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1、第4章 顺序控制与数字程序控制,顺序控制与数字程序控制,4.1 顺序控制4.2 数字程序控制4.2.1 逐点比较插补法4.2.2 数字积分器插补法,4.1 顺序控制,顺序控制就是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顺序地完成工作的自动控制。1钻孔动力头的顺序控制,4.1 顺序控制,1钻孔动力头的顺序控制在一个循环的加工过程中，钻孔动力头经历快进、工进、工进延时、快退和停止5个工作状态，各个工作状态的顺序转换根据现场输入信号（按钮、行程开关、定时器的状态）而定。,图4-1 钻孔动力头顺序加工的各个工作状态,工作步骤：刀具在原位，行程开关S0闭合；按启动按钮A，电磁阀D1通电，刀
2、具快进；刀具接近工件，S1闭合，D2通电，刀头工进；工进到位，S2闭合，开始定时工进；定时时间到，D1、D2断电，D3通电，刀具快退；刀具退回原位，S0闭合，D3断电，刀具停止。,4.1 顺序控制,2搬运机械手的顺序控制,图4-2 搬运机械手的工艺流程图,工作步骤：按启动按钮A，电磁阀D1通电，机械手下降，到位时S1闭合，D1 断电停止下降；D2通电，机械手夹紧工件，延时；D3通电，机械手上升，到位时S2闭合，D3断电停止上升；D4通电，机械手右移，到位时S3闭合，D4断电停止右移；D1通电，机械手下降，到位时S1闭合，D1断电停止下降；D2断电，机械手松开工件，延时；D3通电，机械手上升，到
3、位时S2闭合，D3断电停止上升；D5通电，机械手左移，到位时S4闭合，D5断电停止左移；回到原位。,4.1 顺序控制,顺序控制系统的组成结构及特点如下 顺序控制系统的输入和输出信号都是两个状态的开关信号。顺序控制系统必须有系统控制器，它是系统的核心部分。顺序控制系统需要增加检测机构。,个典型的顺序控制系统由系统控制器、开关量输入接口电路、开关量输出接口电路、执行机构、控制对象、检测机构、显示与报警电路7部分组成，其结构框图如图4-3所示。,4.1 顺序控制,图4-3 顺序控制系统组成结构框图,4.1 顺序控制,3顺序应用控制举例 1）自动剪板机的工作原理,图4-4 自动剪板机工作原理图,SSR
4、3,SSR2,SSR1,2）自动剪板机的控制实现,图4-5 自动剪板机控制电路原理框图,A,图4-6 自动剪板机控制系统程序流程图,A,A,A,B,B,4.2 数字程序控制,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。数字程序控制系统一般由输入装置、输出装置、控制器和插补器4部分组成。,4.2.1 逐点比较插补法 逐点比较插补法，就是它每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行一次比较逐点比较法所形成的加工轨迹是阶梯折线,4.2 数字程序控制,1逐点比较法直线插补用于平面加工各种边界为直线的工件或
5、者在平面上绘制直线段。1）直线插补计算原理,若Fm=0，表明m点在OA直线上；若Fm 0，表明m点在OA直线上方；若Fm 0，表明m点在OA直线下方。,图4-7 第一象限直线,4.2 数字程序控制,当Fm0时，表明m点在OA上或者在OA的上方，应沿+x方向进给一步，则走一步后新的坐标值为 该点的偏差为,4.2 数字程序控制,若Fm 0时，表明m点在OA的下方，应沿+y方向进给一步，走一步后新的坐标值为该点的偏差为,4.2 数字程序控制,（2）确定终点判断方法（3）插补计算的步骤 每走一步，都要进行以下4个步骤 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判断 2）直线插补计算举例 起点原点,终点(6,4
6、)如果起点不在原点，先要进行坐标平移,4.2 数字程序控制,图4-8 直线插补走步轨迹图,3）4个象限直线插补计算公式,图4-9 4个象限直线插补的偏差符号和进给方向,4.2 数字程序控制,4）直线插补计算的编程实现下面以插补第一象限直线为例，介绍实现插补器的程序流程图及程序设计。,表4-2 4个象限直线的偏差计算公式及进给方向表,图4-10 第一象限直线插补计算程序流程图,4.2 数字程序控制,2逐点比较法圆弧插补 1）圆弧插补计算原理 定义圆弧插补的偏差判别计算公式如下：,图4-11 第一象限逆圆弧,4.2 数字程序控制,设当前加工点正处于m（xm,ym）点，其偏差判别式为 若Fm 0，应
7、沿x轴向进给一步，到m+1点，其坐标值为：新加工点的偏差为:,4.2 数字程序控制,若Fm0，应沿+y轴向进给一步，到m+1点，其坐标值为：新加工点的偏差为新加工点的偏差总可以根据前一点的偏差数据计算出来。,4.2 数字程序控制,（2）终点判断方法x、y轴走步步数的总和E存入一个计数器。每走一步，从E中减1。当E=0时，说明已经到达终点。（3）插补计算过程 分偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判断4个节拍。计算公式为式（4-5）和式（4-6），而且还要进行加工点瞬时坐标（动点坐标）值的计算。,2）圆弧插补计算举例 设加工第一象限逆圆弧AB，已知起点A的坐标为 x0=4，y0=0，终点B的坐标为
8、xe=0，ye=4。试进行插补计算并做出走步轨迹图。,图4-12 圆弧插补走步轨迹图,4.2 数字程序控制,3）4个象限的圆弧插补（1）第一象限顺圆弧的插补计算设加工点现处于m（xm,ym）点。在第一象限顺圆弧插补，若偏差Fm0，则沿y轴方向进给一步，到m+1点，新加工点坐标将为（xm,ym1），可求出新的偏差为若偏差Fm0，则沿+x轴方向进给一步，到m+1点，新加工点坐标将为（xm+1,ym），同样，可求出新的偏差为,4.2 数字程序控制,（2）4个象限的圆弧插补分别以符号SR1、SR2、SR3、SR4表示第一象限至第四象限的顺圆弧，以符号NR1、NR2、NR3、NR4表示第一象限至第四象限
9、的逆圆弧。,图4-13 4个象限圆弧插补的对称关系,表4-4 8种圆弧插补时的偏差计算公式和坐标进给方向,4）圆弧插补计算的程序实现 起始数据及存放X0,Y0,E,FM,RNS,XM,YM,ZF,4.2 数字程序控制,图4-14 各象限圆弧插补计算程序流程图,4.2 数字程序控制,4.2.2 数字积分器插补法1数字积分器的工作原理 求出曲线下面t0tn区间的面 积，一般应用如下的积分公式若将ti 取得足够小，曲线下面的面积可以近似地看成是许多小长方形面积之和，即,图4-15 函数y=f（t）曲线,4.2 数字程序控制,如果将ti 取为一个单位时间（如等于一个脉冲周期的时间），则有,图4-16
10、数字积分器框图,4.2 数字程序控制,积分器实际上是完成下述运算式中，N为寄存器的位数。用这种积分器求一个函数的积分值，得到的是其近似值，积分值误差来自以下两个方面：各矩形面积之和与曲线所包的实际面积是有差别的。累加器内还可能有余数存在，即小于单位面积的余数被丢掉了。,4.2 数字程序控制,2数字积分器法直线插补1）直线插补原理 设在x、y平面中有一直线OA，其起点为坐标原点O，终点A的坐标为（xe,ye），则该直线的方程可以写为 对x求微分得,4.2 数字程序控制,根据式（4-15），将x、y化为对时间t 的参量方程有 式中，K为比例系数。由式（4-16）可得x、y对t 的参量方程式为 数字
11、积分器法是求式（4-17）在0A区间的定积分。,4.2 数字程序控制,由于积分是从坐标原点开始的，故此坐标增量实际上就是终点坐标，即若将上述积分式用累加求和式来表示，则有,4.2 数字程序控制,取t=1，则式（4-19）可写成 比例系数K和累加次数n之间有如下的关系 K的数值与累加器的容量有关，它的值应为式中，N为累加器的位数。故累加次数n=2N上述关系表明，若累加器的位数为N，则整个插补过程要进行2N次累加才能到达直线的终点。,4.2 数字程序控制,用数字积分器构成平面直线插补器的特点如下：需要用两套数字积分器构成平面直线插补器。每个累加器对被积函数累加2N次后，其溢出脉冲的总数等于终点坐标
12、值。累加器中溢出脉冲的快慢与被积函数大小成正比，而与寄存器位数（N）的2N成反比。如果把符号与数字分开，取数据的绝对值作为被积函数，而符号作为进给方向控制信号处理，便可对所有不同象限的直线进行插补。,4.2 数字程序控制,2）数字积分器法直线插补计算举例设要加工一条直线OA，起点O为坐标原点，终点A的坐标为xe=8，ye=10，累加器和寄存器的位数都为4位（N=4），其最大容量为24=16。根据数字积分器法进行插补计算（）n=16,K=1/16,4.2 数字程序控制,图4-17 数字积分器法直线插补脉冲分配及走步轨迹,4.2 数字程序控制,3数字积分器法圆弧插补 1）插补原理圆的方程式为对两边
13、求导得有写成参变量方程式，式中，K为比例系数。,图4-19 第一象限逆圆弧,-,4.2 数字程序控制,对式（4-23）求积分得 求式（4-24）在AB 区间的定积分，其积分值应等于由A到B的坐标增量，即 将上述积分用累加代替来进行近似计算，则有,-,4.2 数字程序控制,圆弧插补积分器与直线插补积分器的区别：累加溢出时方向进给，累加溢出时方向进给。、寄存器的初值分别存入圆弧的起点、，差补过程中随位置作或修正。、两个方向可能同时到达终点，需要两个方向进行终点判断。,4.2 数字程序控制,2）数字积分器法圆弧插补计算举例设加工第一象限逆圆弧，起点A的坐标为x0=6，y0=0，终点B的坐标为xe=0，ye=6，累加器为3位，采用数字积分法进行圆弧插补计算,表4-6 各个象限圆弧插补坐标修正及进给方向,4.2 数字程序控制,图4-20 第一象限逆圆弧插补走步轨迹图,4.2 数字程序控制,3）数字积分器法圆弧插补计算的程序实现,
