第四章 计算机数字控制系统.ppt

第四章 计算机数字控制系统 CNC装置是按模块化设计的方法构造. 模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的单元模块,并配上相应的驱动软件。系统设计时按功能的要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，即可组成一个完整的控制系统的方法。 实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS)标准化。 采用模块化结构时，CNC系统设计工作则可归结为功能模块的合理选用。 CNC 系统硬件框图 数控装置软件的数据转换流程 把用ASCⅡ码编写的零件加工程序翻译成数控系统要求的 数据格式，并存放到译码缓冲区中，准备为后续程序使用。 根据刀具参数，确定刀具长度补偿量和刀具半径补偿量，根据零件轮廓轨迹计算出刀具中心轨迹，以保证零件的加工精度。 根据合成速度计算出各运动坐标的分速度，同时安装机床允许的最低、最高速度、最大加速度和最佳升降速规律，进行速度规划。 1． 根据速度倍率值计算本次插补周期的实际合成位移量； 2． 计算新的坐标位置； 3． 将合成位移分解到各个坐标方向，得到各个坐标轴的位  置控制指令。 在伺服系统的每个采样周期中，将插补计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较，其差值作为伺服调节的输入，经过伺服驱动器控制伺服电机。同时还要完成位置回路的增益调整、各个坐标的螺距误差补偿和反向间隙补偿，提高机床的定位精度。 数字积分器通常由函数寄存器、累加器和与门等组成。数字积分器结构框图见右图。 工作过程：每隔t时间发一个脉冲，与门打开一次，将函数寄存器中的函数值送累加器里累加一次，令累加器的容量为一个单位面积，当累加和超过累加器的容量一个单位面积时，便发出溢出脉冲，这样累加过程中产生的溢出脉冲总数就等于所求的总面积，即所求积分值。 坐标值x、y存入寄存器Jvx, Jvy的对应关系与直线不同，恰好位置互调，即y存入Jvx,，而x存入Jvy中。 Jvx, Jvy寄存器中寄存的数值与直线插补时还有一本质区别：直线插补时Jvx（或Jvy）寄存的是终点坐标xe（或ye），是常数；而在圆弧插补时寄存的是动点坐标，是变量。故在刀具移动过程中须根据刀具位置变化来更改速度寄存器Jvx, Jvy中的内容。 在起点时，Jvx, Jvy 分别寄存起点坐标值y0, x0；在插补过程中JRy每溢出一个Δy脉冲，Jvy寄存器应该加“ 1”；反之，当JRx溢出一个Δx脉冲时，Jvy应该减“ 1”。减“ 1”的原因是刀具在作逆圆运动时x坐标须作负方向进给，动坐标不断减少。 前图用＋（－）表示修改动点坐标时这种加“ 1”或减 “ 1”的关系。 例： 用数字积分法插补第一象限NR1逆圆时的圆弧AB，起点为A(6，0)，终点为B(0，6)，圆心在原点，半径为R＝6，运算过程见表3-9。 解：插补开始时，Jvx＝Y。＝0，Jvy＝X0＝6，JRX＝JRY＝0。为简便起见，设寄存器为三位，容量为23＝8。表中用八进制数表示，当运算结果大于8表示溢出一个脉冲(X或Y方向的进给脉冲)。 插补轨迹如右图所示。为使插补轨迹不偏离所要求插补的曲线，在插补中当某一坐标到达终点后，即停止溢出到所对应的轴(如图3-29中的Y轴)，且不修改被积函数；而另一轴仍继续运算，直到也到达终点后才停止插补运算，这样可以达到终点B，否则就会偏离终点B。 例 设有第一象限顺圆AB，如图4-4所示，起点A（0，5），终点B（5，0），所选寄存器位数n=3。若用二进制计算，起点坐标A（000，101），终点坐标B（101，000），试用DDA法对此圆弧进行插补。 其插补运算过程见表3-4。 表3-4 DDA圆弧插补运算过程见表4-2 DDA圆弧插补与直线插补的主要区别为： （1）圆弧插补中被积函数寄存器寄存的坐标值与对应坐标轴积分器的关系恰好相反。 （2）圆弧插补中被积函数是变量，直线插补的被积函数是常数。 （3）圆弧插补终点判别需采用两个终点计数器。对于直线插补，如果寄存器位数为n，无论直线长短都需迭代2n次到达终点。 3. 数字积分法插补的象限处理 DDA插补不同象限直线和圆弧时，用绝对值进行累加，把进给方向另做讨论。 圆弧插补时被积函数是动点坐标，在插补过程中要进行修正，坐标值的修改要看动点运动是使该坐标绝对值是增加还是减少，来确定是加1还是减1。四个象限直线进给方向和圆弧插补的坐标修改及进给方向如表3-5所示。 Y