數(shù)控編程與實(shí)訓(xùn)2

1、任務(wù)2 了解數(shù)控機(jī)床的工作原理任務(wù)導(dǎo)入1知識(shí)準(zhǔn)備2任務(wù)實(shí)施33實(shí)訓(xùn)內(nèi)容44學(xué)習(xí)目標(biāo)了解計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的工作流程，熟悉刀具補(bǔ)償原理，掌握插補(bǔ)的概念及用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)直線和圓弧的過程。2.1 任務(wù)導(dǎo)入圖2.1 任務(wù)1圖圖2.2 任務(wù)2圖（1）如圖2.1所示，用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)直線OA，畫出動(dòng)點(diǎn)軌跡圖。（2）如圖2.2所示，用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)圓弧AB，畫出動(dòng)點(diǎn)軌跡圖。2.2 知識(shí)準(zhǔn)備計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的工作流程 刀具補(bǔ)償原理 插補(bǔ)原理 2.2.1 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的工作流程 1計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的組成 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)簡稱CNC系統(tǒng)，它由零件加工程序，輸入輸出設(shè)備，CNC裝置，可編程序控制器，主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)

2、裝置等組成。 2計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的工作過程 （1）CNC裝置的組成 CNC裝置由硬件和軟件組成，軟件在硬件的支持下運(yùn)行，離開軟件，硬件便無法工作，兩者缺一不可。 硬件組成 軟件組成 （2）CNC裝置的工作過程 3CNC裝置可執(zhí)行的功能 （1）基本功能 控制功能 主軸功能準(zhǔn)備功能 輔助功能插補(bǔ)功能 字符顯示功能進(jìn)給功能 自診斷功能刀具功能 補(bǔ)償功能及固定循環(huán)功能 （2）選擇功能 圖形顯示功能 通信功能 人機(jī)對(duì)話編程功能 2.2.2 刀具補(bǔ)償原理 數(shù)控系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償功能主要是為簡化編程，方便操作而設(shè)置的，包括刀具半徑補(bǔ)償和刀具長度補(bǔ)償。 1刀具半徑補(bǔ)償 （1）刀具半徑補(bǔ)償?shù)母拍睿?）刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)

3、行過程刀補(bǔ)建立刀補(bǔ)進(jìn)行刀補(bǔ)撤消 （3）B功能刀具半徑補(bǔ)償 B功能刀具半徑補(bǔ)償為基本的刀具半徑補(bǔ)償，它僅根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，計(jì)算刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡。 C刀補(bǔ)能自動(dòng)地處理兩個(gè)程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，編程人員可完全按工件的輪廓編程。 下圖所示為直線與直線連接時(shí)各種轉(zhuǎn)接的情況，編程軌跡為OAAF。 （4）C功能刀具半徑補(bǔ)償2刀具長度補(bǔ)償?shù)母拍?長度補(bǔ)償是用來補(bǔ)償?shù)毒唛L度差額的一種功能。當(dāng)?shù)毒吣p或更換后，加工程序不變，只須修改數(shù)控機(jī)床中刀具長度補(bǔ)償?shù)臄?shù)值，通過刀具長度補(bǔ)償這一功能實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具長度差額的補(bǔ)償。2.2.3 插補(bǔ)原理（）插補(bǔ)的基本概念 插補(bǔ)就是按規(guī)定的函數(shù)曲線或直線，對(duì)其

4、起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，按照一定的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化計(jì)算和填充，并給出相應(yīng)的位移量，使其實(shí)際軌跡和理論軌跡之間的誤差小于一個(gè)脈沖當(dāng)量的過程。1概述（2）插補(bǔ)方法的分類 脈沖增量插補(bǔ) 脈沖增量插補(bǔ)亦稱行程增量插補(bǔ)，它適應(yīng)于以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 數(shù)字增量插補(bǔ) 特點(diǎn)是插補(bǔ)運(yùn)算分兩步完成。第一步是粗插補(bǔ)，即在給定起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線之間插入若干點(diǎn)，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相等，且與給定的進(jìn)給速度有關(guān)，粗插補(bǔ)在每個(gè)插補(bǔ)運(yùn)算周期中計(jì)算一次。第二步為精插補(bǔ)，它是在粗插補(bǔ)時(shí)算出的每一微小直線段上再做“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作，這一步相當(dāng)于對(duì)直線的脈沖增量插補(bǔ)。這種插補(bǔ)算法可以實(shí)現(xiàn)

5、高速、高精度控制，因此適于以直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的半閉環(huán)或閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 3逐點(diǎn)比較法 每控制機(jī)床坐標(biāo)進(jìn)給一步，都要完成四個(gè)工作節(jié)拍: 偏差判別 坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別 （）直線插補(bǔ)以第一象限直線段為例。用戶編程時(shí)，給出要加工直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)。如果以直線的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)坐標(biāo)為（Xe,Ye），插補(bǔ)點(diǎn)坐標(biāo)為（X，Y），如右圖所示，則以下關(guān)系成立： 若點(diǎn)（X，Y）在直線上，則 XeY - YeX = 0 若點(diǎn)（X，Y）位于直線上方，則Xe Y- Ye X0若點(diǎn)（X，Y）位于直線下方，則 XeY - Ye X0 因此取偏差函數(shù)F = XeY - YeX。 判別函數(shù)F的計(jì)算實(shí)際上

6、是由以下遞推迭加的方法實(shí)現(xiàn)的。 設(shè)點(diǎn)（Xi，Yi）為當(dāng)前所在位置，其F值為F = XeYi -YeXi若沿+X方向走一步，則Xi+1=Xi+1 Yi+1=YiFi+1=XeYi+1Ye Xi+1=XeYiYe(Xi+1) = FiYe若沿+Y方向走一步，則Xi+1=Xi Yi+1=Yi+1Fi+1=XeYi+1Ye Xi+1=Xe(Yi +1)YeYi= Fi+Xe由逐點(diǎn)比較法的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可知，插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)總步數(shù)n = Xe+Ye，可以利用n來判別是否到達(dá)終點(diǎn)。每走一步使n = n - 1，直至n = 0為止。終上所述第一象限直線插補(bǔ)軟件流程如圖2.11所示。例如，插補(bǔ)直線段的起點(diǎn)為（0，0），終點(diǎn)

7、為（4，2），整個(gè)計(jì)算流程與節(jié)拍如表2.1所示。插補(bǔ)軌跡如圖2.12所示。表2.1 直線插補(bǔ)計(jì)算表節(jié)拍判別函數(shù)進(jìn)給方向偏差計(jì)算終點(diǎn)判別起始F0 = 0n = Xe + Ye = 61F0 = 0+XF1 = F0 - Ye =0-2= -2n = 6 - 1 = 52F1 = -2 0+XF3 = F2 - Ye = 2-2=0n = 4 - 1 = 34F3 = 0+XF4 = F3 - Ye = 0-2= -2n = 3 - 1 = 25F4 = -2 0+XF6 = F5 - Ye = 2-2= 0n = 1 - 1 = 0圖2.12 直線插補(bǔ)軌跡在插補(bǔ)計(jì)算中可以使坐標(biāo)值帶有符號(hào)，使插補(bǔ)

8、計(jì)算為有符號(hào)數(shù)學(xué)運(yùn)算，此時(shí)四個(gè)象限的直線插補(bǔ)偏差計(jì)算遞推公式見表2.2，也可以使坐標(biāo)值不帶符號(hào)，用坐標(biāo)的絕對(duì)值進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)偏差計(jì)算遞推公式見表2.3。（2）圓弧插補(bǔ) 以第一象限逆圓為例，圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)為（Xo，Yo），終點(diǎn)坐標(biāo)為（Xe，Ye），對(duì)于圓弧上任一點(diǎn)（Xi，Yi），有： Xi2 + Yi2= R2令 F =（Xi2 + Yi2）- R2為偏差函數(shù)。 當(dāng)F0時(shí)，該點(diǎn)在圓外，向-X方向運(yùn)動(dòng)一步；當(dāng)F0的情況，插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)始終沿著圓弧并向終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。與直線插補(bǔ)的判別類似，圓弧插補(bǔ)的判別計(jì)算可采用如下的迭加運(yùn)算。 設(shè)當(dāng)前點(diǎn)為（Xi，Yi），對(duì)應(yīng)的偏差函數(shù)為Fi =（Xi2 + Yi2）- R2當(dāng)點(diǎn)

9、沿-X方向走一步后Fi+1 =（Xi-1）2 + Yi2 - R2= Fi 2Xi + 1當(dāng)點(diǎn)沿+Y方向走一步后Fi +1 =Xi2 + (Yi+1)2 - R2= Fi + 2Yi + 1 終點(diǎn)判別可由n = | Xe - Xo | + | Ye - Yo | 判別，每走一步使n = n - 1，直至n = 0為止。其插補(bǔ)軟件流程如圖2.14所示。圖2.14 逐點(diǎn)比較法逆圓插補(bǔ)流程例如，插補(bǔ)起點(diǎn)（Xo = 4，Y o = 1）至終點(diǎn)（Xe = 1，Y e = 4）的一段圓弧，整個(gè)計(jì)算流程如表2.4所示，插補(bǔ)軌跡如圖2.15所示。表2.4 圓弧插補(bǔ)計(jì)算表節(jié)拍判別函數(shù)進(jìn)給方向偏差與坐標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判

10、別起始F0 = 0Xo = 4 Yo = 1n = Xe + Ye = 61F0 = 0-XX1=3 Y1=1F1 = F0 2X0 + 1 = -7n = 6 - 1 = 52F1= -7 0+YX2=3 Y2=2F2 = F1 + 2Y1 +1 = -4n = 5 - 1 = 43F2 =-4 0-XX4=2 Y4=3F4 = F3 2X3 + 1 = -4n = 3 - 1 = 25F4= -4 0-XX6=1 Y6= 4F6 = F5 2X5 + 1 = 0n = 1 - 1 = 0圖2.15 圓弧插補(bǔ)軌跡圖2.16分別給出了不同象限內(nèi)8種圓弧和4種直線的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)方式，據(jù)此可以得到表2

11、.5的進(jìn)給脈沖分配表。 （3）象限處理圖2.16 不同象限直線圓弧進(jìn)給方向 表2.5 象限與進(jìn)給脈沖分配對(duì)照線型脈沖象限和坐標(biāo)1234直線X+X+Y-X-YY+Y-X-Y+X順圓X-Y+X+Y-XY+X+Y-X-Y逆圓X-X-Y+X+YY+Y-X-Y+X表2.6 順圓逆圓偏差計(jì)算公式表F圓 弧F0進(jìn)給計(jì) 算 公 式進(jìn)給計(jì) 算 公 式SR1Y Fi+1 = Fi2Yi1 Xi+1 = Xi Yi+1 = Yi1X Fi+1 = Fi2Xi1 Xi+1 = Xi1 Yi+1 = YiSR3YXNR2YXNR4YXNR1X Fi+1 = Fi2Xi1 Xi+1 = Xi1 Yi+1 = YiY Fi+1 = Fi2Yi1 Xi+1 = Xi1 Yi+1 = YiNR3XYSR2XYSR4XY2.3 任務(wù)實(shí)施1任務(wù)1實(shí)施步驟（1）確定直線所在的象限。（2）參考表2.2或表2.