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第三章 微机数控系统 第一节 数控系统概述 第二节 逐点比较插补原理 第三节 步进电机控制技术 数控的基本概念 顺序控制 顺序控制是指以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序，对控制过程各阶段顺序地进行自动化。 数字程序控制（CNC） 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。 顺序控制系统结构图 数控系统的组成 输入装置 一般指微机的输入设备，如键盘。其作用是输入数控系统对生产机械进行自动控制时所必需的各种外部控制信息和加工数据信息。 微机 微机是MNC系统运算和控制的核心。在系统软件指挥下，微机根据输入信息，完成数控插补器和控制器运算，并输出相应的控制和进给信号。若为闭环数控系统，则由位置检测装置输出的反馈信息也送入微机进行处理。 输出装置 一般包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等。在微机控制下，输出装置一方面显示加工过程中的各有关信息，另一方面向被控生产机械输出各种有关的开关量控制信号(冷却、启、停等)，还向伺服机构发出进给脉冲信号等。 伺服机构 一般包括各种伺服元件和功率驱动元件。其功能是将输出装置发出的进给脉冲转换成生产机械相应部件的机械位移(线位移、角位移)运动。 逐点比较插补原理 它是按照“走一走，看一看，比较一次”的规则来决定下一步的走向，以便逼近给定轨迹的。 直线逐点比较插补原理 圆弧逐点比较插补原理 直线逐点比较插补原理 先把每一插值点(动点)的实际位置与给定轨迹的理想位置的误差(即“偏差Fm”)计算出来，然后，再根据偏差的正、负值来决定下一步走向，以逼近给定的轨迹。这就是直线插补算法原理。 ? 第一象限直线插补算法与实现 偏差计算 若Fm0，则加工点在直线上方，下一步必然沿＋x方向走一步。 若Fm0，则加工点在直线下方，下一步必然沿＋y方向走一步。 如果在进行直线插补时，按偏差计算公式计算偏差，决定走向，则计算机要做两次乘法运算、一次减法运算，这样做比较复杂、耗时。因此，应寻求新的偏差计算方法。 偏差递推算式 设加工点正处在m点上，当Fm≥0时，m点应在OA线上或OA线的上方，此时，都应沿+x轴方向进给一步，而走一步的新坐标为 若Fm0时，m点在OA线的下方，应向+y方向进给一步，而走一步的新坐标为   该点偏差为 Fm+1 =ym+1 xe-xm+1 ye=(ym+1)xe-xmye=Fm+xe 终点判别 双计数器法 这是x、y方向进给步数，采取独立计数判断的方法。 单计数器法 设一个总步数计数器，对x坐标方向和y坐标方向的总步数进行计数。 直线插补计算流程图 四象限直线插补算法 圆弧逐点比较插补原理 与平面直线插补加工类似，在进行圆弧插补加工时，仍然是先求出加工点与给定轨迹的理想位置的偏差Fm，然后，再根据偏差的正、负值来决定下一步走向，以逼近给定的轨迹。 第一象限圆弧插补算法 由图可知 偏差计算 若Fm=0，加工点在圆弧上，为了逼近圆弧，下一步应向-x轴进给，并算出新偏差。 若Fm0，加工点在圆弧外，为了逼近圆弧，下一步应向-x轴进给，并算出新偏差。 偏差的递推公式 终点判别 圆弧插补终点判断方法与直线插补方法相同，即既可以采用x,y方向进给步数独立计数判断法，也可以采用总步数Σ判断法。 插补计算过程 圆弧插补计算过程也与直线插补过程相同，即亦包括偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判断四个节拍。 四象限圆弧插补计算公式 在第一象限圆弧的逆圆插补加工情况下，不难推导出其他三个象限的逆圆、顺圆的偏差计算公式。 * * 输入装置、微机、输出装置、伺服结构、位置检测 偏差计算公式： 设待加工直线OA在平面的第一象限上，直线起点为坐标原点O(x0,y0)， 终点坐标为E(xe,ye)。若加工点(动点)m(xm,ym)在直线上， 则有 Fm=ymxe-xmye 该点偏差为 Fm+1 = ym+1 xe-xm+1 ye=ymxe-(xm+1)ye= Fm-ye 因此，可得圆弧偏差判别公式为 仿照直线插补的做法，导出圆弧偏差计算的递推公式。 若Fm≥0，则应沿-y轴方向走一步，新加工点的偏差为： 若Fm＜0，则应沿+x轴走一步，新加工点的偏差为