第三章 微机数控系统
习题及参考答案
1.什么是数控系统？数控系统包括哪些？
数控系统是采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，它包括顺序控制和数字程序控制两部分。
2.什么是顺序控制系统？它由哪几部分组成？
微机顺序控制方式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顺序地进行工作。一般地，把按时序或事序规定工作的自动控制称为顺序控制。它包括系统控制器、输入电路、输入接口、输出电路、输出接口、检测机构、显示与报警电路。
3.微机数控系统由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 由五部分组成。
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
(5)加工机械：即数控系统的控制对象，各种机床、织机等。目前已有专门为数控装置配套设计的各种机械，如各种数控机床，它们的机械结构与普通机床有较大的区别。
4.什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？
逐点比较法插补运算，就是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲），就作一次计算，将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较，判断其偏差情况，根据偏差，再决定下一步的走向（沿X轴进给，还是沿Y轴进给）。逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线，最大逼近误差不超过数控系统的一个脉冲当量（每走一步的距离，即步长）。 直线插补计算过程的步骤如下：
(1)偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值Fm是最大于等于零，还是小于零； (2)坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步； (3)偏差计算：即计算进给后的新偏差值Fm+1，作为下一步偏差判别的依据； (4)终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。 圆弧插补计算过程的步骤如下： (1)偏差判别 (2)坐标进给 (3)偏差计算 (4)坐标计算 (5)终点判别
5.若加工第二象限直线OA，起点O（0，0），终点A（-4，6）。要求： (1)按逐点比较法插补进行列表计算；
(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。
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解：由题意可知xe=4,ye=6，F0=0，我们设置一个总的计数器Nxy,其初值应为Nxy=|6-0|+|-4-0|=10，则插补计算过程如表3—1所示。根据插补计算过程表所作出的直线插补走步轨迹图如下图所示。
yE(-4,6)654321x-6-5-4-3-2-10表3—1 步数 起点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6.设加工第一象限的圆弧AB，起点A（6，0），终点B（0，6）。要求： (1)按逐点比较法插补进行列表计算；
(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。
解：插补计算过程如表3—2所示。终点判别仍采用第二种方法，设一个总的计数器Nxy，每走一步便减1操作，当Nxy=0时，加工到终点，插补运算结束。下图为插补过程中的走步轨迹。
y6543210x123456NR1偏差判别 F0=0 F1<0 F2<0 F3>0 F4<0 F5=0 F6<0 F7<0 F8>0 F9<0 坐标进给 -X +Y +Y -X +Y -X +Y +Y -X +Y 偏差计算 F0=0 F1=F0-ye=-6 F2=F1+xe=-2 F3=F2+xe=2 F4=F3-ye=-4 F5=F4+xe=0 F6=F5-ye=-6 F7=F6+xe=-2 F8=F7+xe=2 F9=F8-ye=-4 F10=F9+xe=0 终点判别 Nxy=10 Nxy=9 Nxy=8 Nxy=7 Nxy=6 Nxy=5 Nxy=4 Nxy=3 Nxy=2 Nxy=1 Nxy=0 坐标计算 x0=6,y0=0 x1=5,y1=0 x2=5,y2=1 终点判别 Nxy=12 Nxy=11 Nxy=10 表3—2 步数 起点 1 2 偏差判别 F0=0 F1<0 坐标进给 -X +Y 偏差计算 F0=0 F1=0-12+1=-11 F2=-11+0+1=-10 2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 F2<0 F3<0 F4<0 F5>0 F6<0 F7>0 F8<0 F9>0 F10>0 F11>0 +Y +Y +Y -X +Y -X +Y -X -X -X F3=-10+2+1=-7 F4=-7+4+1=-2 F5=-2+6+1=5 F6=5-10+1=-4 F7=-4+8+1=5 F8=5-8+1=-2 F9=-2+10+1=9 F10=9-6+1=4 F11=4-4+1=1 F12=1-2+1=0 x3=5,y3=2 x4=5,y4=3 x5=5,y5=4 x6=4,y6=4 x7=4,y7=5 x8=3,y8=5 x9=3,y9=6 x10=2,y10=6 x11=1,y11=6 x12=0,y12=6 Nxy=9 Nxy=8 Nxy=7 Nxy=6 Nxy=5 Nxy=4 Nxy=3 Nxy=2 Nxy=1 Nxy=0 7.三相步进电机有哪几种工作方式？分别画出每种工作方式的各相通电顺序和电压波形图。 有三种工作方式： （1）三相单三拍工作方式
各相的通电顺序为A→B→C,各相通电的电压波形如图3.1所示。
图3.1单三拍工作的电压波形图
（2）三相双三拍工作方式?
双三拍工作方式各相的通电顺序为AB→BC→CA。各相通电的电压波形如图3.2所示。?
图3.2双三拍工作的电压波形图
（3）三相六拍工作方式
在反应式步进电机控制中，把单三拍和双三拍工作方式结合起来，就产生了六拍工作方式，其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA。各相通电的电压波形如图3.3所示。
图3.3三相六拍工作的电压波形图?
8. 采用三相六拍方式控制X轴走向步进电机。
3
?主程序:
? MOV A，#0FH；方向输入信号 ? MOV P1，A
?XMM： MOV A，P1
? JNB ACC.7，XM；P1.7=0反转 ? LCALL STEP1；调正转子程序 ? SJMP XMM
?XM： LCALL STP2；调反转子程序
? SJMP XMM ?+X走步子程序：
? STEP1： MOV DPTR，#TAB；指表头 ? CLR A
? MOVX A，@A+DPTR；取数
? CJNE A，#05H，S11；是否最后单元 ? MOV DPTR，#TAB； 重置表头 ? SJMP S12
?S11： INC DPTR
? S13： DJNZ R0，S13； ? CLR A；
? MOVX A，@A+DPTR；取数据 ? MOV P1，A ? RET ?-X走步子程序：
?STEP2： MOV DPTR，#TAB ? CLR A
? MOVX A，@A+DPTR； ? CJNZ A，#01H，S21 ? MOV DPTR，#TAB ? ADD DPTR，#0006H
4
；地址加1
? S12： MOV R0，#7FH；延时
8031 P1.0 P1.1 P1.2 P1.7 非门 非门 光电隔离 功率放大 A B 步进电机 C 非门 方向控制(“1”正转,“0”反转) ? SJMP S12 ?S21： CLR C ? DEC DPL ? SJMP S12
?TAB： DB 01H，03H，02H，06H，04H，05H
本章作业
若加工第二象限直线OA和圆弧AB，已知直线起点O（0，0），终点A（-4，6）。圆弧起点A（-4，6），终点A（-6，10）要求：
(1)按逐点比较法插补进行列表计算；
(2)作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。
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