機床數(shù)控技術(shù)考前復習

1、機床數(shù)控技術(shù)考前復習2015年10月課程重點A數(shù)控機床的工作原理與使用 數(shù)控機床是在什么形式的數(shù)字化信息數(shù)控機床是在什么形式的數(shù)字化信息下工作的？如何使用、編程？下工作的？如何使用、編程？u數(shù)控機床的組成和工作原理數(shù)控機床的組成和工作原理 1 1）數(shù)控機床的坐標系統(tǒng)）數(shù)控機床的坐標系統(tǒng) 2 2）程序格式）程序格式u數(shù)控機床的編程方法數(shù)控機床的編程方法常用代碼常用代碼課程重點B機床數(shù)字化自動控制原理 數(shù)字化信息如何實現(xiàn)對機床的自動控制？機數(shù)字化信息如何實現(xiàn)對機床的自動控制？機床的自動控制任務？床的自動控制任務？u硬件配置：硬件配置：1 1、計算機：數(shù)字信息處理輸出裝置、計算機：數(shù)字信息處理輸出裝

2、置CNCCNC2 2、伺服系統(tǒng)：基于數(shù)字化信息控制的驅(qū)動執(zhí)、伺服系統(tǒng)：基于數(shù)字化信息控制的驅(qū)動執(zhí)行及運動參數(shù)反饋裝置行及運動參數(shù)反饋裝置u軟件設計：多任務實時處理軟件設計：多任務實時處理1 1、管理軟件：、管理軟件：I/OI/O、程序輸入、顯示、診斷、程序輸入、顯示、診斷 2 2、控制算法：、控制算法：1 1）插補）插補 2 2）刀補）刀補 3 3）速度控制）速度控制數(shù)控技術(shù)考前復習大綱內(nèi)容： 1、數(shù)控機床與數(shù)控編程 2、CNC裝置的硬件組成和軟件結(jié)構(gòu) 3、刀補、插補、進給速度控制 4、位置檢測與伺服驅(qū)動系統(tǒng)重點： 1、基本概念與名詞術(shù)語 2、數(shù)控編程 3、插補算法NC、CNC、MC、FMC、

3、FMS、CIMSNC：數(shù)字控制：數(shù)字控制CNC：計算機數(shù)字控制：計算機數(shù)字控制MC：加工中心：加工中心FMC：柔性制造單元：柔性制造單元FMS：柔性制造系統(tǒng)：柔性制造系統(tǒng)CIMS：計算機集成制造系統(tǒng)：計算機集成制造系統(tǒng)數(shù)控機床的組成輸入裝置輸出裝置計算機數(shù)控裝置PLC主軸控制單元主軸機床輔助伺服電機速度控制單元工作臺位置檢測反饋裝置CNC系統(tǒng)系統(tǒng)機械主體機械主體伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)CNC系統(tǒng)（CNC裝置裝置+輸入輸出設備）輸入輸出設備）CNC裝置：裝置： 計算機：計算機：執(zhí)行管理軟件（圖形、數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)輸入、I/O處理、故障診斷、狀態(tài)顯示）、控制軟件（譯碼、刀具補償、插補運算、速度處理、

4、位置控制等）、以及與外部設備的通訊。 PLC：實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)中開關(guān)量的邏輯運算、聯(lián)鎖控制。輸入輸出設備：輸入輸出設備： 程序編程、存儲、打印、顯示設備。伺服驅(qū)動系統(tǒng)：精確、高速、穩(wěn)定精確、高速、穩(wěn)定 檢測裝置檢測裝置 對執(zhí)行機構(gòu)的位置進行實時檢測，為伺服控制提供反饋信息。 伺服執(zhí)行裝置伺服執(zhí)行裝置 按照數(shù)控裝置輸出的數(shù)字指令（和反饋信息）對執(zhí)行機構(gòu)的運動進行實時控制，使工作臺或刀具的運行軌跡與數(shù)控指令一致。機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件：如機座、機身、機架等結(jié)構(gòu)件：如機座、機身、機架等 剛度高 抗振 熱變形小運動副：導軌、傳動結(jié)構(gòu)、軸承等運動副：導軌、傳動結(jié)構(gòu)、軸承等 間隙小 摩擦系數(shù)小數(shù)控機床的數(shù)控機床的分

5、類 按運動方式： 點位控制或位置控制與輪廓控制 按控制方式： 開環(huán)控制與閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制與開環(huán)補償型控制 按加工方式： 切削、板金、電火花、激光、測量 按功能水平：高檔/中檔/低檔 聯(lián)動軸數(shù)、分辨力、加工速度、通訊能力開環(huán)控制系統(tǒng)通常使用功率步進電機或電液脈沖馬達作為驅(qū)動機構(gòu)；開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但由于沒有反饋，其精度受步進電機的步距誤差、機械傳動鏈誤差等影響。半閉環(huán)控制系統(tǒng)不包括或只包括少量機械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，半閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高；若對這類誤差進行補償，可獲得滿意的精度。在現(xiàn)代數(shù)控機床中得到了廣泛應用。 閉環(huán)控制系統(tǒng)可消除由于傳動部件在制

6、造、裝配過程中存在的精度誤差等給工件加工帶來的影響，精度高。在反饋環(huán)路內(nèi)，由于各種機械傳動環(huán)節(jié)的組成元件間的摩擦特性、剛性、裝配間隙及傳動鏈間隙等都是可變的（或是非線性的），這些直接影響伺服系統(tǒng)的的穩(wěn)定性，調(diào)試困難。 數(shù)控機床的特點 可編程、靈活 生產(chǎn)效率高 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定 能完成復雜形面的加工 工序集中，一機多用 現(xiàn)代制造系統(tǒng)的基礎機床零點、參考點與機床坐標系機床零點、參考點與機床坐標系 機床坐標系：建立在機床原點M或機床零點的坐標系；是機床固有的坐標系。 數(shù)控裝置上電時并不知道機床零點，為了正確地在機床工作時建立機床坐標系，通常在每個坐標軸移動范圍內(nèi)設置限位開關(guān)確定一個機床參考點R

7、（測量起點），以建立機床坐標系。工件原點與工件坐標系工件原點與工件坐標系 工件坐標系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點為原點（也稱程序原點、工件零點），建立一個新的基于工件零點W的坐標系，稱為工件坐標系。工件坐標系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐標系所取代。數(shù)控機床坐標系坐標方向的確定確定機床坐標軸時，一般先定Z軸，再定X軸和Y軸。Z軸及其方向：與機床主軸（或垂直于工件的裝夾面）平行的軸，增大刀具與工件之間距離的方向為正方向。X軸：水平，與工件裝夾面平行； 如刀具旋轉(zhuǎn)：在Z軸后端或面對立柱看，右手為正向；如工件旋轉(zhuǎn)：離開旋轉(zhuǎn)中心的方向為正向； 否則：以主要切削為正。Y

8、軸：根據(jù)Z、X軸，按右手直角坐標系確定。旋轉(zhuǎn)軸A、B、C在正X、Y、Z方向按右螺旋前進方向確定對刀點、起刀點、換刀點對刀點：在數(shù)控機床上加工零件時，刀具相對零件運動的起始點。也稱起刀點。換刀點：換刀的位置，可以是加工零件之外的任意一點。刀位點、切削點 對刀點的位置是以刀具的“刀位點”來表示的，刀位點是刀具上的一點，是刀具定位的基準點。 不同的刀具形狀，其刀位點的規(guī)定不同，如立銑刀和端銑刀，刀位點為其底面中心；球頭銑刀為球頭球心；車刀、鏜刀和鉆頭則為刀尖或鉆尖。 編程時，控制的刀具軌跡即刀位點的軌跡。刀位點不一定是切削點。加工過程中，如果刀具上的切削點與刀位點重合則可以不考慮刀具補償。 如：車圓

9、柱外圓時，切削點與刀位點一致，固定不變；車錐形或球形外圓時，切削點的位置則是變化的，如不進行刀尖半徑補償，則會引起加工誤差。 基點、曲線逼近與節(jié)點基點、曲線逼近與節(jié)點 基點： 零件各幾何元素的交點或切點 曲線逼近： 以直線或圓弧逼近非圓曲線 節(jié)點： 人為逼近線段的交點或切點模態(tài)指令與非模態(tài)指令模態(tài)指令與非模態(tài)指令 功能（指令）有非模態(tài)功能和模態(tài)功能二種形式。 非模態(tài)功能(當段有效代碼) ：只在書寫了該代碼的程序段中有效；如G04 模態(tài)功能(續(xù)效代碼)：一組可相互注銷的M 功能，這些功能在被同一組的另一個功能注銷前一直有效。 如：G90/G91 G00/G01/G02/G03程序段、尺寸字、非尺

10、寸字程序段、尺寸字、非尺寸字 加工程序的主體由若干程序段組成； 程序段是可作為一個單位來處理的連續(xù)的字組； （程序）字=地址符+十進制數(shù)字信息單元 程序字分為尺寸字和非尺寸字 尺寸字：X、Y、Z、U、V、W、A、B、C、I、J、K； 尺寸字用來指定機床刀具運動到達的坐標位置。（或暫停時間）；其數(shù)字單位制由準備功能字設定。數(shù)控機床的指令代碼 G字（準備功能字）： 坐標系、單位、定位、插補、刀補、循環(huán)等 M字（輔助功能字）： 開關(guān)量相關(guān)：程序控制，主軸、冷卻、夾具等起停 F字（進給速度功能字）：mm/min、mm/r S字（主軸轉(zhuǎn)速功能字）：r/min、m/min（恒速） T字（刀具選擇功能字）：

11、T01、T0101 D/H字（刀具偏置字）：H16常用的G指令絕對/增量編程： G90、G91快速定位： G00 X_Y_Z_直線插補： G01 X_Y_Z_正/逆圓插補（圓心I、J、K；半徑R）： G02/G03 X_Y_I_J_ (XY平面） 常用M指令 M03、04、05：主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止 M06：手動或自動換刀（可停主軸、冷卻液） M07、M08、M09：霧狀、液狀冷卻液控制 M02、M30：程序結(jié)束 M30：與讀帶機有關(guān)CNC裝置的功能 控制功能：可控動力單元、聯(lián)動軸數(shù) 準備功能：坐標設定、平面選擇、刀具補償、程序暫停等 插補與固定循環(huán)：直線、圓、其他曲線的插補運算 進給控制功能

12、：切削進給速度、同步進給速度等 主軸控制功能：轉(zhuǎn)速、恒線速度、C軸控制 輔助功能：即M指令功能。包括主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止，冷卻泵的開關(guān)，工件夾緊、松開，換刀等功能。 刀具管理 顯示、診斷、通訊 在線自動編程CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu) CNC裝置的硬件有單微處理器結(jié)構(gòu)與多微處理器結(jié)構(gòu)兩種形式。 單微處理器結(jié)構(gòu)：以唯一一個能夠控制系統(tǒng)總線，占有總線資源的微處理器CPU為核心，采用集中控制、分時處理的方式來完成數(shù)控的各項任務。 多微處理器結(jié)構(gòu)：由多個能夠控制系統(tǒng)總線的功能不同的微處理器以模塊化結(jié)構(gòu)組成的CNC裝置。該結(jié)構(gòu)分為共享總線型和共享存儲器型。CNC的控制任務CNC裝置的控制流程：1、程序與參數(shù)的輸

13、入；2、譯碼（語法檢查）3、預處理：刀具補償、進給速度等處理4、插補；5、位置控制；6、IO處理；7、顯示8、診斷；9、通訊功能CNC裝置的運行特點：實時、多任務并行處理1、管理軟件：I/O處理、顯示、診斷、通訊2、控制軟件：譯碼、刀具補償、速度控制、插補運算、位置控制 CNC的前后臺式軟件結(jié)構(gòu)單微處理器CNC裝置常的一種軟件結(jié)構(gòu)；原理：利用定時中斷實現(xiàn)資源分時共享軟件由后臺程序（背景程序：調(diào)度管理、預處理程序）+前臺程序（實時中斷程序，完成位置控制、插補、輔助功能處理、面板掃描、輸出等任務）組成。下一程序段的譯碼、預處理時間必須小于本程序段的插補運行時間，否則會出現(xiàn)停刀現(xiàn)象。CNC的中斷式軟

14、件結(jié)構(gòu) 多微處理器CNC裝置常的一種軟件結(jié)構(gòu)； 原理：多重中斷系統(tǒng) 控制程序由多個中斷優(yōu)先級不同的中斷服務程序組成 各中斷程序間的通訊方式： 1、設置軟件中斷（定時順序觸發(fā)） 2、自身鏈接（設置狀態(tài)口、順序查詢） 3、設置標志（開放或關(guān)閉中斷）開放式CNC裝置 CNC裝置開放化的表現(xiàn)：1、系統(tǒng)內(nèi)部硬件、軟件的公開化2、各組成部件間接口的邊準化標準化 開放式CNC裝置的組成形式：1、PC連接型CNC；建立在串口通訊上的開放2、PC內(nèi)藏型CNC；非通用PC、程序開發(fā)受限3、CNC內(nèi)藏型PC；專用CNC、編程靈活4、全軟件型NC：實時性差插補插補 點位控制：點位控制：使工作臺（或刀具）精確地移動到某

15、一個位置點?？刂蒲b置只控制終點位置精度，而忽略對路徑的控制?？刂品椒ê唵危恍杩刂乞?qū)動裝置的起停、無需插補運算。 輪廓控制：輪廓控制：使工作臺（或刀具）精確地沿要求的軌跡移動?？刂蒲b置需控制起點至終點間每一個點的速度和位置精度。實現(xiàn)的方法：將輪廓控制看成是由足夠多點的點位控制，這樣就需要計算這些中間點的位置值，即插補計算。 插補：插補：在輪廓的起點和終點之間，按照輪廓的數(shù)學特征計算所有的中間點的坐標值。為與伺服系統(tǒng)匹配，坐標值以增量形式表示。插補與脈沖指令1、插補程序是CNC裝置控制軟件的核心2、插補運算，輸出脈沖指令 CNC裝置根據(jù)零件的加工軌跡，計算刀具軌跡上的每一個中間點的坐標值，該坐標

16、值經(jīng)伺服驅(qū)動裝置的脈沖當量量化，所以其個數(shù)是有限的；該坐標值以增量形式表示，以脈沖形式輸出的。中間點的計算精度將影響零件的加工精度。3、數(shù)字化進給脈沖指令伺服系統(tǒng)進給軸 一個脈沖所產(chǎn)生的坐標軸位移量稱為脈沖當量，脈沖當量值取決于伺服電機與位置檢測裝置的分辨力。（0.110m)脈沖增量脈沖增量插補法插補法每次插補結(jié)束只產(chǎn)生一個行程增量，以一個個脈沖的方式輸出給步進電機。方法簡單，易用硬件實現(xiàn)，運算速度很快。適用于步進電機驅(qū)動的開環(huán)CNC系統(tǒng)。采用脈沖增量插補算法的CNC系統(tǒng)，坐標軸進給速度主要受插補程序運算時間的限制，一般為 13m/min。脈沖增量插補算法主要有：逐點比較法和數(shù)字積分法。數(shù)字增

17、量插補數(shù)字增量插補法法 適用于交直流伺服電機驅(qū)動的閉環(huán)（半閉環(huán)）位置采樣控制系統(tǒng)。進給速度取決于弦線誤差要求和伺服系統(tǒng)。插補運算分兩步完成： 粗插補，即在給定起點和終點的曲線之間插入若干個點，用若干條微小直線段來逼近給定曲線，每一微小直線段的長度l相等，且與給定的進給速度有關(guān)。粗插補在每個插補運算周期中計算一次。因此l FT（T約10ms)。 精插補，它是在粗插補時算出的每一條微小直線段上再做“數(shù)據(jù)點的密化”工作，這一步相當于對直線的脈沖增量插補。 脈沖增量脈沖增量插補之逐點比較法插補之逐點比較法 算法原理： 計算機在控制加工軌跡過程中，逐點計算和判別加工偏差以控制坐標進給方向，從而按規(guī)定的圖

18、形加工出合格工件。 算法流程： 偏差判別 進給 偏差計算 終點判別 （確定方向） 逐點比較法直線插補算法（第1象限）過零直線終點：Xe、Ye ，當前動點： Xi、Yi，偏差計算公式：F Fi i=XeY=XeYi i-X-Xi iYeYe；初始偏差：F F0 0=XeY=XeY0 0-X-X0 0YeYe1、偏差判別、 2、坐標進給 F=0 （直線之上） 則 X+ （向直線之下移動）3、偏差修正： +X：Fi+1= XeYi-（Xi+1）Ye=F-Ye +Y: Fi+1= Xe（Yi+1）-XiYe=F+Xe4、終點判別：X、Y向是否均達到終點。逐點比較法圓弧插補算法（第1象限逆圓）偏差計算公

19、式：F=(Xi2+Yi2)- (Xe2+Ye2) 1、偏差判別；2、分配進給脈沖 F=0 則 X-向進給（“向圓內(nèi)走”）3、終點判別：按兩方向坐標應走總步數(shù)之和判別。4、偏差修正計算： -X后：Fi+1=F-2Xi+1； +Y后：Fi+1=F+2Yi+1逐點比較法的象限與脈沖分配規(guī)律線型偏差象限1234G01F=0+X+Y-X-YG02-Y+X+Y-XG03-X-Y+X+YG01F=0 & =0+XF=F-Ye=0-8=-81,02F=-8 0+YF=F+Xe=-8+3=-51,13F=-5 0+YF =F+Xe =-5+3=-21,24F=-2 =0+XF= F-Ye =1-8=-7

20、2,36F=-7 0+YF =F+Xe =-7+3=-42,47F=-4 0+YF =F+Xe =-4+3=-12,58F=-1 = 0+XF = F-Ye =2-8=-63,610F=-6 0+YF =F+Xe =-6+3=-33,711F=-3 =0 & =0-XF=F-2Xi+1=0-2*5+1=-9402F=-9 0+YF=F+2Yi+1=-9+2*0+1=-8413F=-8 0+YF=F+2Yi+1=-8+2*1+1=-5424F=-5 =0-XF= F-2Xi+1=0-2*4+1=-7336F=-7 =0-XF =F-2Xi+1=0-2*3+1=-5248F=-5 = 0-

21、XF = F-2Xi+1=4-2*2+1=11510F=1 = 0-XF = F-2Xi+1=1-2*1+1=005線型偏差象限1234G01F=0+X+Y-X-YG02-Y+X+Y-XG03-X-Y+X+YG01F=0 & =0-YF=F-Xe=0-7=-70,32F=-7 0+XF=F-Ye =-7-（-4）=-31,33F=-3 =0-YF =1-7= - 62,25F=-6 =0-YF =2-7=-54,18F=-5 0+XF= -5+4=-15,19F=-1 =0-YF =3-1 =-46,011F=-4 0+XF =-4+4=07,0結(jié)束結(jié)束數(shù)字積分法直線插補算法算例 直線OA，起點為圓點0，終點A(8,10)，累加器和寄存器的位數(shù)為4位，其最大容量為2416，用DDA插補及繪制軌跡 ，采用半加載。運算參數(shù)：X速度分量8，Y速度分量10基值16，即累加器數(shù)值超過16溢出一次，輸出一個進給脈沖。0、Vx=8 CX Vy=10 CY 0、Lx =8 0 Ly =8 01、Lx=0 1 Ly=2 12、Lx =8 0 Ly =12 03、Lx =0 1 Ly =6 14、Lx =8 0 Ly =0 15、Lx =0 1 Ly =10 06、Lx =8 0 Ly =4 17、Lx =0 1 Ly =14 18、Lx =8 0