計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置(CNC)

1、第一節(jié)：第一節(jié)：CNC組成和特點(diǎn)組成和特點(diǎn)第二節(jié)：第二節(jié)：CNC硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)第三節(jié)：第三節(jié)：CNC軟件結(jié)構(gòu)軟件結(jié)構(gòu)第四節(jié)：第四節(jié)：CNC控制原理和功能控制原理和功能計(jì)計(jì) 算算 機(jī)機(jī) 基基 本本 系系 統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備層設(shè)備層設(shè)備支持層設(shè)備支持層接 口人機(jī)控制運(yùn)動(dòng)控制PMC其他I/O其他設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示設(shè)備輸入/出設(shè)備機(jī) 床機(jī)器人測(cè)量機(jī) .圖圖3-1 3-1 CNCCNC的一般性硬件結(jié)構(gòu)的一般性硬件結(jié)構(gòu)3.1.1、CNC裝置的組成裝置的組成3.1.1、CNC裝置的組成裝置的組成操作系統(tǒng)管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機(jī)交互位置控制輸入輸出管理插補(bǔ)運(yùn)算故障診斷處理速度處理機(jī)床輸入輸出編譯處理主

2、軸控制刀具半徑補(bǔ)償.圖圖 3 3- -2 2 C CN NC C 軟軟件件系系統(tǒng)統(tǒng)功功能能框框圖圖 3.1.1、CNC裝置的組成裝置的組成3.1.1、CNC裝置的組成裝置的組成CNC系統(tǒng)平臺(tái)系統(tǒng)平臺(tái)硬件操作系統(tǒng)管理軟件應(yīng)用軟件控制軟件數(shù)控加工程序 接口被控設(shè)備被控設(shè)備 機(jī) 床 機(jī)器人 測(cè)量機(jī) .3.1.1、CNC裝置的組成裝置的組成3.1.1、CNC裝置的組成裝置的組成3.1.2、 CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)裝置的優(yōu)點(diǎn)3.1.2、 CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)裝置的優(yōu)點(diǎn)3.1.2、 CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)裝置的優(yōu)點(diǎn)3.1.2、 CNC裝置的優(yōu)點(diǎn)裝置的優(yōu)點(diǎn)3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝

3、置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能3.1.3、CNC裝置的功能裝置的功能272829303132333435圖圖 多微處理機(jī)數(shù)控裝置共多微處理機(jī)數(shù)控裝置共享存貯器結(jié)構(gòu)圖享存貯器結(jié)構(gòu)圖363738394041424344454647484950515253545556概述概述基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)（脈沖增量插補(bǔ)）基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)（脈沖增

4、量插補(bǔ)）數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)（數(shù)字增量插補(bǔ)）數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)（數(shù)字增量插補(bǔ)）加工過(guò)程中的速度控制加工過(guò)程中的速度控制半徑補(bǔ)償算法半徑補(bǔ)償算法對(duì)插補(bǔ)算法的要求對(duì)插補(bǔ)算法的要求%100*FFFc3. . 插補(bǔ)方法的分類(lèi)插補(bǔ)方法的分類(lèi)3.4.2、基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)、基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)（脈沖增量插補(bǔ)）（脈沖增量插補(bǔ)）1.1.逐點(diǎn)比較法加工的原理（直線）逐點(diǎn)比較法加工的原理（直線）1 1）偏差計(jì)算公式：）偏差計(jì)算公式： ememmyxxyFA(Xe，Ye)(Xm，Ym)Y直線直線X Fm0 在直線上方，向在直線上方，向+X輸出一步輸出一步 Fm0 在直線上，在直線上， 向向+X輸出一步輸出一步 Fm0 在直線下方，向在直線下方

5、，向+Y輸出一步輸出一步emeememememememmyFyyxxyyxxyyxxyF) 1( 111（2 2）偏差計(jì)算函數(shù)的遞推計(jì)算）偏差計(jì)算函數(shù)的遞推計(jì)算若若Fm0Fm0emeememememememmxFxyxxyyxxyyxxyF（1) 111A(Xe，Ye)(Xm，Ym)Y直線直線X若若Fm0Fm0（3 3）終點(diǎn)判別）終點(diǎn)判別直線插補(bǔ)的終點(diǎn)判別可采用三種方法。直線插補(bǔ)的終點(diǎn)判別可采用三種方法。1 1）判斷插補(bǔ)或進(jìn)給的總步數(shù)：；）判斷插補(bǔ)或進(jìn)給的總步數(shù)：；2 2）分別判斷各坐標(biāo)軸的進(jìn)給步數(shù)；）分別判斷各坐標(biāo)軸的進(jìn)給步數(shù)；3 3）僅判斷進(jìn)給步數(shù)較多的坐標(biāo)軸的進(jìn)給步數(shù)。）僅判斷進(jìn)給步數(shù)較

6、多的坐標(biāo)軸的進(jìn)給步數(shù)。（4 4）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)舉例）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)舉例 對(duì)于第一象限直線對(duì)于第一象限直線OAOA，終點(diǎn)坐標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)X Xe e=6 ,Y=6 ,Ye e=4=4，插補(bǔ)從直線起點(diǎn)插補(bǔ)從直線起點(diǎn)O O開(kāi)始，故開(kāi)始，故 F F0 0=0 =0 。終點(diǎn)判別是判終點(diǎn)判別是判斷進(jìn)給總步數(shù)斷進(jìn)給總步數(shù) N=6+4=10N=6+4=10，將其存入終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)將其存入終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器中，每進(jìn)給一步減器中，每進(jìn)給一步減1 1，若，若 N=0N=0，則停止插補(bǔ)。則停止插補(bǔ)。 步數(shù)步數(shù)判別判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算偏差計(jì)算終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別0 0 1 12 23 34 45 56 67 78 8

7、9 91010OA98754321610YX（4 4）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)舉例）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)舉例 對(duì)于第一象限直線對(duì)于第一象限直線OAOA，終點(diǎn)坐標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)X Xe e=6 ,Y=6 ,Ye e=4=4，插補(bǔ)從直線起點(diǎn)插補(bǔ)從直線起點(diǎn)O O開(kāi)始，故開(kāi)始，故 F F0 0=0 =0 。終點(diǎn)判別是判終點(diǎn)判別是判斷進(jìn)給總步數(shù)斷進(jìn)給總步數(shù) N=6+4=10N=6+4=10，將其存入終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)將其存入終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器中，每進(jìn)給一步減器中，每進(jìn)給一步減1 1，若，若 N=0N=0，則停止插補(bǔ)。則停止插補(bǔ)。 步數(shù)步數(shù)判別判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算偏差計(jì)算終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別0 0 F F0 0=0=0=10

8、=101 1F F0 0=0=0+ +X XF F1 1=F=F0 0-Y-Ye e=0-4=-4=0-4=-4=10-1=9=10-1=92 2F F1 1000+ +X XF F3 3=F=F2 2-Y-Ye e=2-4=-2=2-4=-2=8-1=7=8-1=74 4F F3 3000+ +X XF F5 5=F=F4 4-Y-Ye e=4-4=0=4-4=0=6-1=5=6-1=56 6F F5 5=0=0+ +X XF F6 6=F=F5 5-Y-Ye e=0-4=-4=0-4=-4=5-1=4=5-1=47 7F F6 6000+ +X XF F8 8=F=F7 7-Y-Ye e=

9、2-4=-2=2-4=-2=3-1=2=3-1=29 9F F8 8000+ +X XF F1010=F=F9 9-Y-Ye e=4-4=0=4-4=0=1-1=0=1-1=0OA98754321610YXFm0, +xFm0, +yFm0, +xFm0, -yFm0, -xFm0, +yFm0, -xFm0, -y入口初始化(N=xe+ye)Fm 0？沿X向走一步沿Y向走一步Fm-yeFmFm+xeFmn-1 nn=0？出口YYNNRXY(Xm，Ym) 圓圓 弧弧 222RyxFmmm（2 2）偏差函數(shù)的遞推計(jì)算）偏差函數(shù)的遞推計(jì)算 1 1） 逆圓插補(bǔ)逆圓插補(bǔ) 若若FF0 0，規(guī)定向規(guī)定向-

10、 -X X方向走一步方向走一步 若若F Fi i00，規(guī)定向規(guī)定向+ +Y Y方向走一步方向走一步 2 2） 順圓插補(bǔ)順圓插補(bǔ) 若若F Fi i00，規(guī)定向規(guī)定向- -Y Y方向走一步方向走一步 若若F Fi i00，規(guī)定向規(guī)定向+ +y y方向走一步方向走一步 12) 1(122211iiiiiiiXFRYXFXX12) 1(122211iiiiiiiYFRYXFYY12) 1(122211iiiiiiiYFRYXFYY12) 1(122211iiiiiiiXFRYXFXXRXY(Xm，Ym) 圓圓 弧弧 babaYYXXNbaxXXNbayYYN（4 4）逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)舉例）逐點(diǎn)比較法

11、圓弧插補(bǔ)舉例 對(duì)于第一象限圓弧對(duì)于第一象限圓弧ABAB，起點(diǎn)起點(diǎn)A A（4 4，0 0），），終點(diǎn)終點(diǎn)B B（0 0，4 4） ABYX44步數(shù)步數(shù)偏差判別偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別起點(diǎn)起點(diǎn) 1 12 23 34 45 56 67 78 8（4 4）逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)舉例）逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)舉例 對(duì)于第一象限圓弧對(duì)于第一象限圓弧ABAB，起點(diǎn)起點(diǎn)A A（4 4，0 0），），終點(diǎn)終點(diǎn)B B（0 0，4 4） ABYX44步數(shù)步數(shù)偏差判別偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 偏差計(jì)算偏差計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別起點(diǎn)起點(diǎn) F F0 0=0=0 x x

12、0 0=4, y=4, y0 0=0=0=4+4=8=4+4=81 1F F0 0=0=0- -X XF F1 1=F=F0 0-2x-2x0 0+1+1 =0-2 =0-2* *4+1=-74+1=-7x x1 1=3=3 y y1 1=0=0=8-1=7=8-1=72 2F F1 100+ +Y YF F2 2=F=F1 1+2y+2y1 1+1+1 =-7+2 =-7+2* *0+1=-60+1=-6x x2 2=3=3 y y2 2=1=1=7-1=6=7-1=63 3F F2 200+ +Y YF F3 3=F=F2 2+2y+2y2 2+1+1 =-6+2 =-6+2* *1+1=

13、-31+1=-3x x3 3=3, y=3, y3 3=2=2=5=54 4F F3 3000- -X XF F5 5=F=F4 4-2x-2x4 4+1+1 =2-2 =2-2* *3+1=-33+1=-3x x5 5=2, y=2, y5 5=3=3=3=36 6F F5 5000- -X XF F7 7=F=F6 6-2x-2x6 6+1+1 =4-2 =4-2* *2+1=12+1=1x x7 7=1, y=1, y7 7=4=4=1=18 8F F7 700- -X XF F8 8=F=F7 7-2x-2x7 7+1+1 =1-2 =1-2* *1+1=01+1=0 x x8 8=0

14、, y=0, y8 8=4=4=0=00 ijF0 ijF12, 1 ijijixFF12,1, jjijiyFFejijiyFF , 1ejijixFF ,1,0 ijF0 ijFx y y x 8889圖3-16 函數(shù)的積分示意圖baniiinttyydtS101lim9091曲線曲線y=f(x)的的DDA插補(bǔ)器框圖插補(bǔ)器框圖 9293(3) DDA法直線插補(bǔ)法直線插補(bǔ) 說(shuō)明（一）說(shuō)明（一）94圖3-20 DDA法直線插補(bǔ)軌跡95969798YX 基本原理基本原理 時(shí)間分割思想，時(shí)間分割思想，L L= =FTFT，計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)周期的計(jì)算出每個(gè)插補(bǔ)周期的各軸坐標(biāo)增量各軸坐標(biāo)增量x x，y

15、y，z z。 插補(bǔ)周期、插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間、檢測(cè)采樣周期插補(bǔ)周期、插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間、檢測(cè)采樣周期 插補(bǔ)周期插補(bǔ)周期（現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般為24ms ）和插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間的關(guān)系（大于）間的關(guān)系（大于）。 插補(bǔ)周期和插補(bǔ)周期和位置反饋位置反饋檢測(cè)采樣周期檢測(cè)采樣周期的關(guān)系的關(guān)系 （整數(shù)倍），（整數(shù)倍），保證協(xié)調(diào)工作。保證協(xié)調(diào)工作。例如，日本例如，日本FANUC 數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期是數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期是8ms，而位置控制周期是而位置控制周期是4ms。華中華中I型數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期也是型數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期也是8ms，位置控制周期可以設(shè)定為位置控制周期可以設(shè)定為1ms、2ms、 4ms、8ms 。3.4.3、數(shù)

16、據(jù)采樣插補(bǔ)（數(shù)字增量插補(bǔ)）、數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)（數(shù)字增量插補(bǔ)）三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)插補(bǔ)精度分析插補(bǔ)精度分析 直線插補(bǔ)時(shí)，沒(méi)有插補(bǔ)誤差。直線插補(bǔ)時(shí)，沒(méi)有插補(bǔ)誤差。 圓弧插補(bǔ)時(shí)，存在誤差。圓弧插補(bǔ)時(shí)，存在誤差。LPe (Xe,Ye)YO OYXLTFL 三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ) 當(dāng)當(dāng)F F、一定時(shí)，一定時(shí)， T T越少，越少，越少；越少； 當(dāng)當(dāng)、一定時(shí)，一定時(shí)， T T越少，越少，F(xiàn) F允許值越大。允許值越大。 T T越小越好。越小越好。 YXL22)2/( L8(FT)2/(222L特定的特定的CNC系統(tǒng)，系統(tǒng)， t固定；特定的工件：固定；特定的工件： 給定；通常需要通過(guò)需要通過(guò)對(duì)

17、對(duì)F進(jìn)行限制進(jìn)行限制來(lái)來(lái)保證保證在允許的范圍內(nèi)在允許的范圍內(nèi)。三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)YiXiLPe (Xe,Ye)Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi ,Yi)XYO O60/TFL 15/2 FL 1cos1111iiiiiiiiiYYYtgXYXXXLX22coseeeeeYXXXYtgYiXiLPe (Xe,Ye)Pi+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi ,Yi)XYO O先計(jì)算先計(jì)算Xi后計(jì)算后計(jì)算Yi 2XXXtgYXYYYLYiiiiiiiii1111cos22coseeeeeYXXXYtg三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)YiXiLPe (Xe,Ye)Pi

18、+1 (Xi+1,Yi+1) Pi (Xi ,Yi)XYO OeeiiiiiiiiiYXYYYtgXYXXXLX1111coseeiiiiiiiiiYXXXXtgYXYYYLY1111cos三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)考慮四個(gè)象限的插補(bǔ)公式，考慮四個(gè)象限的插補(bǔ)公式，共八組；共八組； 繁瑣繁瑣引導(dǎo)坐標(biāo)引導(dǎo)坐標(biāo)221111coscoseeeeeiiiiiiiiiNGNGNtgNNNtgGNGGGLG式中：三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)G、N不同象限符號(hào)不同，不同象限符號(hào)不同，4545三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)C CY Yi iL LYXR RD DA AX Xi iG02G02B BP

19、 Pi i(X(Xi i,Y,Yi i) )P Pi+1i+1(X(Xi+1i+1,Y,Yi+1i+1) )Y Ym mi iO Oi iimODYABCAC三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)RYYRYiimiiiiii2 2coscos2C CY Yi iL LYXR RD DA AX Xi iG02G02B BP Pi i(X(Xi i,Y,Yi i) )P Pi+1i+1(X(Xi+1i+1,Y,Yi+1i+1) )Y Ym mi iO Oi iiii 1i2cos YYR三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)C CY Yi iL LYXR RD DA AX Xi iG02G02B BP Pi

20、i(X(Xi i,Y,Yi i) )P Pi+1i+1(X(Xi+1i+1,Y,Yi+1i+1) )Y Ym mi iO Oi iii-1iii22iiiicos2 YLXLYRYYRXX三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)這兩個(gè)公式的選用原則同直線一樣。這兩個(gè)公式的選用原則同直線一樣。1122112 iiiiiiiiiiiiXLYXRYYYXRYYXXX同直線插補(bǔ)一樣同直線插補(bǔ)一樣, ,上述算法是先計(jì)算上述算法是先計(jì)算Xi后計(jì)算后計(jì)算Yi，同樣還可以先計(jì)算同樣還可以先計(jì)算Yi后計(jì)算后計(jì)算Xi，即：即：C CY Yi iL LYXR RD DA AX Xi iG02G02B BP Pi i(X(X

21、i i,Y,Yi i) )P Pi+1i+1(X(Xi+1i+1,Y,Yi+1i+1) )Y Ym mi iO Oi ii1122112 整理得：iiiiiiiiiiiiYLXYRXXXYRXXYYYiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiNNNGRNGGGNNRLGNNNGRNGGGNNRLG1212111121211122BA三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)ABABABABBABABABAG02G03三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)XY0iii LLL RYYRYYiiiii22cos1三、數(shù)字增量插補(bǔ)三、數(shù)字增量插補(bǔ)2211iiyRx結(jié)論：對(duì)精度無(wú)影響，但影響和成速度均勻性。結(jié)論：對(duì)

22、精度無(wú)影響，但影響和成速度均勻性。ABC”CBAG41刀具刀具G42刀具刀具編程軌跡編程軌跡刀具中心軌跡刀具中心軌跡C本章學(xué)習(xí)刀具補(bǔ)償和第二章學(xué)習(xí)刀具補(bǔ)償?shù)牟煌?？本章學(xué)習(xí)刀具補(bǔ)償和第二章學(xué)習(xí)刀具補(bǔ)償?shù)牟煌?.3.4刀具半徑補(bǔ)償原理之基本概念A(yù)BC”CBAG41刀具刀具G42刀具刀具編程軌跡編程軌跡刀具中心軌跡刀具中心軌跡C3.3.4刀具半徑補(bǔ)償原理之基本概念特點(diǎn)：特點(diǎn)：q外輪廓外輪廓尖角加工性能不好，處始終處尖角加工性能不好，處始終處于切削狀態(tài)，會(huì)被加工成小圓角于切削狀態(tài)，會(huì)被加工成小圓角。q內(nèi)輪廓尖角加工時(shí)，由于內(nèi)輪廓尖角加工時(shí)，由于C C”點(diǎn)不易求點(diǎn)不易求得得( (受先前計(jì)算能力的限制受先前計(jì)算能力的限制) )編程人員必須編程人員必須在零件輪廓中插入一個(gè)半徑大于刀具在零件輪廓中插入一個(gè)半徑大于刀具半徑的園弧，才能避免產(chǎn)生過(guò)切。半徑的園弧，才能避免產(chǎn)生過(guò)切。q無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用中的許多要求。現(xiàn)無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用中的許多要求?，F(xiàn)在用得較少，而用得較多的是在用得較少，而用得較多的是C C刀補(bǔ)。刀補(bǔ)。ABC”CBAG41刀具刀具G42刀具刀具編程軌跡編程軌跡刀具中心軌跡刀具中心軌跡CC”CBAG41