye
2.设加工点在 m点,若 Fm<0,这时沿 +y轴 方向走一步至 m＋ 1
点,推理有 Fm+1=Fm+xe
3.偏差计算简化为,若 m为起点 0,则 Fm=F0=0；
否则,若 Fm>=0,Fm+1=Fm–ye
若 Fm< 0,Fm+1=Fm+xe
36
(5)终点判断,
方法 1:设置 x,y轴两个减法计数器 Nx和 Ny,加工前分别存入终点坐标 xe和 ye,x(y) 轴每进给一步则 Nx–1
(Ny–1),当 Nx和 Ny均为 0,则认为达到终点,
方法 2:设置一个 终点计数器 Nxy,x或 y轴每进给一步则 Nxy–1,当 Nxy为 0,则认为达到终点,(采用 )
37
(6)4象限内 的直线插补
2象限,1象限以 y轴镜象
3象限,1象限旋转 180度
4象限,1象限以 x轴镜象
38
(7)直线插补计算的 程序实现内存单元数据,
XE:终点 X坐标
YE:终点 Y坐标
NXY,总步数,Nxy ＝ Nx + Ny
FM,加工点偏差,初值 F0=0
XOY,象限值,1,2,3,4分别代表 1,2,3,4象限
ZF:进给方向,1,2,3,4代表在 +x,–x,+y,-y方向进给,
39
流程图,
40
例 1:加工第 1象限直线 OA,起点为 O(0,0),终点为
A(6,4),试进行插补并作走步轨迹图 (flash)
解,进给总步数 Nxy＝ |6-0|+|4-0|=10
xe=6,ye=4,F0=0,xoy=1
41
42
3.3.2 逐点比较法 圆弧 插补
(1)第一象限内 的圆弧插补偏差定义,M点偏差 Fm=Rm2-R2=xm2+ym2-R2
偏差判断,
Fm=0,M点在圆弧 上
Fm>0,M点在圆弧 外
Fm<0,M点在圆弧 内
43
(2)第一象限 逆 圆弧 逐点比较插补的原理,
从起点出发,
当 Fm>=0,向 -x方向进给一步,并计算新的偏差；
当 Fm< 0,向 +y方向进给一步,并计算新的偏差,
按上述步骤循环到达终点后结束,
44
(3)偏差的 简化计算,以第一象限 逆圆弧 为例,
当 Fm>=0,向 -x方向进给一步,
(xm+1,ym+1) = (xm-1,ym )
Fm+1= xm+12+ym+12-R2= Fm–2xm+1
当 Fm<0,向 +y方向进给一步,
(xm+1,ym+1) = (xm,ym+1 )
Fm+1= xm+12+ym+12-R2= Fm+2ym +1
起点偏差 Fm＝ 0
45
(4)终点判断采用总步数 Nxy的计数方法,Nxy初始设值为 x轴 和 y轴进给总步数之和,x或 y轴 每进给一步,则 Nxy–1,当 Nxy为
0,则认为达到终点,
(5)插补计算步骤偏差判别 -> 坐标进给 -> 偏差计算 ->坐标计算 -> 终点判断直线插补,偏差计算使用 终点 坐标 xe,ye
圆弧插补,偏差计算使用 前一点 坐标 xm,ym
46
(6)四个象限 的圆弧插补第一象限 顺 圆弧的插补计算当 Fm>=0,向 -y方向 进给一步,Fm+1=Fm–2ym+1
当 Fm<0,向 +x方向 进给一步,Fm+1=Fm+2xm+1
47
四个象限的圆弧插补
2象限,1象限以 y轴镜象
4象限,1象限以 x轴镜象
3象限,1象限旋转 180度
48
圆弧插补计算工时和进给方向注意,表中坐标值为不带符号的数,如第四象限中的点
(-4,-3) 应该用 xm=4,ym =3查表计算,
49
(7)圆弧插补计算的 程序实现内存单元数据
X0:起点 X坐标 Y0:起点 Y坐标
NXY,总步数,Nxy ＝ Nx + Ny
FM:加工点偏差；
XM:xm YM,ym
RNS:圆弧种类,1,2,3,4和 5,6,7,8分别代表
SR1,SR2,SR3,SR4和 NR1,NR2,NR3,NR4,
ZF:进给方向,1,2,3,4代表在 +x,–x,+y,-y方向进给,
50
流程图
51
例 2:加工 第 1象限 逆 圆弧 AB,起点为 A(4,0),终点为 B
(0,4),试进行插补并作走步轨迹图 (flash)
解,进给总步数 Nxy＝ |4-0|+|4-0|=8
52
53
3.4 步进电机 控制技术步进电机 (Step Motor),是一种将 电脉冲信号 转换为角位移 的机电式数摸 (D/A)转换器,
输入,脉冲输出,角位移脉冲数,决定位移量脉冲频率,决定位移的速度
54
3.4.1 步进电机的 工作原理 (复习 )
三相反应式步进电机定子,三对磁极,六个齿转子,四个齿,分别为 0,1,2,3齿
55
工作过程,
A相通电,A相磁极与 0/2号齿对齐；
B相通电,由于磁力线作用,B相磁极与 1/3号齿对齐；
C相通电,由于磁力线作用,C相磁极与 0/2号齿对齐；
A相通电,由于磁力线作用,A相磁极与 1/3号齿对齐；
结论,定子按 A->B->C->A相轮流通电,则磁场沿 A,B,C
方向转动 360度角,转子沿 ABC方向转动了一个齿距的位置,
齿数为 4,齿距角为 90度,即 1个齿距转动了 90度,
56
单三拍
57
步进电机的,相,和,拍,
,相,,绕组的个数
,拍,,绕组的通电状态,
如,三拍表示一个周期共有 3种通电状态,
六拍表示一个周期有 6种通电状态,
每个周期步进电机转动一个齿距,
步进电机的 步距角 的计算,
N:步进电机的拍数
Z:转子的齿数,齿距角 θz=360/Z
步距角 θ=360/(NZ),步进电机每拍步进的角度,
58
3.4.2 步进电机的工作方式
1.步进电机的通电方式单相 通电方式,双相 通电方式,单相双相 交叉通电方式,
2.三相步进电机可工作于 三相三拍 (单三拍 )、双相三拍 (双三拍 )、三相六拍 工作方式,
三相三拍 工作方式
A->B->C->A…
59
双相三拍 工作方式
AB->BC->CA->AB->…
三相六拍 工作方式
A->AB->B->BC->C->CA->A->…
60
双相三拍
61
3.4.3 步进电机 控制接口及输出字表步进电机常规控制电路
62
脉冲分配器,把 脉冲串按一定规律 分配给脉冲放大器的各相输入端,又称 环形分配器,
(1)输入,步进脉冲,1个脉冲为 1拍,走一步
(2)方向选择,正转或反转
(3)输出,各相绕组的驱动脉冲功率放大器,脉冲分配器的输出电路不足以驱动步进电机,进行功率放大,
63
步进电机微机控制 方式 1:
微机 ＋ 环形分配器 ＋ 功放运动控制及脉冲产生 脉冲分配及放大步进电机微机控制 方式 2,
微机 + 驱动电路运动控制和脉冲分配 功率放大
64
输出字以表的形式顺序存放在内存,
正转 访问顺序,ADX1->ADX2->… ->ADX6
ADY1->ADY2->… ->ADY6
反转 访问顺序,ADX6->ADX5->… ->ADX1
ADY6->ADY5->… ->ADY1
微机的运动控制功能
(1)改变各相绕组的 通电顺序,控制步进电机的 转向,正转 /反转
(2)改变输出脉冲的 频率,控制步进电机的 转速
(3)改变 输出脉冲的数量,控制步进电机的 走步数
65
步进电机控制的输出字表
8255的 PA,PB口分别控制 x,y轴步进电机输出数据,1‖表示通电,―0‖表示断电
A
AB
B
BC
C
CA
66
步进电机控制接口实例 1:(实验用 )
ULN2003A
A 0000 1000
AB 0000 1100
B 0000 0100
BC 0000 0110
C 0000 0010
CD 0000 0011
D 0000 0001
DA 0000 1001;电机控制方式为 四相八拍
A-AB-B-BC-C-CD-D-DA
A－ P1.3
B－ P1.2
C－ P1.1
D－ P1.0
67
BA EQU P1.3
BB EQU P1.2
BC EQU P1.1
BD EQU P1.0
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0100H
MAIN,MOV SP,#60H
ACALL DELAY
SMRUN:MOV P1,#08H ;A
ACALL DELAY
MOV P1,#0CH ;AB
ACALL DELAY
MOV P1,#04H ;B
ACALL DELAY
MOV P1,#06H ;BC
ACALL DELAY
MOV P1,#02H ;C
ACALL DELAY
MOV P1,#03H ;CD
ACALL DELAY
MOV P1,#01H ;D
ACALL DELAY
MOV P1,#09H ;DA
ACALL DELAY
SJMP SMRUN ;循环转动
DELAY,MOV R4,#10 ;单步延时程序
DELAY1:MOV R5,#250
DJNZ R5,$
DJNZ R4,DELAY1
RET (作用？ )
END
68
步进电机控制接口 实例 2:
采用 8255芯片 控制 x,y轴 步进电机
3.1 数控加工的概念
3.2 数字程序控制基础
3.2.1 数字程序控制方式
3.2.2 开环数字程序控制
3.3 逐点比较法插补原理
3.3.1 逐点比较法直线插补
3.3.2 逐点比较法圆弧插补
3.4 步进电机控制技术
3.4.1 步进电机的工作原理
3.4.2 步进电机的工作方式
3.4.3 步进电机控制接口及输出字表
3.4.4 步进电机控制程序第三章 数字程序控制技术
2
3.1 数控 加工的概念 (了解 )
计算机数控 CNC (Computer Numerical Control)
数控加工 ——根据零件图样及工艺要求等原始条件,编制零件数控加工程序,并输入到 数控机床的数控系统,以控制数控机床中刀具与工件的相对运动,从而完成 零件的加工,
4
通过把数字化了的刀具 移动轨迹信息 (通常指
CNC加工程序 ),传入数控机床的数控装置,经过译码、
运算,指挥执行机构 (伺服电机 带动的主轴和工作台 )
控制刀具与工件做相对运动,从而加工出符合编程设计要求的零件,
数控加工的 原理
5
伺服驱动机床零点
6
可装 20把刀 的无臂式 ATC刀具库可装 24把刀 的有臂式 ATC刀具库常见的 刀具库
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可装 32把刀的有臂式刀具库可装 60把刀的刀具库
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五轴高速铣削头
9
数控车床与普通车床结构差别右图是同一品牌的数控车床与普通车床,结构上具有明显差异 ——
数控系统 ；
床身稳固 装有防护门；
保留主轴箱、尾座；
取消挂轮箱、进给箱、
溜板箱、光杆、丝杆等；
配备 自动刀架 \对刀仪 \自动排屑等辅助设备,
伺服系统 ；
数控车床结构及分类
10
卧式 数控车床
11
立式 电脑车床
12
数控车削中心
13
华中 XKA71402数控立式铣床数控铣床的结构及类型华中 XKA714数控立式铣床
14
华中 ZJK7532-A铣钻床 龙门铣
15
TOSHIBA四轴高速加工 镗铣床 FIDIA五轴高速铣床
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加工中心与数控铣床的异同,加工中心是在数控机床的基础上发展起来的,都是通过程序控制多轴联动走刀进行加工的数控机床,
不同的是 加工中心 具有 刀库和自动换刀功能,
加工中心的主要 加工对象
17
立式加工中心 龙门式加工中心
18
编写 程序典型零件的数控加工工艺
N0010 G92 X5 Y5 Z5
N0020 G91
N0030 G17 G00 X40 Y30
N0040 G98 G81 X40 Y30 Z-5 R15 F150
N0050 G00 X5 Y5 Z50
N0060 M05
N0070 M02
1、加工 φ20 ㎜ 孔程序 (手工安装好 φ20 ㎜ 钻头 )
设置对刀点相对坐标编程在 XOY平面内加工钻孔循环抬刀主轴停转程序结束
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编写程序
N0010 G92 X5 Y5 Z50
N0020 G90 G41 G00 X-20 Y-10 Z-5 D01
N0030 G01 X5 Y-10 F150
N0040 G01 Y35 F150
N0050 G91
N0060 G01 X10 Y10 F150
N0070 G01 X11.8 Y0
N0080 G02 X30.5 Y-5 R20
N0090 G03 X17.3 Y-10 R20
N0100 G01 X10.4 Y0
N0110 G03 X0 Y-25
N0120 G01 X-90 Y0
N0130 G90 G00 X5 Y5 Z10
N0140 G40
N0150 M05
N0160 M30
2,铣轮廓程序 (手工安装好 ф5 ㎜ 立铣刀,不考虑刀具长度补偿 )
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数控机床生产厂家必须向用户提供安装、
使用与维修有关的技术资料,主要有,
数控机床 电气使用说明书
数控机床 电气原理图
数控机床电气 连接图
数控机床结构简图
数控机床参数表
数控机床 PLC控制程序诊断用技术资料
21
数控系统 操作手册
数控系统 编程手册
数控系统安装与维修手册
伺服驱动系统 使用说明书数控机车的技术资料对故障分析与诊断非常重要,必须认真仔细地阅读,并对照机床实物,做到心中有数,一旦机床发生故障,再进行分析的同时查阅资料,
主要品牌,日本 FANUC,德国 SIEMENS…,.
22
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动控制,
数控系统,输入装置、输出装置、控制器和插补器,
3.2 数字程序控制基础
23
步骤,
1.曲线分段,
图中曲线分为三段,分别为 AB,BC,CD,四点坐标 A,B、
C,D送计算机,
分割原则,应保证线段所连的曲线与原图形的 误差 在允许范围之内,
24
2,插补计算,
－ 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,
－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,
－插补,
(1)直线插补 ---在给定的两个基点之间用一条 近似直线 来逼近
(2)二次曲线插补 (圆弧、抛物线、双曲线 )---在给定的两个基点之间用一条 近似曲线 来逼近
3,折线逼近,根据插补计算出的 中间点、产生脉冲信号,驱动 x、
y方向上的步进电机,带动绘图笔、刀具等,从而绘出图形或加工所要求的轮廓,
25
－ 步长,刀具对应于每个脉冲移动的相对位置,可以用 △ x,△ y表示,一般△ x=△ y
x方向步数,Nx＝ (xe-x0)/△ x
y方向步数,Ny＝ (ye-y0)/△ y
26
3.2.1 数字程序控制方式数字程序控制的 3种方式,点位控制、直线切削控制、轮廓切削控制,
27
(1)点位控制 (Point To Point)
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,对 刀具的移动路径、移动速度、移动方向不作规定,且在移动过程中不做任何加工,只是在准确到达指定位置后才开始加工,(定位 )
(2)直线 切削控制 (Strait Cut Control System)
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 )
28
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
(3)轮廓 的切削控制 (Continuous Path)
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 )
29
3.2.2 开环数字程序控制
闭环方式 执行机构多采用 直流电机 作为驱动元件
反馈测量元件 采用 光电编码器、光栅、感应同步器 等
开环方式
30
光栅光电编码器感应同步器
31
3.3 逐点比较法插补原理逐点比较法 插补,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一次,决定下一步的进给方向,用 阶梯折线逼近曲线,
走一步 -----比较一次 -----决定下一步的走向逐点比较法的最大误差,一个脉冲当量 (步长 )
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3.3.1 逐点比较法 直线 插补
(1)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
33
(2)第一象限内 的直线插补偏差计算式,若点 M在 OA直线段上,则有 xm/ym=xe/ye
即 ymxe-xmye＝ 0
取 偏差计算式 为 Fm=ymxe-xmye
34
(3)偏差判别,
偏差判别式,Fm=YmXe-XmYe
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时,沿 +y轴 方向走一步；
当目前坐标与终点坐标相等,停止插补,
35
(4)偏差计算的 简化,
⒈ 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= ymxe-(xm+1)ye= ymxe-xmye-ye=Fm–ye
2.设加工点在 m点,若 Fm<0,这时沿 +y轴 方向走一步至 m＋ 1
点,推理有 Fm+1=Fm+xe
3.偏差计算简化为,若 m为起点 0,则 Fm=F0=0；
否则,若 Fm>=0,Fm+1=Fm–ye
若 Fm< 0,Fm+1=Fm+xe
36
(5)终点判断,
方法 1:设置 x,y轴两个减法计数器 Nx和 Ny,加工前分别存入终点坐标 xe和 ye,x(y) 轴每进给一步则 Nx–1
(Ny–1),当 Nx和 Ny均为 0,则认为达到终点,
方法 2:设置一个 终点计数器 Nxy,x或 y轴每进给一步则 Nxy–1,当 Nxy为 0,则认为达到终点,(采用 )
37
(6)4象限内 的直线插补
2象限,1象限以 y轴镜象
3象限,1象限旋转 180度
4象限,1象限以 x轴镜象
38
(7)直线插补计算的 程序实现内存单元数据,
XE:终点 X坐标
YE:终点 Y坐标
NXY,总步数,Nxy ＝ Nx + Ny
FM,加工点偏差,初值 F0=0
XOY,象限值,1,2,3,4分别代表 1,2,3,4象限
ZF:进给方向,1,2,3,4代表在 +x,–x,+y,-y方向进给,
39
流程图,
40
例 1:加工第 1象限直线 OA,起点为 O(0,0),终点为
A(6,4),试进行插补并作走步轨迹图 (flash)
解,进给总步数 Nxy＝ |6-0|+|4-0|=10
xe=6,ye=4,F0=0,xoy=1
41
42
3.3.2 逐点比较法 圆弧 插补
(1)第一象限内 的圆弧插补偏差定义,M点偏差 Fm=Rm2-R2=xm2+ym2-R2
偏差判断,
Fm=0,M点在圆弧 上
Fm>0,M点在圆弧 外
Fm<0,M点在圆弧 内
43
(2)第一象限 逆 圆弧 逐点比较插补的原理,
从起点出发,
当 Fm>=0,向 -x方向进给一步,并计算新的偏差；
当 Fm< 0,向 +y方向进给一步,并计算新的偏差,
按上述步骤循环到达终点后结束,
44
(3)偏差的 简化计算,以第一象限 逆圆弧 为例,
当 Fm>=0,向 -x方向进给一步,
(xm+1,ym+1) = (xm-1,ym )
Fm+1= xm+12+ym+12-R2= Fm–2xm+1
当 Fm<0,向 +y方向进给一步,
(xm+1,ym+1) = (xm,ym+1 )
Fm+1= xm+12+ym+12-R2= Fm+2ym +1
起点偏差 Fm＝ 0
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(4)终点判断采用总步数 Nxy的计数方法,Nxy初始设值为 x轴 和 y轴进给总步数之和,x或 y轴 每进给一步,则 Nxy–1,当 Nxy为
0,则认为达到终点,
(5)插补计算步骤偏差判别 -> 坐标进给 -> 偏差计算 ->坐标计算 -> 终点判断直线插补,偏差计算使用 终点 坐标 xe,ye
圆弧插补,偏差计算使用 前一点 坐标 xm,ym
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(6)四个象限 的圆弧插补第一象限 顺 圆弧的插补计算当 Fm>=0,向 -y方向 进给一步,Fm+1=Fm–2ym+1
当 Fm<0,向 +x方向 进给一步,Fm+1=Fm+2xm+1
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四个象限的圆弧插补
2象限,1象限以 y轴镜象
4象限,1象限以 x轴镜象
3象限,1象限旋转 180度
48
圆弧插补计算工时和进给方向注意,表中坐标值为不带符号的数,如第四象限中的点
(-4,-3) 应该用 xm=4,ym =3查表计算,
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(7)圆弧插补计算的 程序实现内存单元数据
X0:起点 X坐标 Y0:起点 Y坐标
NXY,总步数,Nxy ＝ Nx + Ny
FM:加工点偏差；
XM:xm YM,ym
RNS:圆弧种类,1,2,3,4和 5,6,7,8分别代表
SR1,SR2,SR3,SR4和 NR1,NR2,NR3,NR4,
ZF:进给方向,1,2,3,4代表在 +x,–x,+y,-y方向进给,
50
流程图
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例 2:加工 第 1象限 逆 圆弧 AB,起点为 A(4,0),终点为 B
(0,4),试进行插补并作走步轨迹图 (flash)
解,进给总步数 Nxy＝ |4-0|+|4-0|=8
52
53
3.4 步进电机 控制技术步进电机 (Step Motor),是一种将 电脉冲信号 转换为角位移 的机电式数摸 (D/A)转换器,
输入,脉冲输出,角位移脉冲数,决定位移量脉冲频率,决定位移的速度
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3.4.1 步进电机的 工作原理 (复习 )
三相反应式步进电机定子,三对磁极,六个齿转子,四个齿,分别为 0,1,2,3齿
55
工作过程,
A相通电,A相磁极与 0/2号齿对齐；
B相通电,由于磁力线作用,B相磁极与 1/3号齿对齐；
C相通电,由于磁力线作用,C相磁极与 0/2号齿对齐；
A相通电,由于磁力线作用,A相磁极与 1/3号齿对齐；
结论,定子按 A->B->C->A相轮流通电,则磁场沿 A,B,C
方向转动 360度角,转子沿 ABC方向转动了一个齿距的位置,
齿数为 4,齿距角为 90度,即 1个齿距转动了 90度,
56
单三拍
57
步进电机的,相,和,拍,
,相,,绕组的个数
,拍,,绕组的通电状态,
如,三拍表示一个周期共有 3种通电状态,
六拍表示一个周期有 6种通电状态,
每个周期步进电机转动一个齿距,
步进电机的 步距角 的计算,
N:步进电机的拍数
Z:转子的齿数,齿距角 θz=360/Z
步距角 θ=360/(NZ),步进电机每拍步进的角度,
58
3.4.2 步进电机的工作方式
1.步进电机的通电方式单相 通电方式,双相 通电方式,单相双相 交叉通电方式,
2.三相步进电机可工作于 三相三拍 (单三拍 )、双相三拍 (双三拍 )、三相六拍 工作方式,
三相三拍 工作方式
A->B->C->A…
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双相三拍 工作方式
AB->BC->CA->AB->…
三相六拍 工作方式
A->AB->B->BC->C->CA->A->…
60
双相三拍
61
3.4.3 步进电机 控制接口及输出字表步进电机常规控制电路
62
脉冲分配器,把 脉冲串按一定规律 分配给脉冲放大器的各相输入端,又称 环形分配器,
(1)输入,步进脉冲,1个脉冲为 1拍,走一步
(2)方向选择,正转或反转
(3)输出,各相绕组的驱动脉冲功率放大器,脉冲分配器的输出电路不足以驱动步进电机,进行功率放大,
63
步进电机微机控制 方式 1:
微机 ＋ 环形分配器 ＋ 功放运动控制及脉冲产生 脉冲分配及放大步进电机微机控制 方式 2,
微机 + 驱动电路运动控制和脉冲分配 功率放大
64
输出字以表的形式顺序存放在内存,
正转 访问顺序,ADX1->ADX2->… ->ADX6
ADY1->ADY2->… ->ADY6
反转 访问顺序,ADX6->ADX5->… ->ADX1
ADY6->ADY5->… ->ADY1
微机的运动控制功能
(1)改变各相绕组的 通电顺序,控制步进电机的 转向,正转 /反转
(2)改变输出脉冲的 频率,控制步进电机的 转速
(3)改变 输出脉冲的数量,控制步进电机的 走步数
65
步进电机控制的输出字表
8255的 PA,PB口分别控制 x,y轴步进电机输出数据,1‖表示通电,―0‖表示断电
A
AB
B
BC
C
CA
66
步进电机控制接口实例 1:(实验用 )
ULN2003A
A 0000 1000
AB 0000 1100
B 0000 0100
BC 0000 0110
C 0000 0010
CD 0000 0011
D 0000 0001
DA 0000 1001;电机控制方式为 四相八拍
A-AB-B-BC-C-CD-D-DA
A－ P1.3
B－ P1.2
C－ P1.1
D－ P1.0
67
BA EQU P1.3
BB EQU P1.2
BC EQU P1.1
BD EQU P1.0
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0100H
MAIN,MOV SP,#60H
ACALL DELAY
SMRUN:MOV P1,#08H ;A
ACALL DELAY
MOV P1,#0CH ;AB
ACALL DELAY
MOV P1,#04H ;B
ACALL DELAY
MOV P1,#06H ;BC
ACALL DELAY
MOV P1,#02H ;C
ACALL DELAY
MOV P1,#03H ;CD
ACALL DELAY
MOV P1,#01H ;D
ACALL DELAY
MOV P1,#09H ;DA
ACALL DELAY
SJMP SMRUN ;循环转动
DELAY,MOV R4,#10 ;单步延时程序
DELAY1:MOV R5,#250
DJNZ R5,$
DJNZ R4,DELAY1
RET (作用？ )
END
68
步进电机控制接口 实例 2:
采用 8255芯片 控制 x,y轴 步进电机
