第7章 数字程序控制技术

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1、1第7章 数字程序控制技术 逐点比较法插补原理逐点比较法插补原理步进驱动数字程序控制技术步进驱动数字程序控制技术 数字程序控制基础数字程序控制基础其他数字程序控制驱动设备其他数字程序控制驱动设备 2 数字程序控制系统即计算机数字控制（数字程序控制系统即计算机数字控制（Computer Numerical Computer Numerical ControlControl，CNCCNC）系统，是利用数字电子技术和计算机技术，对生）系统，是利用数字电子技术和计算机技术，对生产机械进行自动控制的系统，他能够根据所采集的数据和预先编产机械进行自动控制的系统，他能够根据所采集的数据和预先编制好的程序，控

2、制生产机械（如各种加工机械）按相应的工作顺制好的程序，控制生产机械（如各种加工机械）按相应的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等自动地完成系统的控制。序、运动轨迹、运动距离和运动速度等自动地完成系统的控制。 本章主要介绍：本章主要介绍：数字程序控制的基本原理和控制方式；逐点数字程序控制的基本原理和控制方式；逐点比较法直线插补和圆弧插补的原理及程序实现；以步进电机作为比较法直线插补和圆弧插补的原理及程序实现；以步进电机作为驱动设备的数字程序控制技术。驱动设备的数字程序控制技术。37.1 7.1 数字程序控制基础数字程序控制基础 数字程序控制简称为数控数字程序控制简称为数控（CNCCNC：Co

3、mputer Numerical ControlComputer Numerical Control），），他用代表加工顺序、加工方式和加工参数的数字码作为控制指令，主要他用代表加工顺序、加工方式和加工参数的数字码作为控制指令，主要用于各种机床的自动控制用于各种机床的自动控制，如铣床、车床、加工中心、线切割机，以及，如铣床、车床、加工中心、线切割机，以及焊接机、气割机的控制等。这种采用数字程序控制的机床叫做数控机床，焊接机、气割机的控制等。这种采用数字程序控制的机床叫做数控机床，数控机床正是由于采用了数字程序控制的方式，不仅数控机床正是由于采用了数字程序控制的方式，不仅能够加工形状复杂能够加工

4、形状复杂的零件，而且加工精度高、生产效率高的零件，而且加工精度高、生产效率高，是实现工业生产自动化的重要，是实现工业生产自动化的重要保障。保障。 同时数控技术和数控机床是实现柔性制造（同时数控技术和数控机床是实现柔性制造（Flexible Flexible ManufacturingManufacturing，FMFM）和计算机集成制造（）和计算机集成制造（Computer Integrated Computer Integrated ManufacturingManufacturing，CIMCIM）的最重要的基础技术之一。）的最重要的基础技术之一。47.1.1 数控技术的发展数控技术的发展

5、 世界上第一台世界上第一台3坐标立式数控机床是坐标立式数控机床是1952年美国麻省理工学院伺服机构实验年美国麻省理工学院伺服机构实验室开发出来的，室开发出来的，主要目的是为了满足高精度和高效率的加工复杂零件的需要主要目的是为了满足高精度和高效率的加工复杂零件的需要。他。他标志着数控技术发展的开始。标志着数控技术发展的开始。 数控技术的发展大致分为以下四个阶段：数控技术的发展大致分为以下四个阶段： 第一阶段：第一阶段：1952年年-1970年，这一阶段的数控系统是以年，这一阶段的数控系统是以数字电子技术数字电子技术为基为基础来实现的，经历了三个时代，即电子管时代、晶体管时代和小规模集成电路时础来

6、实现的，经历了三个时代，即电子管时代、晶体管时代和小规模集成电路时代代。控制功能比较简单，使用灵活性较差。控制功能比较简单，使用灵活性较差。 第二阶段：第二阶段：1970年年-1974年，由于计算机的迅速发展，其性价比不断提高，年，由于计算机的迅速发展，其性价比不断提高，小型计算机小型计算机代替了数控系统中硬件构成的专用计算机装置，从而诞生了计算机数代替了数控系统中硬件构成的专用计算机装置，从而诞生了计算机数控，简称控，简称CNC系统。系统。 第三阶段：第三阶段：1974年年-20世纪世纪80年代初，随着采用大规模集成电路的微处理年代初，随着采用大规模集成电路的微处理器迅速发展，数控系统开始采

7、用器迅速发展，数控系统开始采用微型计算机微型计算机。但是这种数控系统一直由一些厂家。但是这种数控系统一直由一些厂家进行封闭垄断性生产，使得这类数控产品专用性强，与标准计算机不兼容进行封闭垄断性生产，使得这类数控产品专用性强，与标准计算机不兼容。 第四阶段：第四阶段：20世纪世纪90年代初开始，数控系统向开放式方向发展，具体表现年代初开始，数控系统向开放式方向发展，具体表现是是基于基于PC机的开放式数控系统机的开放式数控系统。同时，随着基于。同时，随着基于DSP的运动控制技术的突破，的运动控制技术的突破，为开放式数控系统的发展创造了新的条件。为开放式数控系统的发展创造了新的条件。57.1.2 数

8、控系统的分类数控系统的分类 数控系统按被控制对象的运动轨迹进行分类，可分为数控系统按被控制对象的运动轨迹进行分类，可分为点位控制、直点位控制、直线控制和轮廓控制。线控制和轮廓控制。 （1）点位控制点位控制数控机床的数控装置只要求能够精确地从一个坐标点到数控机床的数控装置只要求能够精确地从一个坐标点到另一个坐标点的精度定位，而不管从一点到另一点是按什么轨迹运动，另一个坐标点的精度定位，而不管从一点到另一点是按什么轨迹运动，并且在移动过程中不进行任何加工。并且在移动过程中不进行任何加工。 这类数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床、数控点这类数控机床主要有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床、

9、数控点焊机和数控折弯机等。焊机和数控折弯机等。 （2）直线控制直线控制的数控机床一般要在各点间移动的同时进行切削加工，的数控机床一般要在各点间移动的同时进行切削加工，所以不仅要求机床有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直所以不仅要求机床有准确的定位功能，还要求从一点到另一点之间按直线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制，即对于不同的刀具和工线规律运动，而且对运动的速度也要进行控制，即对于不同的刀具和工件，需要选择不同的进给速度。件，需要选择不同的进给速度。 这一类机床包括简易数控车床、数控铣床、数控镗床等。这一类机床包括简易数控车床、数控铣床、数控镗床等。 （3）轮廓控制轮廓控制又称

10、连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其又称连续控制，大多数数控机床具有轮廓控制功能。其特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。它不仅控制起点和终特点是能同时控制两个以上的轴，具有插补功能。它不仅控制起点和终点位置，而且要控制加工过程中每一点的位置和速度点位置，而且要控制加工过程中每一点的位置和速度。 轮廓控制的数控机床包括有两坐标及两坐标以上的数控铣床、可以轮廓控制的数控机床包括有两坐标及两坐标以上的数控铣床、可以加工回转曲面的数控机床、加工中心等。加工回转曲面的数控机床、加工中心等。6 数控系统按控制方式分类，可分为开环控制系统、闭环控制系统和半数控系统按控制方式分类，可分为开环控

11、制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。闭环控制系统。（1）开环控制系统）开环控制系统没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机的性能。向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机的性能。图图7.1 7.1 开环数控系统结构框图开环数控系统结构框图 开环控制系统具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优开环控制系统具有结构简单、系统稳定、容易调试、成本低等优点。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低，一般点。但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低，一般位置精度通常为位置精度通常为0