数控技术及应用课件：数字控制原理 -.ppt

* * 数字积分法又称为数字微分分析法（Digital Differential Analyzer,DDA），是在数字积分器的基础上建立起来的一种插补算法，可以实现一次、二次、甚至高次曲线的插补，也可以实现多坐标联动控制，并具有运算速度快、应用广泛的特点。只要输入不多的几个数据，就能加工出圆弧等形状较为复杂的轮廓曲线。作直线插补时，脉冲分配也比较均匀。这种方法最初在硬件数控系统中使用逻辑电路实现积分运算，现在可以由软件实现。 (2)数字积分法插补 * * 1)数字积分法直线插补 * * * * * * 图4.16 DDA直线插补软件流程 * 表4.7 DDA直线插补二进制计算 * * 2)数字积分法圆弧插补 * * DDA圆弧插补时，由于x、y方向到达终点的时间不同，需要对x、y两个坐标分别进行判断。把x、y坐标要输出的脉冲数、分别存放在两个计数器中，当某一个坐标计数器为零时，说明该坐标已经到达终点，停止迭代。当两个终点计数器均为零时，插补结束。 * X ∣ b - X a y=Y ∣ + N Y N Y x=X a a F=0 ∑ = ∣ Y b - Y a ∣ F ≥ 0 ＋ X 向进给 - Y 向进给 F ← F+2X+1 X ← X+1 ∑＝ 0 开始 F ← F - 2Y+1 Y ← Y - 1 ∑←∑ - 1 结束 图4.19 第一象限DDA圆弧插补原理图 * * 3）数字积分法插补的象限处理 表4.9 DDA圆弧插补运算过程 * * 2.数据采样插补 数据采样插补又称为时间标量插补、时间分割插补或数字增量插补。这类插补算法的特点是数控装置产生的不是单个脉冲，而是标准二进制数。 数据采用插补方法很多，如直线函数法、扩展数字积分法、二阶递归算法等，适用于闭环、半闭环以直流和交流伺服电机为驱动装置的数据采样控制系统，能较好地满足速度控制和精度控制的要求。 在圆弧插补中，将轮廓步长作为切线、割线或弦线来逼近圆弧，必然会带来轨迹误差。 数字控制原理 4.1 插补原理的数学建模方法 4.3 刀具半径补偿 概述 4.2 * 本章概要 提 要 本章主要介绍CNC系统的工作过程、基准脉冲插补、数据采样插补和刀具半径补偿。 重点：CNC系统的工作原理及工作过程、逐点比较法直线插补和圆弧插补、数字积分法直线插补和圆弧插补以及刀具半径补偿的原理。 难点： CNC系统的工作原理，刀具半径补偿的应用。 * 本章概要 掌 握 程 度 掌握基准脉冲插补中的逐点比较法直线插补和圆 弧插补、数字积分法直线插补和圆弧插补 掌握刀具半径补偿的原理 了解刀具半径补偿的应用 了解CNC系统的工作原理及工作过程 * ★本节提示 数字控制顾名思义就是数字化控制，英文名称为Numerical Control，简称NC。 计算机数控（CNC）系统是一种位置控制系统。它的实质是将被加工零件的图样及工艺信息数字化，用规定的代码和程序式编写加工程序，然后将所编写程序指令输入到机床的数控装置中。数控装置再将程序(代码)进行译码、运算，把程序数据段进行相应的处理，让数据段插补出理想的刀具运动轨迹并将插补结果输出到执行部件，控制机床和刀具的相对运动，使刀具加工出所需的合格零件。 4.1 概述 * CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的过程。按照系统监控软件的控制逻辑，对输入、译码、刀具补偿、速度处理、插补、位置控制、I/O处理、显示和诊断等方面进行控制。CNC系统在工作过程中，需要采集机床、控制面板和辅助加工设备的状态信息(如行程开关信号、按钮开关信号等)；需要通过感知机构测量运动位置、运动速度和工件尺寸等信号；需要向各种驱动装置(伺服驱动器、电磁阀等)发送控制信号。 CNC系统的工作过程 * 1）输入 2）译码 3）刀具补偿 4）速度处理 5）插补 6）位置控制 插补输出指令 位置控制 速度控制 进给电动机 测量反馈 位置控制的原理 * 7）I/O处理 8）显示 9）诊断 S、M、T执行 完信号 坐标及刀具补偿处理 位置控制输出 译 码 输 入 G指令处理 插补预处理 插补运算 伺服驱动 F指令速度处理 坐标轴运动与位置检测 S、M、T指令处理 PLC处理 主轴控制与 辅助操作处理 主轴电机和电气控制 进给电动机 零件程序 CNC系统的工作过程 * 基准脉冲插补又称为脉冲增量插补或行程标量插补。这类插补算法每次插补结束后产生一个行程增量，以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多给每个轴一个进给脉冲。该插补算法主要为各坐标轴进行脉冲分配计算