第3章計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)1-3

1、一、一、CNCCNC系統(tǒng)的構(gòu)成與功能系統(tǒng)的構(gòu)成與功能 第第3 3章章 計(jì)算機(jī)數(shù)控計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)(CNC)系統(tǒng)系統(tǒng)3.13.1 概述概述 1. 1. 數(shù)字控制系統(tǒng)的任務(wù)：數(shù)字控制系統(tǒng)的任務(wù)： 1 1）使刀具與工件的相對(duì)）使刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)形成規(guī)定的幾何形成規(guī)定的幾何軌跡軌跡控制控制，即控制機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)；，即控制機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)； 2 2）與機(jī)床運(yùn)動(dòng)有關(guān)的能量流向的）與機(jī)床運(yùn)動(dòng)有關(guān)的能量流向的開關(guān)量控制；開關(guān)量控制； 3 3）實(shí)現(xiàn)通訊，并具有開放與重構(gòu)特性。）實(shí)現(xiàn)通訊，并具有開放與重構(gòu)特性。12. CNC2. CNC系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 1 1）CNCCNC系統(tǒng)：系統(tǒng)： 由輸入輸出設(shè)

2、備、由輸入輸出設(shè)備、CNCCNC裝置、裝置、PLCPLC、主軸驅(qū)動(dòng)裝主軸驅(qū)動(dòng)裝置、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成。置、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成。 2 2）CNCCNC控制器（系統(tǒng)）：控制器（系統(tǒng)）： 數(shù)控專用計(jì)算機(jī)數(shù)控專用計(jì)算機(jī)（計(jì)算機(jī)硬件數(shù)控系統(tǒng)軟（計(jì)算機(jī)硬件數(shù)控系統(tǒng)軟件數(shù)控專用件數(shù)控專用I/OI/O接口）接口）PLCPLC。作用：接受信息作用：接受信息計(jì)算處理計(jì)算處理發(fā)出控制命令發(fā)出控制命令2CNCCNC系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成：輸入輸入輸出輸出裝置裝置主軸電動(dòng)機(jī)主軸電動(dòng)機(jī)MDIMDI操作面板操作面板強(qiáng)電輸入強(qiáng)電輸入伺服電動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)機(jī)位檢元件位檢元件機(jī)床電器機(jī)床電器計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)數(shù)數(shù)控控裝裝置置檢測(cè)反饋裝置檢測(cè)反

3、饋裝置CNCCNC控制器控制器速度控制單元速度控制單元主軸控制單元主軸控制單元強(qiáng)電控制裝置強(qiáng)電控制裝置33.3. CNCCNC控制器的工作過(guò)程控制器的工作過(guò)程 CNCCNC的工作過(guò)程，實(shí)際上就是一臺(tái)工業(yè)控制的工作過(guò)程，實(shí)際上就是一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)計(jì)算機(jī)執(zhí)行數(shù)控軟件的全過(guò)程。算機(jī)執(zhí)行數(shù)控軟件的全過(guò)程。 包括零件程序的輸入、譯碼、刀具補(bǔ)償、插補(bǔ)包括零件程序的輸入、譯碼、刀具補(bǔ)償、插補(bǔ)運(yùn)算、進(jìn)給速度處理、位置控制、運(yùn)算、進(jìn)給速度處理、位置控制、I/OI/O開關(guān)量處理、開關(guān)量處理、加工信息顯示及故障診斷等。加工信息顯示及故障診斷等。 CNCCNC控制器控制器4 1 1）零件程序的輸入）零件程序的輸入 CN

4、C CNC系統(tǒng)的輸入，包括零件程序和參數(shù)兩部系統(tǒng)的輸入，包括零件程序和參數(shù)兩部分輸入。參數(shù)通過(guò)操作面板輸入；零件程序的輸分輸入。參數(shù)通過(guò)操作面板輸入；零件程序的輸入，包括紙帶輸入、鍵盤輸入（入，包括紙帶輸入、鍵盤輸入（MDIMDImanual manual data inputdata input）和計(jì)算機(jī)通信輸入）和計(jì)算機(jī)通信輸入(DNC(DNC接口，接口，RS232C, direct numerical control)RS232C, direct numerical control)。 CNC CNC輸入工作方式，可一次全部輸入到輸入工作方式，可一次全部輸入到CNCCNC內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中

5、，加工時(shí)把一個(gè)個(gè)程序段分別內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中，加工時(shí)把一個(gè)個(gè)程序段分別調(diào)出執(zhí)行，這稱為調(diào)出執(zhí)行，這稱為存儲(chǔ)工作方式存儲(chǔ)工作方式； 另一種稱為另一種稱為NCNC工作方式工作方式，數(shù)控機(jī)床一邊輸，數(shù)控機(jī)床一邊輸入零件程序一邊加工，即機(jī)床在進(jìn)行前一個(gè)程序入零件程序一邊加工，即機(jī)床在進(jìn)行前一個(gè)程序段加工的同時(shí)，正在輸入后面的程序段。段加工的同時(shí)，正在輸入后面的程序段。52 2）譯碼處理）譯碼處理 譯碼處理，是將零件程序的一個(gè)程序段為譯碼處理，是將零件程序的一個(gè)程序段為單位進(jìn)行處理，把其中的各種零件輪廓信息單位進(jìn)行處理，把其中的各種零件輪廓信息( (如如起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧等)

6、)、加工速度信息、加工速度信息(F(F代碼代碼) )和其它輔助信息和其它輔助信息(M(M，S S，T T代碼等代碼等) )按照一按照一定的語(yǔ)法規(guī)則解釋成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形定的語(yǔ)法規(guī)則解釋成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)間。用區(qū)間。 在譯碼過(guò)程中，還要完成對(duì)程序段的語(yǔ)法在譯碼過(guò)程中，還要完成對(duì)程序段的語(yǔ)法檢查。檢查。63)3)刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償 刀具補(bǔ)償包括長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。為刀具補(bǔ)償包括長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。為使編制的零件程序與刀具尺寸無(wú)關(guān)，零件程序是使編制的零件程序與刀具尺寸無(wú)關(guān)，零件程序是以零件輪廓軌跡來(lái)

7、編制的。以零件輪廓軌跡來(lái)編制的。 刀具補(bǔ)償?shù)淖饔檬歉鶕?jù)不同刀具的尺寸把零刀具補(bǔ)償?shù)淖饔檬歉鶕?jù)不同刀具的尺寸把零件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成相應(yīng)刀具中心的軌跡。件輪廓軌跡轉(zhuǎn)換成相應(yīng)刀具中心的軌跡。 現(xiàn)代現(xiàn)代CNCCNC刀具補(bǔ)償?shù)墓ぷ鬟€包括程序段之間刀具補(bǔ)償?shù)墓ぷ鬟€包括程序段之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)接和過(guò)切判別功能。的自動(dòng)轉(zhuǎn)接和過(guò)切判別功能。4) 4) 進(jìn)給速度處理進(jìn)給速度處理 給定的刀具移動(dòng)速度，是在各坐標(biāo)的合成方向給定的刀具移動(dòng)速度，是在各坐標(biāo)的合成方向上的速度。速度處理是根據(jù)合成速度來(lái)計(jì)算各運(yùn)動(dòng)上的速度。速度處理是根據(jù)合成速度來(lái)計(jì)算各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)方向的分速度，為插補(bǔ)做準(zhǔn)備。坐標(biāo)方向的分速度，為插補(bǔ)做準(zhǔn)備。75 5）插補(bǔ)

8、）插補(bǔ) 插補(bǔ)是指在一已知起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)的曲線上插補(bǔ)是指在一已知起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)的曲線上進(jìn)行進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作。工作。 插補(bǔ)點(diǎn)在每個(gè)插補(bǔ)周期運(yùn)行一次，在每個(gè)插插補(bǔ)點(diǎn)在每個(gè)插補(bǔ)周期運(yùn)行一次，在每個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)，根據(jù)指令進(jìn)給速度計(jì)算出一個(gè)微小的直補(bǔ)周期內(nèi)，根據(jù)指令進(jìn)給速度計(jì)算出一個(gè)微小的直線數(shù)據(jù)段。線數(shù)據(jù)段。 通常經(jīng)過(guò)若干次插補(bǔ)周期后，插補(bǔ)完一個(gè)程通常經(jīng)過(guò)若干次插補(bǔ)周期后，插補(bǔ)完一個(gè)程序段的加工，即完成從該程序段起點(diǎn)到終點(diǎn)的序段的加工，即完成從該程序段起點(diǎn)到終點(diǎn)的“數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)密化據(jù)點(diǎn)密化”工作。工作。 一般一般CNCCNC能對(duì)直線、圓弧和螺旋進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，能對(duì)直線、圓弧和螺旋進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算

9、，在高檔的在高檔的CNCCNC中還能對(duì)橢圓、拋物線、正弦線和一中還能對(duì)橢圓、拋物線、正弦線和一些專用曲線進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算。些專用曲線進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算。 86 6）位置控制）位置控制 位置控制的主要任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，位置控制的主要任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，將插補(bǔ)計(jì)算出的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，根據(jù)差值控制進(jìn)給伺服電機(jī)根據(jù)差值控制進(jìn)給伺服電機(jī)。 在位置控制中，通常還要完成位置回路的增在位置控制中，通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標(biāo)方向的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)益調(diào)整、各坐標(biāo)方向的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償，以提高機(jī)床的定位精度。償，以提高機(jī)床的定位

10、精度。7 7）I IO O處理處理 I IO O處理主要是處理處理主要是處理CNCCNC裝置與機(jī)床之間的強(qiáng)裝置與機(jī)床之間的強(qiáng)電信號(hào)的輸入、輸出和控制電信號(hào)的輸入、輸出和控制( (如換刀、換擋、冷如換刀、換擋、冷卻等卻等) )。 99 9）診斷）診斷 現(xiàn)代現(xiàn)代CNCCNC都具有聯(lián)機(jī)和脫機(jī)診斷的能力。都具有聯(lián)機(jī)和脫機(jī)診斷的能力。 所謂聯(lián)機(jī)診斷，指所謂聯(lián)機(jī)診斷，指CNCCNC工作時(shí)運(yùn)行工作時(shí)運(yùn)行CNCCNC中的自診中的自診斷程序，隨時(shí)檢查各個(gè)部件，故障時(shí)立即報(bào)警。斷程序，隨時(shí)檢查各個(gè)部件，故障時(shí)立即報(bào)警。 所謂脫機(jī)診斷，指所謂脫機(jī)診斷，指CNCCNC不工作時(shí)的診斷，通過(guò)不工作時(shí)的診斷，通過(guò)運(yùn)行專門的

11、診斷程序，檢查各個(gè)部件，及時(shí)消除故運(yùn)行專門的診斷程序，檢查各個(gè)部件，及時(shí)消除故障，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。障，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。8 8）顯示）顯示 CNCCNC的顯示主要有：零件程序的顯示，參數(shù)顯示，的顯示主要有：零件程序的顯示，參數(shù)顯示，刀具位置顯示，機(jī)床狀態(tài)顯示，報(bào)警顯示等。刀具位置顯示，機(jī)床狀態(tài)顯示，報(bào)警顯示等。 有些有些CNCCNC裝置中還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)裝置中還有刀具加工軌跡的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖形顯示。圖形顯示。 10CNCCNC信息流程信息流程 114.4. CNCCNC控制器的功能控制器的功能 通常包括基本功能和選擇功能?；竟δ苁峭ǔ０ɑ竟δ芎瓦x擇功能?；竟δ苁荂NCCNC

12、系統(tǒng)必備的功能，選擇功能是供用戶根據(jù)機(jī)系統(tǒng)必備的功能，選擇功能是供用戶根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)和用途進(jìn)行選擇的功能。主要功能：床特點(diǎn)和用途進(jìn)行選擇的功能。主要功能：1 1）軸控制功能）軸控制功能 指指CNCCNC能夠控制的以及能夠同時(shí)控制的軸數(shù)能夠控制的以及能夠同時(shí)控制的軸數(shù)（聯(lián)動(dòng)軸數(shù)）?？刂戚S有移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸，有基（聯(lián)動(dòng)軸數(shù)）。控制軸有移動(dòng)軸和回轉(zhuǎn)軸，有基本軸和附加軸。本軸和附加軸。 一般數(shù)控車床只需一般數(shù)控車床只需2 2根同時(shí)控制軸，雙刀架根同時(shí)控制軸，雙刀架時(shí)有時(shí)有4 4根控制軸。數(shù)控銑床、鏜床以及加工中心根控制軸。數(shù)控銑床、鏜床以及加工中心等需要有等需要有3 3根或根或3 3根以上的控制軸。根以上

13、的控制軸。 控制軸數(shù)越多，特別是同時(shí)控制軸數(shù)越多，控制軸數(shù)越多，特別是同時(shí)控制軸數(shù)越多， CNCCNC就越復(fù)雜，編制程序也越困難。就越復(fù)雜，編制程序也越困難。 122 2）準(zhǔn)備功能）準(zhǔn)備功能 準(zhǔn)備功能也稱準(zhǔn)備功能也稱G G功能，用來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作方式功能，用來(lái)指令機(jī)床動(dòng)作方式的功能，包括基本移動(dòng)、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定等指的功能，包括基本移動(dòng)、平面選擇、坐標(biāo)設(shè)定等指令。令。它用指令它用指令G G和它后續(xù)的兩位數(shù)字表示。和它后續(xù)的兩位數(shù)字表示。 ISOISO標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中推備功能從準(zhǔn)中推備功能從G00G00至至G99G99共共100100種，數(shù)控系統(tǒng)可從種，數(shù)控系統(tǒng)可從中選用。中選用。3 3）插補(bǔ)功能）插補(bǔ)

14、功能 CNCCNC是通過(guò)軟件插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡是通過(guò)軟件插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動(dòng)的軌跡, ,出出于進(jìn)給速度和分辨率的要求，于進(jìn)給速度和分辨率的要求，CNCCNC插補(bǔ)分為粗插補(bǔ)插補(bǔ)分為粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)。和精插補(bǔ)。軟件每次插補(bǔ)一個(gè)小線段稱為粗插補(bǔ)；軟件每次插補(bǔ)一個(gè)小線段稱為粗插補(bǔ)；伺服接口根據(jù)粗插補(bǔ)的結(jié)果，將小線段分成單個(gè)脈伺服接口根據(jù)粗插補(bǔ)的結(jié)果，將小線段分成單個(gè)脈沖輸出，稱為精插補(bǔ)。沖輸出，稱為精插補(bǔ)。實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算的方法有逐點(diǎn)實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算的方法有逐點(diǎn)比較法，數(shù)字積分法等。比較法，數(shù)字積分法等。 134 4）進(jìn)給功能）進(jìn)給功能 進(jìn)給功能用進(jìn)給功能用“F”F”直接指令各軸的進(jìn)給速度。直接指令各軸的進(jìn)

15、給速度。(1) (1) 切削進(jìn)給速度切削進(jìn)給速度( (每分鐘進(jìn)給量每分鐘進(jìn)給量) ) ；(2) (2) 同步進(jìn)給速度同步進(jìn)給速度( (每轉(zhuǎn)進(jìn)給量每轉(zhuǎn)進(jìn)給量) ) ，指主軸每轉(zhuǎn)，指主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量規(guī)定的送給速度，如進(jìn)給量規(guī)定的送給速度，如0.01mm/r0.01mm/r； (3) (3) 快速進(jìn)給快速進(jìn)給(G00)(G00)速度速度，可設(shè)定；，可設(shè)定；(4) (4) 進(jìn)給倍率進(jìn)給倍率，倍率在，倍率在0 0200200之間變化，每檔之間變化，每檔間隔間隔10%10%，車螺紋時(shí)無(wú)效。，車螺紋時(shí)無(wú)效。5 5）主軸功能）主軸功能 主軸功能就是指定主軸轉(zhuǎn)速的功能，用主軸功能就是指定主軸轉(zhuǎn)速的功能，用S S字

16、母和字母和它后續(xù)的數(shù)值表示，有它后續(xù)的數(shù)值表示，有S2S2位和位和S4S4位，多用位，多用S4S4位。位。S S的單位是的單位是r rminmin。面板設(shè)有主軸倍率開關(guān)。面板設(shè)有主軸倍率開關(guān)。 146 6）輔助功能）輔助功能 輔助功能用來(lái)規(guī)定主軸的起動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向，輔助功能用來(lái)規(guī)定主軸的起動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向，冷卻泵的接通和斷開，刀庫(kù)的起、停等。用冷卻泵的接通和斷開，刀庫(kù)的起、停等。用M M字字母和它后續(xù)的母和它后續(xù)的2 2位數(shù)值表示，位數(shù)值表示， ISOISO標(biāo)準(zhǔn)中輔助功標(biāo)準(zhǔn)中輔助功能有能有100100種。種。 7 7）刀具功能和第二輔助功能）刀具功能和第二輔助功能 刀具功能用來(lái)選擇刀具，用刀具功

17、能用來(lái)選擇刀具，用T T字母和它后續(xù)的字母和它后續(xù)的2 2位或位或4 4位數(shù)值表示。位數(shù)值表示。 第二輔助功能用來(lái)指定工作臺(tái)的分度，用第二輔助功能用來(lái)指定工作臺(tái)的分度，用B B字字母和它后續(xù)的母和它后續(xù)的3 3位數(shù)值表示。位數(shù)值表示。159 9）字符圖形顯示功能）字符圖形顯示功能 CNCCNC可配置單色或彩色可配置單色或彩色CRTCRT，通過(guò)軟件和接口實(shí)，通過(guò)軟件和接口實(shí)現(xiàn)字符和圖形的顯示。現(xiàn)字符和圖形的顯示。 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都采用現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)都采用LCDLCD顯示器。顯示器。 8 8）補(bǔ)償功能）補(bǔ)償功能 CNCCNC采用補(bǔ)償功能，可把采用補(bǔ)償功能，可把刀具長(zhǎng)度或直徑刀具長(zhǎng)度或直徑( (銑刀銑刀

18、直徑直徑) )的相應(yīng)補(bǔ)償量、絲杠的螺距誤差和反向間隙的相應(yīng)補(bǔ)償量、絲杠的螺距誤差和反向間隙誤差的補(bǔ)償量誤差的補(bǔ)償量預(yù)先輸入預(yù)先輸入CNCCNC的存儲(chǔ)器，的存儲(chǔ)器，CNCCNC就能按補(bǔ)就能按補(bǔ)償量重新計(jì)算刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)尺寸，從而加償量重新計(jì)算刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和坐標(biāo)尺寸，從而加工出符合要求的零件，消除加工誤差。工出符合要求的零件，消除加工誤差。16 CNC CNC裝置的控制功能、準(zhǔn)備功能、插補(bǔ)功能、裝置的控制功能、準(zhǔn)備功能、插補(bǔ)功能、進(jìn)給功能、刀具功能、主軸功能、輔助功能、字符進(jìn)給功能、刀具功能、主軸功能、輔助功能、字符顯示功能、自診斷功能等是顯示功能、自診斷功能等是CNCCNC的基本功能。的

19、基本功能。1010）自診斷功能）自診斷功能 CNCCNC裝置中設(shè)置各種診斷程序，故障時(shí)報(bào)警。裝置中設(shè)置各種診斷程序，故障時(shí)報(bào)警。 1111）通信功能）通信功能 CNCCNC通常具有通常具有RS232CRS232C接口，有的還備有接口，有的還備有DNCDNC接口，它設(shè)有緩沖存儲(chǔ)器，以接口，它設(shè)有緩沖存儲(chǔ)器，以NCNC格式輸入，還可格式輸入，還可以二進(jìn)制格式輸入，進(jìn)行高速傳輸。以二進(jìn)制格式輸入，進(jìn)行高速傳輸。1212）人機(jī)交互編程功能）人機(jī)交互編程功能 復(fù)雜零件的復(fù)雜零件的NCNC程序是要通過(guò)通用計(jì)算機(jī)或程序是要通過(guò)通用計(jì)算機(jī)或自動(dòng)編程機(jī)編制；有的自動(dòng)編程機(jī)編制；有的CNCCNC具有根據(jù)藍(lán)圖直接編

20、具有根據(jù)藍(lán)圖直接編程的功能。程的功能。 17二、二、CNCCNC的硬件結(jié)構(gòu)的硬件結(jié)構(gòu) CNCCNC硬件結(jié)構(gòu)硬件結(jié)構(gòu)按印制電路板的插接方式可以按印制電路板的插接方式可以分為大板結(jié)構(gòu)和總線式模塊化結(jié)構(gòu)分為大板結(jié)構(gòu)和總線式模塊化結(jié)構(gòu)；按按CNCCNC中微處中微處理器的個(gè)數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理理器的個(gè)數(shù)可以分為單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)；器結(jié)構(gòu)；按按CNCCNC硬件的制造方式，可以分為專用計(jì)硬件的制造方式，可以分為專用計(jì)算機(jī)型結(jié)構(gòu)和工控計(jì)算機(jī)型結(jié)構(gòu)。算機(jī)型結(jié)構(gòu)和工控計(jì)算機(jī)型結(jié)構(gòu)。1.1.大板結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)和模塊化結(jié)構(gòu)1 1）大板結(jié)構(gòu)）大板結(jié)構(gòu) 大板結(jié)構(gòu)大板結(jié)構(gòu)CNCCNC由電

21、路主板和相關(guān)子板構(gòu)成，由電路主板和相關(guān)子板構(gòu)成，主板上裝有主主板上裝有主CPUCPU和各軸的位置控制電路等系統(tǒng)和各軸的位置控制電路等系統(tǒng)主要部件。主板是大印制電路板，其它小電路板主要部件。主板是大印制電路板，其它小電路板插在主板插槽內(nèi)，結(jié)構(gòu)類似于個(gè)人電腦的結(jié)構(gòu)。插在主板插槽內(nèi)，結(jié)構(gòu)類似于個(gè)人電腦的結(jié)構(gòu)。18大板結(jié)構(gòu)的大板結(jié)構(gòu)的FANUC 0-TDFANUC 0-TD數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 192 2）總線式模塊化結(jié)構(gòu)）總線式模塊化結(jié)構(gòu) 整個(gè)整個(gè)CNCCNC按功能分為若干個(gè)模塊。硬件和軟按功能分為若干個(gè)模塊。硬件和軟件的設(shè)計(jì)都采用模塊化結(jié)構(gòu)，每一個(gè)功能模塊做件的設(shè)計(jì)都采用模塊化結(jié)構(gòu)，每一個(gè)功能模塊做成

22、尺寸相同的印制電路板，相應(yīng)功能模塊的控制成尺寸相同的印制電路板，相應(yīng)功能模塊的控制軟件固化在其中。軟件固化在其中。功能模塊通過(guò)有明確定義的標(biāo)功能模塊通過(guò)有明確定義的標(biāo)準(zhǔn)固定接口通訊、交換信息。準(zhǔn)固定接口通訊、交換信息。 常用的功能模板有常用的功能模板有CPUCPU控制板、位置控制板、控制板、位置控制板、I/OI/O板、板、PLCPLC板、存儲(chǔ)器板、圖形板和通信板等。板、存儲(chǔ)器板、圖形板和通信板等。FANUCFANUC系統(tǒng)系統(tǒng)1515系列就采用了模塊化結(jié)構(gòu)。系列就采用了模塊化結(jié)構(gòu)。 用戶根據(jù)需要選用各種控制單元母板及所需功用戶根據(jù)需要選用各種控制單元母板及所需功能模板，將各功能模板插入控制單元母

23、板的槽內(nèi)，能模板，將各功能模板插入控制單元母板的槽內(nèi)，就組成了自己需要的就組成了自己需要的CNCCNC系統(tǒng)的控制裝置。系統(tǒng)的控制裝置。20模塊化結(jié)構(gòu)的模塊化結(jié)構(gòu)的FANUC 15FANUC 15數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 212.2.單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu)和多微處理器結(jié)構(gòu)1) 1) 單微處理器結(jié)構(gòu)單微處理器結(jié)構(gòu) 在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)微處理器，在單微處理器結(jié)構(gòu)中，只有一個(gè)微處理器，以集中控制、分時(shí)處理數(shù)控裝置的各個(gè)任務(wù)。其以集中控制、分時(shí)處理數(shù)控裝置的各個(gè)任務(wù)。其它功能部件，如存儲(chǔ)器、各種接口、位置控制器它功能部件，如存儲(chǔ)器、各種接口、位置控制器等都需要通過(guò)總線與微處理器相連

24、。等都需要通過(guò)總線與微處理器相連。2) 2) 多微處理器結(jié)構(gòu)多微處理器結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)上結(jié)構(gòu)上CNCCNC中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的CPUCPU，每個(gè)，每個(gè)CPUCPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線或通信方式進(jìn)行連接，共享系通過(guò)數(shù)據(jù)總線或通信方式進(jìn)行連接，共享系統(tǒng)的公用存儲(chǔ)器與統(tǒng)的公用存儲(chǔ)器與I/OI/O接口，每個(gè)接口，每個(gè)CPUCPU分擔(dān)系統(tǒng)的分擔(dān)系統(tǒng)的一部分工作，這就是多微處理器系統(tǒng)。一部分工作，這就是多微處理器系統(tǒng)。 目前使用的多目前使用的多CPUCPU系統(tǒng)有主從式結(jié)構(gòu)、總線系統(tǒng)有主從式結(jié)構(gòu)、總線式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)。式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)。22單微處理器單微處理器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)CNCCNC2

25、3帶有帶有4 4個(gè)個(gè)CPUCPU的數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)( (共享總線共享總線) )24 3. 3. 計(jì)算機(jī)型計(jì)算機(jī)型CNCCNC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 專機(jī)數(shù)控的計(jì)算機(jī)是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠為其專機(jī)數(shù)控的計(jì)算機(jī)是數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠為其CNCCNC系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)較合理，性能價(jià)格比系統(tǒng)專門設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)較合理，性能價(jià)格比高，一般有較大批量的規(guī)模生產(chǎn)。高，一般有較大批量的規(guī)模生產(chǎn)。 PC PC數(shù)控，考慮到可靠性，所用的計(jì)算機(jī)一數(shù)控，考慮到可靠性，所用的計(jì)算機(jī)一般采用工控機(jī)般采用工控機(jī)(IPC)(IPC)，其構(gòu)成與個(gè)人計(jì)算機(jī)相似，其構(gòu)成與個(gè)人計(jì)算機(jī)相似，開發(fā)成本相對(duì)較低，常見(jiàn)于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)中。開發(fā)成本相對(duì)較低，常見(jiàn)于經(jīng)濟(jì)

26、型數(shù)控系統(tǒng)中。PCPC型型CNCCNC的硬件結(jié)構(gòu)有：的硬件結(jié)構(gòu)有： 專用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡(jiǎn)稱專機(jī)數(shù)控）；專用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡(jiǎn)稱專機(jī)數(shù)控）； 通用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡(jiǎn)稱通用計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（簡(jiǎn)稱PCPC數(shù)控）。數(shù)控）。254.4.基于基于PCPC的開放式的開放式CNCCNC體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 2)2)基于基于PC(IPCPC(IPC和和PC)PC)的開放式的開放式CNCCNC體系硬件體系硬件 在計(jì)算機(jī)基本配置基礎(chǔ)上，在計(jì)算機(jī)基本配置基礎(chǔ)上，增加一塊運(yùn)動(dòng)控增加一塊運(yùn)動(dòng)控制卡，和各種制卡，和各種I/OI/O卡卡，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制和輔，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)控制和輔助功能控制，所用的處理器通常是助功能控

27、制，所用的處理器通常是DSP(DSP(數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)處理處理) )類型，類型，常見(jiàn)類型：常見(jiàn)類型：PCPC直接數(shù)控：運(yùn)動(dòng)控制卡不帶直接數(shù)控：運(yùn)動(dòng)控制卡不帶CPUCPU嵌入式數(shù)控：運(yùn)動(dòng)控制卡帶一個(gè)或多個(gè)嵌入式數(shù)控：運(yùn)動(dòng)控制卡帶一個(gè)或多個(gè)CPUCPU1)1)開放式開放式CNCCNC體系特征：體系特征： 可互操作性，可移植性，可縮放性，可替可互操作性，可移植性，可縮放性，可替代性。代性。26三、三、CNCCNC的軟件結(jié)構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu) 1 1）軟件和硬件在邏輯上的等價(jià)性：）軟件和硬件在邏輯上的等價(jià)性：一個(gè)事件：一個(gè)事件：由硬件完成時(shí)，處理速度較快，專業(yè)性強(qiáng)，但由硬件完成時(shí)，處理速度較快，專業(yè)性強(qiáng)，但造

28、價(jià)較高；造價(jià)較高；由軟件完成時(shí)，設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理由軟件完成時(shí)，設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但處理通度較慢。通度較慢。1. CNC1. CNC的軟硬件界面的軟硬件界面 CNCCNC裝置是由軟件和硬件組成的，硬件為軟裝置是由軟件和硬件組成的，硬件為軟件的運(yùn)行提供了支持環(huán)境。件的運(yùn)行提供了支持環(huán)境。 軟、硬件的分配比例是由性價(jià)比決定的。現(xiàn)軟、硬件的分配比例是由性價(jià)比決定的。現(xiàn)代代CNCCNC中軟件和硬件的界面關(guān)系是不固定的。中軟件和硬件的界面關(guān)系是不固定的。272 2）三種典型）三種典型CNCCNC軟硬件界面：軟硬件界面： 282. CNC2. CNC軟件系統(tǒng)的多任務(wù)并行處理與實(shí)時(shí)中斷軟件系統(tǒng)的多

29、任務(wù)并行處理與實(shí)時(shí)中斷零件程序輸入輸出零件程序輸入輸出人機(jī)界面人機(jī)界面診斷診斷 通信通信 管理軟件管理軟件 CNCCNC系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件 譯碼譯碼 刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償控制軟件控制軟件 速度控制速度控制 插補(bǔ)運(yùn)算插補(bǔ)運(yùn)算 位置控制位置控制 1 1）CNCCNC系統(tǒng)軟件的多任務(wù)性：系統(tǒng)軟件的多任務(wù)性：292 2）并行處理與實(shí)時(shí)中斷處理）并行處理與實(shí)時(shí)中斷處理 (1) CNC(1) CNC多任務(wù)并行處理需求多任務(wù)并行處理需求 30(2)(2)并行處理并行處理 并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間并行處理是指計(jì)算機(jī)在同一時(shí)刻或同一時(shí)間間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上的工作。常用有間隔內(nèi)完成兩種或兩種以上的工作

30、。常用有資源資源重復(fù)、時(shí)間重疊、資源分時(shí)共享重復(fù)、時(shí)間重疊、資源分時(shí)共享等方法。等方法。 時(shí)間重疊時(shí)間重疊31單單CPUCPU分時(shí)資源共享分時(shí)資源共享32 (3)(3)實(shí)時(shí)中斷處理實(shí)時(shí)中斷處理 CNCCNC系統(tǒng)軟件的另一個(gè)重要特征是實(shí)時(shí)中斷系統(tǒng)軟件的另一個(gè)重要特征是實(shí)時(shí)中斷處理。處理。 CNCCNC系統(tǒng)的多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性決定了系統(tǒng)系統(tǒng)的多任務(wù)性和實(shí)時(shí)性決定了系統(tǒng)中斷成為整個(gè)系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，中斷成為整個(gè)系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，中中斷結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)。斷結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)。中斷類型：中斷類型： 外部中斷外部中斷外部設(shè)備中斷；外部設(shè)備中斷；內(nèi)部中斷內(nèi)部中斷位置采樣定時(shí)、

31、插補(bǔ)周期中斷；位置采樣定時(shí)、插補(bǔ)周期中斷；硬件故障中斷硬件故障中斷硬件故障中斷；硬件故障中斷；程序性中斷程序性中斷執(zhí)行程序時(shí)的各種溢出，除零等。執(zhí)行程序時(shí)的各種溢出，除零等。333. CNC3. CNC的軟件結(jié)構(gòu)的軟件結(jié)構(gòu) CNCCNC的軟件結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)模式，的軟件結(jié)構(gòu)取決于系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)模式，常見(jiàn)有兩種：常見(jiàn)有兩種： 1 1）中斷型結(jié)構(gòu)模式）中斷型結(jié)構(gòu)模式 特點(diǎn)是除了初始化程序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件特點(diǎn)是除了初始化程序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各種任務(wù)分別安排在不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序中。的各種任務(wù)分別安排在不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序中。 整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷系統(tǒng)，其管理的功整個(gè)軟件就是一個(gè)

32、大的中斷系統(tǒng)，其管理的功能主要通過(guò)各級(jí)中斷程序之間的相互通信來(lái)解決。能主要通過(guò)各級(jí)中斷程序之間的相互通信來(lái)解決。 2 2）前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式）前后臺(tái)型結(jié)構(gòu)模式 特點(diǎn)是特點(diǎn)是前臺(tái)程序前臺(tái)程序是一個(gè)中斷服務(wù)程序，它幾是一個(gè)中斷服務(wù)程序，它幾乎承擔(dān)了全部實(shí)時(shí)功能乎承擔(dān)了全部實(shí)時(shí)功能( (如插補(bǔ)和位置控制如插補(bǔ)和位置控制) )。而。而管理軟件和插補(bǔ)準(zhǔn)備則在背景程序中完成。管理軟件和插補(bǔ)準(zhǔn)備則在背景程序中完成。 34 背景程序背景程序循環(huán)運(yùn)行，循環(huán)運(yùn)行，前臺(tái)程序前臺(tái)程序?qū)崟r(shí)中斷執(zhí)行，實(shí)時(shí)中斷執(zhí)行，如圖所示，共同完成零件加工任務(wù)。如圖所示，共同完成零件加工任務(wù)。背景程序背景程序( (后臺(tái)后臺(tái)) ) 前臺(tái)程序

33、前臺(tái)程序35 華中華中HNCHNCFANUCFANUCSIEMENSSIEMENS四、常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)四、常見(jiàn)數(shù)控系統(tǒng)363.23.2 CNCCNC的軌跡控制原理的軌跡控制原理 數(shù)控機(jī)床最突出的優(yōu)點(diǎn)是：可以根據(jù)編程，數(shù)控機(jī)床最突出的優(yōu)點(diǎn)是：可以根據(jù)編程，加工出較為復(fù)雜的曲線，比如圓、拋物線等。加工出較為復(fù)雜的曲線，比如圓、拋物線等。 為什么數(shù)控機(jī)床能加工出這些曲線？怎樣把為什么數(shù)控機(jī)床能加工出這些曲線？怎樣把單個(gè)的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)組合成理想曲線呢？這就是插補(bǔ)單個(gè)的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)組合成理想曲線呢？這就是插補(bǔ)所解決的問(wèn)題！所解決的問(wèn)題！ 插補(bǔ)是一種運(yùn)算程序，經(jīng)過(guò)運(yùn)算，判斷出每插補(bǔ)是一種運(yùn)算程序，經(jīng)過(guò)運(yùn)算，判斷出每一

34、步應(yīng)進(jìn)哪一個(gè)坐標(biāo)，進(jìn)多少，以此來(lái)完成數(shù)據(jù)一步應(yīng)進(jìn)哪一個(gè)坐標(biāo)，進(jìn)多少，以此來(lái)完成數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作。點(diǎn)的密化工作。371. 1. 插補(bǔ)要解決的問(wèn)題：插補(bǔ)要解決的問(wèn)題：n讓單獨(dú)的坐標(biāo)分別運(yùn)動(dòng)合成理想的軌跡；讓單獨(dú)的坐標(biāo)分別運(yùn)動(dòng)合成理想的軌跡；n幾個(gè)坐標(biāo)同時(shí)進(jìn)，還是每次進(jìn)一個(gè)；幾個(gè)坐標(biāo)同時(shí)進(jìn)，還是每次進(jìn)一個(gè)；n判斷進(jìn)給哪一個(gè)坐標(biāo)使下一步誤差更?。慌袛噙M(jìn)給哪一個(gè)坐標(biāo)使下一步誤差更??；n進(jìn)給多少；進(jìn)給多少； n如果同時(shí)進(jìn)給，各個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給的比例是多少；如果同時(shí)進(jìn)給，各個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給的比例是多少； 同時(shí)，還要解決選用什么樣的實(shí)際軌跡合成后同時(shí)，還要解決選用什么樣的實(shí)際軌跡合成后與理想軌跡誤差最小。與理想軌跡誤差最

35、小。 插補(bǔ)協(xié)調(diào)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)坐標(biāo)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)組合插補(bǔ)協(xié)調(diào)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)坐標(biāo)的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)組合和分段協(xié)調(diào)成的簡(jiǎn)單曲線和分段協(xié)調(diào)成的簡(jiǎn)單曲線( (直線和圓弧直線和圓弧) )來(lái)擬合實(shí)來(lái)擬合實(shí)際復(fù)雜輪廓曲線。際復(fù)雜輪廓曲線。 382. 2. 插補(bǔ)方法的分類插補(bǔ)方法的分類插補(bǔ)算法歸納為兩類：插補(bǔ)算法歸納為兩類： “一次插補(bǔ)法一次插補(bǔ)法”，即脈沖增量插補(bǔ)，基特點(diǎn)：，即脈沖增量插補(bǔ)，基特點(diǎn)： 常用的有逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。這類算常用的有逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。這類算法，每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多給每一軸進(jìn)給一個(gè)脈法，每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多給每一軸進(jìn)給一個(gè)脈沖，進(jìn)給速度受到限制，過(guò)去的硬件數(shù)控系統(tǒng)常沖，進(jìn)給速度受到限制，

36、過(guò)去的硬件數(shù)控系統(tǒng)常采用。采用。“二次插補(bǔ)法二次插補(bǔ)法”，即數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)，即數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)， 基特點(diǎn)：基特點(diǎn)： 插補(bǔ)分粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)兩部分。常用的有插補(bǔ)分粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)兩部分。常用的有時(shí)時(shí)間分割法和擴(kuò)展數(shù)字積分器法間分割法和擴(kuò)展數(shù)字積分器法，這類算法在每個(gè)，這類算法在每個(gè)插補(bǔ)運(yùn)算周期里輸出的不是單個(gè)脈沖，而是線段。插補(bǔ)運(yùn)算周期里輸出的不是單個(gè)脈沖，而是線段。因而能顯著提高進(jìn)給速度，應(yīng)用廣泛。因而能顯著提高進(jìn)給速度，應(yīng)用廣泛。393. 3. 逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如果每次只在一個(gè)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，如果每次只在一個(gè)坐標(biāo)方向進(jìn)給一小步，怎樣進(jìn)給誤差最?。孔鴺?biāo)方向進(jìn)給一小步

37、，怎樣進(jìn)給誤差最?。?先計(jì)算每次坐標(biāo)進(jìn)給后的位置與理想位置先計(jì)算每次坐標(biāo)進(jìn)給后的位置與理想位置（輪廓）的誤差，然后，根據(jù)誤差，選擇一個(gè)（輪廓）的誤差，然后，根據(jù)誤差，選擇一個(gè)減小誤差的坐標(biāo)方向進(jìn)給，這樣就有利于減小減小誤差的坐標(biāo)方向進(jìn)給，這樣就有利于減小誤差，然后依次進(jìn)給到終點(diǎn)。誤差，然后依次進(jìn)給到終點(diǎn)。 逐點(diǎn)比較思想：走一步，看一步，決策一逐點(diǎn)比較思想：走一步，看一步，決策一步。步。又稱代數(shù)運(yùn)算法、醉步法。又稱代數(shù)運(yùn)算法、醉步法。40逐點(diǎn)比較算法解決兩件事：逐點(diǎn)比較算法解決兩件事： 用最簡(jiǎn)捷的方式逐點(diǎn)計(jì)算單坐標(biāo)進(jìn)給后的用最簡(jiǎn)捷的方式逐點(diǎn)計(jì)算單坐標(biāo)進(jìn)給后的位置誤差；位置誤差； 比較誤差，判定進(jìn)

38、給坐標(biāo)。比較誤差，判定進(jìn)給坐標(biāo)。第一步：偏差判別第一步：偏差判別第二步：坐標(biāo)進(jìn)給第二步：坐標(biāo)進(jìn)給第三步：偏差計(jì)算第三步：偏差計(jì)算第四步：終點(diǎn)判別第四步：終點(diǎn)判別 逐點(diǎn)比較法控制機(jī)床作出一個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給包逐點(diǎn)比較法控制機(jī)床作出一個(gè)坐標(biāo)進(jìn)給包含四個(gè)節(jié)拍：含四個(gè)節(jié)拍：410 xy：yxyxyxeeee即eiejjiyxxy)y,F(x：令令1 1）逐點(diǎn)比較直線插補(bǔ)）逐點(diǎn)比較直線插補(bǔ)偏差判別偏差判別第一象限直線第一象限直線OAOA的方程為：的方程為：則：插補(bǔ)動(dòng)點(diǎn)則：插補(bǔ)動(dòng)點(diǎn)P P位于直線上方，下方和直線上：位于直線上方，下方和直線上： 對(duì)于對(duì)于直線上方直線上方的點(diǎn)，有：的點(diǎn)，有： F( F(xi,yj)

39、) 0 0 對(duì)于對(duì)于直線上直線上的點(diǎn)，的點(diǎn)， 有：有： F( F(xi,yj) ) =0 =0 對(duì)于對(duì)于直線下方直線下方的點(diǎn)，有：的點(diǎn)，有： F( F(xi,yj) ) 0 0 A(xe,ye) P(xi,yj) P(x,y)P(x,y) P”(xi,yj)O(0,0)42方向進(jìn)給一步方向進(jìn)給一步則作則作方向進(jìn)給一步方向進(jìn)給一步則作則作方向進(jìn)給一步方向進(jìn)給一步則作則作x0,Fy0,Fx0,Fji,ji,ji,坐標(biāo)進(jìn)給：坐標(biāo)進(jìn)給： 為了逼近直線，顯然當(dāng)：為了逼近直線，顯然當(dāng)： y A(xe,ye) P P P P”O(jiān)(0,0) xejieiejjiiiyFyxxyFxx, 11 ) 1(1eji

40、eiejjiiixFyxxyFyy,1,1 ) 1(1偏差計(jì)算：偏差計(jì)算： 沿沿X X走一步走一步 沿沿+Y+Y走一步走一步eiejjiyxxy,F43直線插補(bǔ)歸納：直線插補(bǔ)歸納： 當(dāng)當(dāng)Fi,j00時(shí)，沿時(shí)，沿+X+X方向走一步，計(jì)算方向走一步，計(jì)算: : Fi1,j=Fi-Ye； N=N-1 當(dāng)當(dāng)Fi,j0 0時(shí)，沿時(shí)，沿+Y+Y方向走一步，計(jì)算方向走一步，計(jì)算: : Fi, j1=Fi+Xe； N= N-1終點(diǎn)判別：終點(diǎn)判別： 有二種方法：有二種方法：一是一是：取終點(diǎn)坐標(biāo)大者作為結(jié)束標(biāo)志取終點(diǎn)坐標(biāo)大者作為結(jié)束標(biāo)志N N，每在該坐，每在該坐標(biāo)上走一步標(biāo)上走一步N-1N-1，等于零時(shí)，插補(bǔ)結(jié)束

41、。，等于零時(shí)，插補(bǔ)結(jié)束。二是二是：取終點(diǎn)坐標(biāo)和作為結(jié)束標(biāo)志取終點(diǎn)坐標(biāo)和作為結(jié)束標(biāo)志N N，即，即N=Xe+YeN=Xe+Ye，每走一步每走一步N-1N-1，直到，直到N=0N=0時(shí)為止時(shí)為止。44直直線線插插補(bǔ)補(bǔ)軟軟件件流流程程圖圖45例例1 1 設(shè)終點(diǎn)坐標(biāo)為設(shè)終點(diǎn)坐標(biāo)為A(5,3)A(5,3)，脈沖當(dāng)量為，脈沖當(dāng)量為xxyy1 1，試給出加工直線試給出加工直線OAOA的逐點(diǎn)比較插補(bǔ)運(yùn)算表，并畫的逐點(diǎn)比較插補(bǔ)運(yùn)算表，并畫出插補(bǔ)軌跡圖。出插補(bǔ)軌跡圖。解：解：N=XeN=XeYeYe8 8x x進(jìn)給時(shí)：進(jìn)給時(shí)： F Fi i1=F1=Fi i-Y-Ye ey y進(jìn)給時(shí)：進(jìn)給時(shí)：F Fi i1 1=

42、 =F Fi i+X+Xe e46直線插補(bǔ)軌跡圖直線插補(bǔ)軌跡圖A(5,3)A(5,3)O(0,0)O(0,0)X XY Y47X Y 2 2）逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)）逐點(diǎn)比較圓弧插補(bǔ)偏差判別偏差判別 設(shè)第一象限逆圓設(shè)第一象限逆圓ABAB弧，弧，圓心為原點(diǎn)，圓弧起點(diǎn)坐圓心為原點(diǎn)，圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)(X(X0 0,Y,Y0 0) )和終點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)(Xe,Ye)(Xe,Ye)如圖。如圖。 設(shè)圓弧上任一點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)圓弧上任一點(diǎn)坐標(biāo)為為(X(Xi i,Y,Yi i) )，則下式成立：，則下式成立：選擇判別函數(shù)選擇判別函數(shù)F F為為0)()(2222oojiyxyx)()(2222oojiyxyxF B(xe,y

43、e) P P P P” A(xo,yo)48 根據(jù)動(dòng)點(diǎn)根據(jù)動(dòng)點(diǎn)P P所在區(qū)域所在區(qū)域不同，有下列三種情況：不同，有下列三種情況： F0 , F0 , 動(dòng)點(diǎn)動(dòng)點(diǎn)PP在圓弧在圓弧外外 F=0 , F=0 , 動(dòng)點(diǎn)動(dòng)點(diǎn)P P在圓弧上在圓弧上 F0 , F0 , 動(dòng)點(diǎn)動(dòng)點(diǎn)P”P”在圓弧在圓弧內(nèi)內(nèi)X Y B(xe,ye) P P P P” A(xo,yo)坐標(biāo)進(jìn)給：坐標(biāo)進(jìn)給：為了實(shí)現(xiàn)第一象限逆時(shí)針?lè)较虻膱A弧插補(bǔ)為了實(shí)現(xiàn)第一象限逆時(shí)針?lè)较虻膱A弧插補(bǔ), ,顯然當(dāng)：顯然當(dāng)：當(dāng)當(dāng)F0F0時(shí)，向時(shí)，向-X-X走一步；走一步； 當(dāng)當(dāng)F F0 0時(shí)，向時(shí)，向+Y+Y走一步。走一步。 每走一步后，計(jì)算一次判別函數(shù)，作為

44、下一步每走一步后，計(jì)算一次判別函數(shù)，作為下一步進(jìn)給的判別標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行一項(xiàng)終點(diǎn)判斷。進(jìn)給的判別標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行一項(xiàng)終點(diǎn)判斷。49偏差計(jì)算：偏差計(jì)算： 沿沿-X-X走一步走一步12 )() 1(,2222, 1ijioojijixFyxyxF1111NNyyxxjjii)()(2222oojiyxyxF B(xB(xe,y ,ye) ) P P (xi,yj) P (xP (xi+1i+1,y ,yj+1j+1) ) A(x A(xo,y ,yo) )5012 )() 1(,22221,jjioojijiyFyxyxF沿沿+Y+Y走一步走一步: :)()(2222oojiyxyxF B(xB(xe

45、 e,y ,ye e) ) P (xP (xi+1i+1,y ,yj+1j+1) ) P P (xi i,yj j) A(x A(xo o,y ,yo o) )1111NNyyxxjjii51終點(diǎn)判別：終點(diǎn)判別： 把每個(gè)程序段中的總步數(shù)求出來(lái)，即把每個(gè)程序段中的總步數(shù)求出來(lái)，即: :N=|Xe-XN=|Xe-X0 0|+|Ye-Y|+|Ye-Y0 0| | 每走一步，進(jìn)行每走一步，進(jìn)行N-1N-1，直到，直到N=0N=0時(shí)為止。時(shí)為止。例例2 2 加工第一象限逆圓加工第一象限逆圓ABAB弧，設(shè)起終點(diǎn)坐標(biāo)為弧，設(shè)起終點(diǎn)坐標(biāo)為A(5,1)A(5,1)，B(1,5)B(1,5)，脈沖當(dāng)量為，脈沖當(dāng)量

46、為xxyy1 1，試給出，試給出逐點(diǎn)比較插補(bǔ)運(yùn)算表，并畫出插補(bǔ)軌跡圖。逐點(diǎn)比較插補(bǔ)運(yùn)算表，并畫出插補(bǔ)軌跡圖。解：解：N=|Xe-XN=|Xe-X0 0|+|Ye-Y|+|Ye-Y0 0| |=|1-5|+|5-1|=8=|1-5|+|5-1|=85212 1, 0,1,1jjijiijyFFyyyF12, 0, 1ijijii1ixFF 1-xxx,F5312 1, 0,1,1jjijiijyFFyyyF12, 0, 1ijijii1ixFF 1-xxx,F54A(1,5)A(1,5)O(0,0)O(0,0)X XY YA(5,1)A(5,1)55圓圓弧弧插插補(bǔ)補(bǔ)軟軟件件流流程程圖圖563 3

47、）逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的象限處理）逐點(diǎn)比較插補(bǔ)的象限處理四象限直線插補(bǔ)：四象限直線插補(bǔ)： 前面研究的直線插補(bǔ)運(yùn)算公式，只適用于前面研究的直線插補(bǔ)運(yùn)算公式，只適用于第第1 1象限的直線，對(duì)于第象限的直線，對(duì)于第2 2，3 3，4 4象限，由于控象限，由于控制方向不同，偏差函數(shù)有所不同。制方向不同，偏差函數(shù)有所不同。eji,j1,ii1iyFF1xxx,exFF1yyy,ji,1ji,j1j57四象限圓弧插補(bǔ)：四象限圓弧插補(bǔ)： 前述為第前述為第1 1象限的逆圓插補(bǔ)計(jì)算，對(duì)于第象限的逆圓插補(bǔ)計(jì)算，對(duì)于第2 2，3 3，4 4象限，由于圓弧方向和控制方向不同，偏象限，由于圓弧方向和控制方向不同，偏差函數(shù)有所不

48、同，歸納計(jì)有差函數(shù)有所不同，歸納計(jì)有8 8種情況。種情況。12xFF1xxx,iji,j1,ii1i12yFF1yyy,iji,1ji,j1j5812xFF1xxx,iji,j1,ii1i12yFF1yyy,iji,1ji,j1j四象限圓弧插補(bǔ)：四象限圓弧插補(bǔ)：59 DDADDA插補(bǔ)法是用數(shù)字積分的方法計(jì)算刀具沿插補(bǔ)法是用數(shù)字積分的方法計(jì)算刀具沿各坐標(biāo)軸的位移脈沖。各坐標(biāo)軸的位移脈沖。它也是靠控制增量間的關(guān)它也是靠控制增量間的關(guān)系來(lái)控制軌跡，其特點(diǎn)是系來(lái)控制軌跡，其特點(diǎn)是用控制增量速率來(lái)控制用控制增量速率來(lái)控制增量間的關(guān)系。增量間的關(guān)系。又稱數(shù)字微分分析（又稱數(shù)字微分分析（DDADDA）法法.

49、 . 設(shè)曲線設(shè)曲線xf(t)，那么它所包括的面積為：，那么它所包括的面積為：tmiiittfdttfS00)()( 若：取若：取t最小單位為最小單位為1，那么：，那么：tmiimiiixttfdttfS000)()(4. 4.數(shù)字積分法（數(shù)字積分法（DDADDA法）法）60 如果把如果把xi近似看作是按一定速率的增量，近似看作是按一定速率的增量，即即xi=Vit，那么，那么m1iiXXt0jm1jjt0it0im1ii(t)dtVtVY(t)dtVdtVtVX 從數(shù)字積分的角度看，一個(gè)變量可以看作它從數(shù)字積分的角度看，一個(gè)變量可以看作它本身的一些微量的累加。如：本身的一些微量的累加。如：61

50、tVYtVXYX KYVXVOAVeyex tKYYtKXXee 1 1） DDADDA直線插補(bǔ)直線插補(bǔ) （1 1）原理：）原理：積分過(guò)程可用微小量的累加近似：積分過(guò)程可用微小量的累加近似：XYA(Xe,Ye)OVxVyV Y X由圖得：由圖得：則：則：62t0et0yt0et0 xdtKY(t)dtVYdtKX(t)dtVXX、Y方向的位移：方向的位移： （積分形式）（積分形式）XYA(Xe,Ye)OVxVyV Y X m1ieem1ieetmKYtYKYtmKXtXKX （累加形式）（累加形式） 其中，其中，m為累加次數(shù)（容量）取為整數(shù)，為累加次數(shù)（容量）取為整數(shù)，m=0m=02 2N N

51、-1-1，共，共2 2N N 次次( (N N為累加器位數(shù)為累加器位數(shù)) )。63m1iNem1iNe2YY2XX令令t =1:XYA(Xe,Ye)OVxVyV Y XmKYmKYYmKXmKXXeeeett mK =1，即即K=1/m=1/2NeeYX代回代回累加形式累加形式得：得：64（2 2）結(jié)論：）結(jié)論： 直線插補(bǔ)從始點(diǎn)走向終點(diǎn)的過(guò)程，可以看作直線插補(bǔ)從始點(diǎn)走向終點(diǎn)的過(guò)程，可以看作是各坐標(biāo)軸每經(jīng)過(guò)一個(gè)單位時(shí)間間隔，分別以增是各坐標(biāo)軸每經(jīng)過(guò)一個(gè)單位時(shí)間間隔，分別以增量量KXe即即Xe / 2N及及KYe即即Ye / 2N 同時(shí)累加的同時(shí)累加的過(guò)程。過(guò)程。 累加的結(jié)果為：累加的結(jié)果為：X=

52、Xe, Y=YeX=Xe, Y=YeDDADDA直線插補(bǔ)得實(shí)現(xiàn)直線插補(bǔ)得實(shí)現(xiàn)： 以以X Xe/2e/2N N 、y ye/2e/2N N ( (對(duì)二進(jìn)制數(shù)說(shuō)形式上即對(duì)二進(jìn)制數(shù)說(shuō)形式上即X Xe e、Y Ye e ) )作為被積函數(shù)，同時(shí)進(jìn)行積分作為被積函數(shù)，同時(shí)進(jìn)行積分( (累加累加) )，N N為累為累加器的位數(shù)加器的位數(shù)，當(dāng)累加值大于當(dāng)累加值大于2 2N N -1 -1時(shí)，便發(fā)生溢出，時(shí)，便發(fā)生溢出，而余數(shù)仍存放在累加器中。當(dāng)而余數(shù)仍存放在累加器中。當(dāng)累加次數(shù)累加次數(shù)m m 2 2N N時(shí)，時(shí)，到達(dá)終點(diǎn)。到達(dá)終點(diǎn)。 65（3 3）終點(diǎn)判別）終點(diǎn)判別 累加次數(shù)累加次數(shù)m m即插補(bǔ)循環(huán)數(shù)是否等

53、于即插補(bǔ)循環(huán)數(shù)是否等于2 2N N可作為可作為DDADDA法法直線插補(bǔ)判別終點(diǎn)的依據(jù)。直線插補(bǔ)判別終點(diǎn)的依據(jù)。 （4 4）插補(bǔ)積分器結(jié)構(gòu)：）插補(bǔ)積分器結(jié)構(gòu)： 二坐標(biāo)二坐標(biāo)DDA直線插補(bǔ)器包括直線插補(bǔ)器包括X積分器和積分器和Y積分積分器，每個(gè)積分器都由器，每個(gè)積分器都由被積函數(shù)寄存器被積函數(shù)寄存器JVX（速度寄存速度寄存器）和器）和累加器累加器JRX（余數(shù)寄存器）組成。余數(shù)寄存器）組成。 初始時(shí)，初始時(shí)，X被積函數(shù)寄存器存被積函數(shù)寄存器存Xe， Y被積函數(shù)被積函數(shù)寄存器存寄存器存Xe。如圖：如圖： 當(dāng)兩個(gè)積分累加器根據(jù)插補(bǔ)時(shí)鐘脈沖同步累當(dāng)兩個(gè)積分累加器根據(jù)插補(bǔ)時(shí)鐘脈沖同步累加時(shí)，用這些溢出脈沖數(shù)

54、（加時(shí)，用這些溢出脈沖數(shù)（最終最終X X坐標(biāo)坐標(biāo)XeXe個(gè)脈沖、個(gè)脈沖、Y Y坐標(biāo)坐標(biāo)YeYe個(gè)脈沖個(gè)脈沖）分別控制相應(yīng)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，加分別控制相應(yīng)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)，加工出要求的直線。工出要求的直線。66t t控制脈沖控制脈沖累加器累加器m m次次 & &被積寄存器被積寄存器J JVXVX(x (xe e) )x x積分累加器積分累加器J JRXRXx xy yx x軸溢出脈沖軸溢出脈沖 & &被積寄存器被積寄存器J JVYVY(y (ye e) )y y積分累加器積分累加器J JRYRYy y軸溢出脈沖軸溢出脈沖第第1 1象限象限直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)DDADDA積分器

55、結(jié)構(gòu)圖積分器結(jié)構(gòu)圖67例例1 1 插補(bǔ)第插補(bǔ)第1 1象限直線象限直線OE(0,0OE(0,0；11,7)11,7)，并畫出插補(bǔ)，并畫出插補(bǔ)軌跡圖。軌跡圖。解：根據(jù)終點(diǎn)坐標(biāo)，確定解：根據(jù)終點(diǎn)坐標(biāo)，確定N N4 4，累加次數(shù)，累加次數(shù)m m161668續(xù)前頁(yè)表續(xù)前頁(yè)表69XYE(11,7)O(0,0)70KXVYVRViYiXiYiXKXV,KYVm1iNim1iNi2XY2YX)(P(xi,yi) 圓弧插補(bǔ)時(shí)，是對(duì)圓弧插補(bǔ)時(shí)，是對(duì)切削點(diǎn)切削點(diǎn)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)坐標(biāo)坐標(biāo)Xi與與Yi的積分的積分累加。累加。2) DDA2) DDA法圓弧插補(bǔ)法圓弧插補(bǔ)(1)(1)原理：原理：DDADDA法圓弧插補(bǔ)的積分表達(dá)式法

56、圓弧插補(bǔ)的積分表達(dá)式如圖：如圖：N N2 21 1K K1,1, t t令：令：，則：，則：VVyVxABRXYO tVYtVXYX 71(2)(2)第第1 1象限逆圓插補(bǔ)象限逆圓插補(bǔ)DDADDA積分器結(jié)構(gòu)圖積分器結(jié)構(gòu)圖t t控制脈沖控制脈沖累加器累加器m m次次 & &被積寄存器被積寄存器JVX (yi)x x積分累加器積分累加器J JRXRX- -x x y y & &被積寄存器被積寄存器JVY (xi)y y積分累加器積分累加器J JRYRYY0X0+ +修正修正修正修正721) 各累加器的初值為零，各寄存器為起點(diǎn)坐標(biāo)值；各累加器的初值為零，各寄存器為起點(diǎn)

57、坐標(biāo)值；2) X被積函數(shù)寄存器存被積函數(shù)寄存器存Yi ,Y被積函數(shù)寄存器存被積函數(shù)寄存器存Xi，為動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)；為動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)；3) X Xi i 、 Y Yi i在積分過(guò)程中，在積分過(guò)程中，產(chǎn)生進(jìn)給脈沖產(chǎn)生進(jìn)給脈沖X X、Y Y時(shí)，要對(duì)相應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行減時(shí)，要對(duì)相應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行減1 1、加、加1 1的修正的修正；4) 4) DDADDA圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判別要有二個(gè)計(jì)數(shù)器，哪圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判別要有二個(gè)計(jì)數(shù)器，哪個(gè)坐標(biāo)終點(diǎn)到了，該坐標(biāo)就停止積分累加；個(gè)坐標(biāo)終點(diǎn)到了，該坐標(biāo)就停止積分累加；終點(diǎn)終點(diǎn)寄存器寄存器JEx=X0-Xe，JEy=Ye-y05) 與與DDADDA直線插補(bǔ)一樣，直線插補(bǔ)一樣，JVX、JVY中為速

58、度寄存器中為速度寄存器( (3) 3) 圓弧圓弧DDADDA插補(bǔ)特點(diǎn)：插補(bǔ)特點(diǎn)：733) 3) 不同象限和方向的不同象限和方向的DDADDA插補(bǔ)控制插補(bǔ)控制 （P184P184表表4 48 8，4 49 9）例例2 2 用用DDADDA插補(bǔ)法運(yùn)算第插補(bǔ)法運(yùn)算第1 1象限圓弧象限圓弧AB(5,0AB(5,0；0,5)0,5)，并畫出插補(bǔ)軌跡圖。并畫出插補(bǔ)軌跡圖。解：根據(jù)起終點(diǎn)坐標(biāo)，確定解：根據(jù)起終點(diǎn)坐標(biāo)，確定N N3 3，累加次數(shù)，累加次數(shù)m m8 8動(dòng)態(tài)值動(dòng)態(tài)值74減減1 1修正修正75XY4) DDA4) DDA插補(bǔ)的特點(diǎn)插補(bǔ)的特點(diǎn) DDA DDADigital Digital Differ

59、ential Differential Analyzer Analyzer特點(diǎn)：特點(diǎn)：1)1)運(yùn)算速度快；運(yùn)算速度快；2)2)脈沖分配均勻；脈沖分配均勻；3)3)易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)；易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)； 例例2 DDA2 DDA插補(bǔ)軌跡圖插補(bǔ)軌跡圖 1 2 3 4 5 1 2 3 4 55 54 43 32 21 1 763.33.3 CNCCNC的刀補(bǔ)控制原理的刀補(bǔ)控制原理1 1、刀具補(bǔ)償：、刀具補(bǔ)償： 是是補(bǔ)償補(bǔ)償實(shí)際加工時(shí)所用的刀具與編程時(shí)使實(shí)際加工時(shí)所用的刀具與編程時(shí)使用的理想刀具或?qū)Φ稌r(shí)使用的基準(zhǔn)刀具之間用的理想刀具或?qū)Φ稌r(shí)使用的基準(zhǔn)刀具之間的的偏差值偏差值，保證加工零件符合圖紙要求

60、的一，保證加工零件符合圖紙要求的一種處理方法。種處理方法。一、刀具補(bǔ)償?shù)母拍钜?、刀具補(bǔ)償?shù)母拍? 2、刀具補(bǔ)償?shù)囊饬x：、刀具補(bǔ)償?shù)囊饬x：1) 1) 編程是對(duì)編程是對(duì)“點(diǎn)點(diǎn)”的控制，的控制，實(shí)際實(shí)際刀具刀具( (尖尖) )有尺寸；有尺寸；2) 2) 編程時(shí)可以按刀尖或刀架編程時(shí)可以按刀尖或刀架( (具具) )中心編制；中心編制；3) 3) 刀具磨損、換刀帶來(lái)加工輪廓的失真；刀具磨損、換刀帶來(lái)加工輪廓的失真；4) 4) 粗加工時(shí)加工余量通過(guò)修改偏置參數(shù)實(shí)現(xiàn)。粗加工時(shí)加工余量通過(guò)修改偏置參數(shù)實(shí)現(xiàn)。77刀具補(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償?shù)毒叩膸缀窝a(bǔ)償?shù)毒叩膸缀窝a(bǔ)償 （T TXXXXXXXX實(shí)現(xiàn)）實(shí)現(xiàn)）刀具刀具( (尖尖) )圓弧半徑補(bǔ)償圓弧半徑補(bǔ)償 （G41G41、G42G4