數(shù)控原理與系統(tǒng)概述

第五章數(shù)控原理與系統(tǒng)第一節(jié)概述第二節(jié)CNC的軌跡控制原理第四節(jié)進(jìn)給速度和加減速控制第五節(jié)CNC的輸入輸出與通信功能第三節(jié)刀具位置補償和半徑補償?shù)谝还?jié)概述一、CNC系統(tǒng)的構(gòu)成與功能二、CNC的硬件結(jié)構(gòu)三、CNC的軟件結(jié)構(gòu)一、CNC系統(tǒng)的構(gòu)成與功能1、數(shù)字控制的任務(wù)數(shù)控機床的任務(wù)，主要在于制造各種規(guī)定的幾何形狀。機械制造技術(shù)中，被加工零件的幾何形狀千變?nèi)f化，主要有回轉(zhuǎn)體零件和非回轉(zhuǎn)體零件。從控制技術(shù)觀點來分析各種加工方法時，主要著眼于幾何規(guī)律方面的控制。機械制造工藝中的數(shù)字控制就是使工件與刀具的相對運動形成規(guī)定的幾何軌跡，及一些輔助控制。機床數(shù)字控制的根本任務(wù)就是運動軌跡程量控制和開關(guān)量控制。總體采用G、M代碼和S、T、F等。柔性自動化要求CNC具有通信和DNC功能。市場個性化和適應(yīng)性要求CNC自身具有結(jié)構(gòu)上的開放性和功能上的可重構(gòu)性。2、CNC系統(tǒng)的組成。根據(jù)機床數(shù)字控制任務(wù)，CNC系統(tǒng)采用了計算機作為控制部件，通過常駐在其內(nèi)部的數(shù)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能，從而能對機床運動進(jìn)行實時控制。只要改變計算機的控制軟件就能實現(xiàn)一種新的控制方法，這是CNC的最大特點，其基本結(jié)構(gòu)組成如圖。圖中給出了整個機床計算機數(shù)控系統(tǒng)的組成框圖，是在通?？傮w考慮機床控制功能意義上的概念。實際的CNC可以不含伺服驅(qū)動和某些輸入輸出設(shè)備。3、CNC控制器一般的工作過程CNC的工作是在計算機硬件的支持下，執(zhí)行軟件控制功能的全過程。（1）輸入：輸入CNC控制器通常有零件程序、機床參數(shù)和補償數(shù)據(jù)。機床參數(shù)和除刀具尺寸外的補償數(shù)據(jù)一般在機床出廠或在用戶安裝調(diào)試時已設(shè)定好，所以主要是零件程序和刀具尺寸補償數(shù)據(jù)的輸入。輸入形式有光電閱讀機紙帶輸入、鍵盤輸入、磁盤輸入和連接上級計算機的DNC接口輸入。CNC輸入工作方式有存儲方式和NC方式，前者將整個零件程序全部輸入再調(diào)出，后者邊輸入邊加工。（2）譯碼譯碼處理是將零件程序的一個程序段作為單位進(jìn)行處理。譯碼處理將零件輪廓信息、進(jìn)給速度F和其他輔助信息（M、S、T）解釋后，存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)域。在譯碼過程中還要完成對程序段的語法檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警。（3）刀具補償：刀具補償是指刀具長度和刀具半徑的補償。刀具補償作用就是把零件輪廓軌跡按已定的刀具尺寸數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換成刀具中心軌跡。高檔CNC刀具補償還包括程序段之間的自動轉(zhuǎn)接和過切削判斷，即C刀具補償功能。（4）進(jìn)給速度處理：數(shù)控加工程序給定的刀具相對工件的移動速度是在各坐標(biāo)合成運動方向上的速度，即F代碼指令值。速度處理先按合成速度來計算各進(jìn)給運動坐標(biāo)方向的分速度，為插補時計算各進(jìn)給坐標(biāo)的行程量準(zhǔn)備。同時處理機床的最低和最高速度限制及自動加減速。（5）插補：要進(jìn)行軌跡加工，CNC必須從一條已知起點和終點的曲線上自動進(jìn)行“數(shù)據(jù)點密化”工作，此即所謂插補。插補是在規(guī)定的周期內(nèi)執(zhí)行一次，即在每個周期內(nèi)，按指令進(jìn)給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段，經(jīng)過若干插補周期后，完成一個程序段加工。（6）位置控制：位置控制是處在伺服回路的位置環(huán)上，如圖。其主要工作是在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電動機。這部分工作可由硬件或軟件來完成，通常還要完成位置回路的增益調(diào)整、各坐標(biāo)方向的螺距誤差補償和反向間隙補償。（7）I/O處理：主要是指CNC與機床之之間電氣信號號的輸入、輸輸出處理和控控制。（8）顯示：：為操作者提提供方便，包包括：零件程程序、參數(shù)、、刀具位置、、機床狀態(tài)、、報警信息等等顯示。有些CNC還還有刀具加工工軌跡的靜態(tài)態(tài)和動態(tài)圖形形顯示。（9）診斷：：自動故障診斷斷是現(xiàn)代CNC所必須具具備的功能，，通常有聯(lián)機機診斷和脫機機診斷兩種功功能。聯(lián)機診斷是指指CNC中的的自診斷程序序，融合在各各個部分，隨隨時檢查不正正常的事件。。脫機診斷是在在CNC不工工作情況下的的診斷，通過過配備的各種種脫機診斷程程序?qū)Υ鎯ζ髌?、外圍設(shè)備備接口和I/O接口進(jìn)行行檢查。脫機診斷也可可采用遠(yuǎn)程通通信方式進(jìn)行行，即所謂的的遠(yuǎn)程診斷。。遠(yuǎn)程診斷是把把用戶的CNC通過網(wǎng)絡(luò)絡(luò)與遠(yuǎn)程通信信診斷中心的的計算機相連連，由診斷中中心計算機對對CNC進(jìn)行行診斷、故障障定位和修復(fù)復(fù)CNC的的工作內(nèi)內(nèi)容和過過程概括括為如圖圖表示。。4、CNC控制制器的功功能CNC控控制器的的功能通通常包括括基本功功能和選選擇功能能。（1）軸軸控制功功能：CNC可可控制的的和同時時控制的的軸數(shù)。。對于數(shù)控控機床運運動的軸軸有移動動軸和回回轉(zhuǎn)軸，，有基本本軸和附附加軸。?？刂戚S數(shù)數(shù)越多，，尤其是是同時控控制的軸軸數(shù)越多多，CNC控制制器就越越輔助，，多軸聯(lián)聯(lián)動的零零件程序序編制也也越困難難。（2）準(zhǔn)準(zhǔn)備功能能：也稱稱G功能能，用來來指令機機床運動動方式，，包括基基本移動動、平面面選擇、、準(zhǔn)備設(shè)設(shè)定、刀刀具補償償、固定定循環(huán)、、米英制制轉(zhuǎn)換等等指令。。（3）插插補功能能：CNC通通過軟件件插補實實現(xiàn)刀具具運動的的軌跡。。分為粗插插補和精精插補。。粗插補時時，軟件件每次插插補一個個小線段段數(shù)據(jù)。。精插補時時，伺服服接口根根據(jù)粗插插補的結(jié)結(jié)果，將將小線段段分成單單個脈沖沖輸出。。（4）進(jìn)進(jìn)給功能能：用F直接指指令各軸軸進(jìn)給速速度，包包括：①切削進(jìn)進(jìn)給速度度，以每每分鐘進(jìn)進(jìn)給的毫毫米數(shù)指指定。②同步進(jìn)進(jìn)給速度度，以主主軸每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進(jìn)給的的毫米數(shù)數(shù)規(guī)定，，主軸需需裝位置置編碼器器，目的的是便于于切螺紋紋。③快速進(jìn)進(jìn)給速度度，通過過參數(shù)設(shè)設(shè)定，用用G00指令。。④進(jìn)給倍倍率，通通過面板板上的進(jìn)進(jìn)給倍率率開關(guān)給給定。（5）主主軸功能能：就是指定定主軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的功功能，用用S代碼碼和其后后的數(shù)字字表示，，多為S4位，，單位為為r/min。。（6）輔輔助功能能：用來來指令主主軸的啟啟、停和和轉(zhuǎn)向；；切屑液液的開和和關(guān)；刀刀庫的啟啟、停等等，用M代碼的的2位數(shù)數(shù)。（7）刀刀具功能能和第二二輔助功功能：刀具功能能用來選選擇所需需刀具,用T的的2位或或4位數(shù)數(shù)表示。。第二輔助助功能指指定工作作臺分度度，用B代碼3位數(shù)表表示。（8）補補償功能能：一種是指指刀具尺尺寸補償償和程序序段自動動轉(zhuǎn)接，，以簡化化程序。。另一種是是指絲杠杠的螺距距誤差和和反向間間隙或者者熱變形形補償?shù)鹊?。?）字字符、圖圖形顯示示功能：：CNC控制器器可配置置單色或或彩色CRT，，通過軟軟件和接接口實現(xiàn)現(xiàn)字符和和圖形顯顯示。（10））自診斷斷功能：：為了防止止孤殘的的發(fā)生或或擴大和和在故障障出現(xiàn)后后可迅速速查明故故障的類類型及部部位，以以減少故故障停止止時間而而設(shè)。診斷程序序一般都都可以包包含在系系統(tǒng)程序序中，在在運行過過程中進(jìn)進(jìn)行檢查查和診斷斷，也可可作服務(wù)務(wù)性程序序脫機診診斷。（11））通信功功能：CNC控控制器都都具有RS232通信信接口，，有的還還備有DNC接接口，還還有的CNC可可與MAP相連連，介入入工廠通通信網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。DNC設(shè)設(shè)有緩沖沖存儲器器，可以以數(shù)控格格式輸入入，也可可以二進(jìn)進(jìn)制格式式輸入，，進(jìn)行高高速傳輸輸。（12））人機交交互圖形形編程功功能：目的是進(jìn)進(jìn)一步提提高數(shù)控控機床的的開動率率和編程程效率。?？梢灾苯咏痈鶕?jù)藍(lán)藍(lán)圖輸入入簡單表表示的幾幾何尺寸寸生成程程序；可可以用對對話式編編程；可可以用宏宏程序編編程。二、CNC系統(tǒng)統(tǒng)的硬件件結(jié)構(gòu)CNC的的軟件功功能要有有相應(yīng)的的硬件水水準(zhǔn)來支支持。已有的或或常規(guī)的的CNC必須趨趨向開放放式的CNC。。1、常規(guī)規(guī)CNC的硬件件結(jié)構(gòu)（1）常常規(guī)CNC發(fā)展展的主要要形式，，大體上上有三種種：一種是總總線式模模塊化結(jié)結(jié)構(gòu)CNC，元元器件采采用了32位的的RISC（精精簡指令令集）芯芯片、數(shù)數(shù)學(xué)協(xié)處處理器及及閃爍存存儲器等等；用于多軸軸控制高高檔數(shù)控控機床。。第二種是是以單板板或?qū)Ｓ糜眯酒凹澳０褰M組成結(jié)構(gòu)構(gòu)緊湊的的CNC。大量用于于中檔和和經(jīng)濟型型數(shù)控機機床。第三種是是基于通通用計算算機（PC或IPC））基礎(chǔ)上上開發(fā)的的CNC。其優(yōu)點是是可以充充分利用用通用計計算機豐豐富的軟軟件資源源，而且且可以隨隨著計算算機硬件件的升級級而升級級。前兩種類類型相對對第三種種可稱為為專用結(jié)結(jié)構(gòu)的計計算機，，其特點點是硬件件印制板板是制造造廠專門門設(shè)計制制造的，，不具有有通用性性。第三種的的硬件通通常無需需專門設(shè)設(shè)計，只只要裝入入不同的的控制軟軟件，便便可構(gòu)成成不同類類型的CNC，，通用性性大，易易于維修修。（2）單單微處理理器結(jié)構(gòu)構(gòu)：是CNC發(fā)展初初期采用用的結(jié)構(gòu)構(gòu)，由于于只有一一個微處處理器能能控制系系統(tǒng)總線線，占有有總線資資源，CNC的的各個任任務(wù)都以以集中控控制、分分時處理理的方式式完成。。如圖為單單微處理理器結(jié)構(gòu)構(gòu)CNC框圖，，其中微微處理器器CPU是CNC的核核心，主主要由運運算器和和控制器器組成，，完成對對數(shù)據(jù)的的算術(shù)和和邏輯運運算以及及系統(tǒng)操操作的控控制。（3）多多微處理理器結(jié)構(gòu)構(gòu)CNC的的多微處處理器結(jié)結(jié)構(gòu)是指指在系統(tǒng)統(tǒng)中有兩兩個或兩兩個以上上的微處處理器能能控制系系統(tǒng)總線線、或主主存儲器器進(jìn)行工工作的系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)。具體有緊緊耦合和和松耦合合兩種結(jié)結(jié)構(gòu)型式式。所謂緊耦耦合，是是指兩個個或兩個個以上的的微處理理器構(gòu)成成的處理理部件之之間采用用緊耦合合，有集集中的操操作系統(tǒng)統(tǒng)，共享享資源。。所謂送耦耦合，是是指兩個個或兩個個以上的的微處理理器構(gòu)成成的功能能模塊之之間采用用松耦合合，有多多重操作作系統(tǒng)有有效地實實現(xiàn)并行行處理。。1）多微微處理器器CNC的典型型結(jié)構(gòu)①共享總總線結(jié)構(gòu)構(gòu)，如圖圖。②共享存存儲器結(jié)結(jié)構(gòu)，如如圖。2）多微微處理器器的CNC的基基本功能能模塊主要有以以下六種種基本功功能模塊塊：①CNC管理模模塊。包包括初始始化、中中斷管理理、總線線裁決、、系統(tǒng)出出錯識別別和處理理、系統(tǒng)統(tǒng)硬件與與軟件診診斷等。。②CNC插補模模塊。完完成插補補前的預(yù)預(yù)處理，，然后進(jìn)進(jìn)行插補補計算，，給定各各坐標(biāo)軸軸的位置置值。③位置控控制模塊塊。④PLC(PMC)模模塊。零零件程序序中的開開關(guān)量（（S、M、T））和機床床面板來來的信號號在這個個模塊中中進(jìn)行邏邏輯處理理。⑤命令與與數(shù)據(jù)輸輸入輸出出和顯示示模塊。。⑥存儲器器模塊。。這是程程序和數(shù)數(shù)據(jù)的主主存儲器器，或是是功能模模塊間數(shù)數(shù)據(jù)傳送送用的共共享存儲儲器。2、開放放式CNC的硬硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)對數(shù)控系系統(tǒng)的柔柔性和通通用性的的要求主主要體現(xiàn)現(xiàn)在：根據(jù)不同同的加工工需求迅迅速、高高效、經(jīng)經(jīng)濟地構(gòu)構(gòu)筑面向向客戶的的控制系系統(tǒng)；減少數(shù)控控機床生生產(chǎn)廠對對控制系系統(tǒng)供應(yīng)應(yīng)商的高高依賴性性；大幅度降降低維護(hù)護(hù)和培訓(xùn)訓(xùn)成本；；改變目前前數(shù)控系系統(tǒng)的封封閉型設(shè)設(shè)計，以以適應(yīng)未未來車間間面向任任務(wù)惡化化訂單的的生產(chǎn)組組織模式式，使底底層生產(chǎn)產(chǎn)控制系系統(tǒng)的集集成更為為簡便和和有效。。為此，必必須重新新審視原原有控制制系統(tǒng)的的設(shè)計模模式，建建立新的的開放型型的系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計框框架，使使數(shù)控系系統(tǒng)向模模塊化、、平臺化化、工具具化和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)發(fā)展。國外，數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)開放性性在技術(shù)術(shù)上體現(xiàn)現(xiàn)為平臺臺技術(shù)和和面向應(yīng)應(yīng)用功能能單元的的系統(tǒng)參參考結(jié)構(gòu)構(gòu)。美國1981年年開始的的NDD(NextGenerationalController)計劃，，最終形形成了一一份開放放式系統(tǒng)統(tǒng)體系結(jié)結(jié)構(gòu)規(guī)范范SOSAS。。1994年又開開始了OMAC(OpenModularArchitectureSystems)項項目的研研究。歐共體于于1992年在在ESPRIT框架內(nèi)內(nèi)，開始始了OSACA(OpenSystemArchitectureforControlsWithinAutomationSystems)項目的的研究，，1994年完完成了定定義，1996年完成成了原型型系統(tǒng)的的開發(fā)。。1990年日本本的IMS中，，對CNC要求求標(biāo)準(zhǔn)化化和智能能化。（1）開開放式CNC的的定義參照IEEE對對開放式式系統(tǒng)的的規(guī)定：：一個真真正意義義上的開開放式數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)必須具具備不同同應(yīng)用程程序能協(xié)協(xié)調(diào)地運運行于系系統(tǒng)平臺臺上的能能力，提供面向向功能的的動態(tài)重重構(gòu)工具具，同時時提供統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化的應(yīng)應(yīng)用程序序用戶界界面，具具有以下下特征：：1）可互互操作性性（Interoperability））：指不同的的應(yīng)用程程序模塊塊通過標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的的應(yīng)用程程序接口口運行于于系統(tǒng)平平臺之上上，不同模塊塊之間保保持平等等的相互互操作能能力，協(xié)協(xié)調(diào)工作作。這一特征征要求提提供標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化的接接口、通通訊和交交互模型型。2）可移移植性（（Portability））：指不同的的應(yīng)用程程序模塊塊可運行行于不同同供應(yīng)商商提供的的系統(tǒng)平平臺之上上。這一特征征解決CNC軟軟件的公公用問題題；要求設(shè)計計的軟件件與設(shè)備備無關(guān)性性，即通通過統(tǒng)一一的應(yīng)用用程序接接口，完完成對設(shè)設(shè)備的控控制。3）可縮縮放性（（Scalability））：指增增加和減減少系統(tǒng)統(tǒng)功能僅僅表現(xiàn)為為特定模模塊單元元的裝載載和卸載載。4）可相相互替代代性(Interchangeability)：指不不同性能能與可靠靠性和不不同功能能能力的的功能模模塊可相相互替代代。一個開放放式CNC的開開放性體體現(xiàn)在：：提供標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化環(huán)境境的基礎(chǔ)礎(chǔ)平臺，，允許不同同開發(fā)商商所提供供不同功功能的軟軟、硬件件模塊介介入，以以構(gòu)成滿滿足不同同需求的的CNC。開放式數(shù)數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)是從全全新的角角度分析析和實現(xiàn)現(xiàn)數(shù)控的的功能，，強調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)對控制制需求的的可重構(gòu)構(gòu)性和透透明性，，以及系統(tǒng)統(tǒng)功能面面向多供供應(yīng)商。。（2）基基于PC(或IPC)開放式式CNC的硬件件配置形形式1）基于于PC的的有限開開放CNC大多通過過改造原原有CNC系統(tǒng)統(tǒng)的接口口，使CNC系系統(tǒng)能與與PC互互連，由由PC承承擔(dān)CNC人機機界面功功能。具具體有①PC連接型型CNC如圖,是將現(xiàn)現(xiàn)有CNC與PC用串串行線直直接相連連而構(gòu)成成。②PC內(nèi)藏型型CNC，如圖圖。在CNC內(nèi)部加加裝PC，PC與CNC之間間用專用用總線連連接。2）基于于PC的的可開放放CNC是在通用用PC機機的擴展展槽中加加入專用用CNC卡而成成，也稱稱CNC內(nèi)藏型型。專用CNC卡包包括加工工軌跡生生成等幾幾乎所有有的CNC處理理功能。。三、CNC的軟軟件結(jié)構(gòu)構(gòu)1、CNC中軟軟、硬硬件界界面與與數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)換換在CNC系系統(tǒng)中中，軟軟件和和硬件件在邏邏輯上上是等等價的的，即即由硬硬件完完成的的工作作原則則上也也可由由軟件件完成成。2、CNC系統(tǒng)統(tǒng)的多多任務(wù)務(wù)并行行處理理與實實時中中斷處處理CNC的多多任務(wù)務(wù)表現(xiàn)現(xiàn)在他他的軟軟件必必須完完成管管理和和控制制兩大大任務(wù)務(wù)。系統(tǒng)管管理包包括：：輸入入、I/O處理理、顯顯示、、診斷斷。系統(tǒng)控控制包包括：：譯碼碼、刀刀具補補償、、速度度處理理、插插補、、位置置控制制。如如圖。。所謂并并行處處理，，是指指計算算機在在同一一時刻刻或同同一時時間間間隔內(nèi)內(nèi)完成成兩種種或兩兩種以以上相相同或或不同同的工工作。。并行處處理方方法有有資源源重復(fù)復(fù)、時時間重重疊和和資源源分時時共享享等處處理方方法。。CNC系統(tǒng)統(tǒng)的中中斷管管理主主要靠靠硬件件完成成，中中斷類類型有有：①外部部中斷斷。②內(nèi)部部定時時中斷斷。③硬件件故障障中斷斷。④程序序性中中斷。。3、常常規(guī)CNC的軟軟件結(jié)結(jié)構(gòu)CNC的軟軟件結(jié)結(jié)構(gòu)決決定于于系統(tǒng)統(tǒng)采用用的中中斷結(jié)結(jié)構(gòu)。。常規(guī)的的CNC中中，已已有的的結(jié)構(gòu)構(gòu)模式式有中中斷型型結(jié)構(gòu)構(gòu)和前前后臺臺型結(jié)結(jié)構(gòu)。。（1））中斷斷型結(jié)結(jié)構(gòu)模模式此類型型的結(jié)結(jié)構(gòu)特特點是是除了了初始始化程程序之之外，，整個個系統(tǒng)統(tǒng)軟件件的各各種任任務(wù)模模塊分分別安安排在在不同同級別別的中中斷服服務(wù)程程序中中，整整個軟軟件就就是一一個大大的多多重中中斷系系統(tǒng)。。其管理理功能能主要要通過過各級級中斷斷程序序之間間的相相互通通信安安排來來實現(xiàn)現(xiàn)。如FANUE-BESK7CMCNC系統(tǒng)統(tǒng)的軟軟件結(jié)結(jié)構(gòu)就就是一一個典典型的的中斷斷型結(jié)結(jié)構(gòu)。。（2））前后后型結(jié)結(jié)構(gòu)模模式這種軟軟件的的結(jié)構(gòu)構(gòu)特點點是前前臺程程序為為一個個中斷斷服務(wù)務(wù)程序序，它它幾乎乎承擔(dān)擔(dān)了全全部實實時的的功能能，而后臺臺程序序或背背景程程序只只是完完成管管理功功能和和非實實時性性任務(wù)務(wù)（如如插補補準(zhǔn)備備）。。后臺程程序是是一個個循環(huán)環(huán)運行行的程程序，，在其其運行行過程程中，，前臺臺實時時中斷斷程序序不斷斷插入入，與與后臺臺程序序相配配合，，共同同完成成零件件加工工任務(wù)務(wù)。如美國國A-B7360CNC軟軟件即即為此此結(jié)構(gòu)構(gòu)模式式。4、開開放式式CNC的的軟件件結(jié)構(gòu)構(gòu)根據(jù)開開放式式控制制系統(tǒng)統(tǒng)的要要求，，除它它的硬硬件要要采用用基于于標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)總線線的公公用的的模塊塊化設(shè)設(shè)計外外，其軟件件應(yīng)采采用平平臺技技術(shù)、、統(tǒng)一一的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)規(guī)范和和面向向功能能元拓拓樸結(jié)結(jié)構(gòu)的的應(yīng)用用軟件件，以以保證證系統(tǒng)統(tǒng)具有有開放放的基基本特特征。。第二節(jié)節(jié)機機床數(shù)數(shù)控裝裝置的的插補補原理理1插補補的基基本概概念數(shù)控系系統(tǒng)根根據(jù)零零件輪輪廓線線型的的有限限信息息，計計算出出刀具具的一一系列列加工工點、、用基基本線線型擬擬合，，完成成所謂謂的數(shù)數(shù)據(jù)““密化化”工工作。。插補有有二層層意思思：一是用用小線線段逼逼近產(chǎn)產(chǎn)生基基本線線型（（如直直線、、圓弧弧等））；二是用用基本本線型型擬合合其它它輪廓廓曲線線。插補運運算具具有實實時性性，直直接影影響刀刀具的的運動動。插插補運運算的的速度度和精精度是是數(shù)控控裝置置的重重要指指標(biāo)。。插補補原理理也叫叫軌跡跡控制制原理理。五五坐標(biāo)標(biāo)插補補加工工仍是是國外外對我我國封封鎖的的技術(shù)術(shù)。下面以以基本本線型型直線線、圓圓弧生生成為為例，，論述述插補補原理理。2插插補方方法的的分類類1.基基準(zhǔn)脈脈沖插插補每次插插補結(jié)結(jié)束僅僅向各各運動動坐標(biāo)標(biāo)軸輸輸出一一個控控制脈脈沖，，各坐坐標(biāo)僅僅產(chǎn)生生一個個脈沖沖當(dāng)量量或行行程的的增量量。脈脈沖序序列的的頻率率代表表坐標(biāo)標(biāo)運動動的速速度，，而脈脈沖的的數(shù)量量代表表運動動位移移的大大小。?；鶞?zhǔn)準(zhǔn)脈沖沖插補補的方方法很很多，，如逐逐點比比較法法、數(shù)數(shù)字積積分法法、脈脈沖乘乘法器器等。。2.數(shù)數(shù)據(jù)采采樣插插補采用時時間分分割思思想，，根據(jù)據(jù)編程程的進(jìn)進(jìn)給速速度將將輪廓廓曲線線分割割為每每個插插補周周期的的進(jìn)給給直線線段（（又稱稱輪廓廓步長長）進(jìn)進(jìn)行數(shù)數(shù)據(jù)密密化，，以此此來逼逼近輪輪廓曲曲線。。然后后再將將輪廓廓步長長分解解為各各個坐坐標(biāo)軸軸的進(jìn)進(jìn)給量量（一一個插插補周周期的的進(jìn)給給量）），作作為指指令發(fā)發(fā)給伺伺服驅(qū)驅(qū)動裝裝置。。該裝裝置按按伺服服檢測測采樣樣周期期采集集實際際位移移，并并反饋饋給插插補器器與指指令比比較，，有誤誤差運運動，，誤差差為零零停止止，從從而完完成閉閉環(huán)控控制。。數(shù)據(jù)采采樣插插補方方法有有：直直線函函數(shù)法法、擴擴展DDA、二二階遞遞歸算算法等等。3基準(zhǔn)準(zhǔn)脈沖沖插補補1逐逐點比比較法法這是早早期數(shù)數(shù)控機機床廣廣泛采采用的的方法法，又又稱代代數(shù)法法、醉醉步法法，適用于于開環(huán)環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)。1.插插補原原理及及特點點原理：每次次僅向向一個個坐標(biāo)標(biāo)軸輸輸出一一個進(jìn)進(jìn)給脈脈沖，，而每每走一一步都都要通通過偏偏差函函數(shù)計計算，，判斷斷偏差差點的的瞬時時坐標(biāo)標(biāo)同規(guī)規(guī)定加加工軌軌跡之之間的的偏差差，然然后決決定下下一步步的進(jìn)進(jìn)給方方向。。每個個插補補循環(huán)環(huán)由偏偏差判判別、、進(jìn)給給、偏偏差函函數(shù)計計算和和終點點判別別四個個步驟驟組成成。逐點比比較法法可以以實現(xiàn)現(xiàn)直線線插補補、圓圓弧插插補及及其它它曲線線插補補。特點：運算算直觀觀，插插補誤誤差不不大于于一個個脈沖沖當(dāng)量量，脈脈沖輸輸出均均勻，，調(diào)節(jié)節(jié)方便便。2.逐逐點比比較法法直線線插補補（1））偏差差函數(shù)數(shù)構(gòu)造造對于第第一象象限直直線OA上上任一一點P(X,Y):X/Y=Xe/Ye若刀具具加工工點為為Pi（Xi，Yi），則該點點的偏偏差函函數(shù)Fi可表示示為若Fi=0，表表示加加工點點位于于直線線上；；若Fi>0，表表示加加工點點位于于直線線上方方；若Fi<0，表表示加加工點點位于于直線線下方方。（2））偏差差函數(shù)數(shù)的遞遞推計計算采用偏偏差函函數(shù)的的遞推推式計計算，，既由前前一點點計算算后一一點YXF<0F>0Pi(Xi,Yi)Ae(Xe,Ye)OFi=YiXe-XiYe若Fi>=0，規(guī)規(guī)定向向+X方方向向走一一步Xi+1=Xi+1Fi+1=XeYi–Ye(Xi+1)=Fi-Ye若Fi<0，，規(guī)定定+Y方方向向走一一步，，則有有Yi+1=Yi+1Fi+1=Xe(Yi+1)-YeXi=Fi+Xe（3））終點點判別別直線插插補的的終點點判別別可采采用三三種方方法。。1）判判斷插插補或或進(jìn)給給的總總步數(shù)數(shù)：；；2）分分別判判斷各各坐標(biāo)標(biāo)軸的的進(jìn)給給步數(shù)數(shù)；3）僅僅判斷斷進(jìn)給給步數(shù)數(shù)較多多的坐坐標(biāo)軸軸的進(jìn)進(jìn)給步步數(shù)。。（4））逐點點比較較法直直線插插補舉舉例第一象象限直直線OA，，終點點Xe=6,Ye=4，，插補補從直直線起起點O開始始，故故F0=0。。終終點判判別是是判斷斷進(jìn)給給總步步數(shù)N=6+4=10，，將其其存入入終點點判別別計數(shù)數(shù)器中中，每每進(jìn)給給一步步減1，若若N=0，，則停停止插插補。。步數(shù)判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計算終點判別0

F0=0∑=101F=0+XF1=F0-ye=0-4=-4∑=10-1=92F<0+YF2=F1+xe=-4+6=2∑=9-1=83F>0+XF3=F2-ye=2-4=-2∑=8-1=74F<0+YF4=F3+xe=-2+6=4∑=7-1=65F>0+XF5=F4-ye=4-4=0∑=6-1=56F=0+XF6=F5-ye=0-4=-4∑=5-1=47F<0+YF7=F6+xe=-4+6=2∑=4-1=38F>0+XF8=F7-ye=2-4=-2∑=3-1=29F<0+YF9=F8+xe=-2+6=4∑=2-1=110F>0+XF10=F9-ye=4-4=0∑=1-1=0OA98754321610YX（4））逐點點比較較法直直線插插補舉舉例對于第第一象象限直直線OA，，終點點坐標(biāo)標(biāo)Xe=3,Ye=5，，插補補從直直線起起點O開始始，用用逐點比比較法法實現(xiàn)現(xiàn)該直直線的的插補補。步數(shù)判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計算終點判別0

F0=0∑=101F=0+XF1=F0-ye=0-4=-4∑=10-1=92F<0+YF2=F1+xe=-4+6=2∑=9-1=83F>0+XF3=F2-ye=2-4=-2∑=8-1=74F<0+YF4=F3+xe=-2+6=4∑=7-1=65F>0+XF5=F4-ye=4-4=0∑=6-1=56F=0+XF6=F5-ye=0-4=-4∑=5-1=47F<0+YF7=F6+xe=-4+6=2∑=4-1=38F>0+XF8=F7-ye=2-4=-2∑=3-1=29F<0+YF9=F8+xe=-2+6=4∑=2-1=110F>0+XF10=F9-ye=4-4=0∑=1-1=0OA98754321610YX3.逐逐點比比較法法圓弧弧插補補（1））偏差差函數(shù)數(shù)任意加加工點點Pi（Xi，Yi），，偏偏差差函函數(shù)數(shù)Fi可表表示示為為若Fi=0，，表表示示加加工工點點位位于于圓圓上上；；若Fi>0，，表表示示加加工工點點位位于于圓圓外外；；若Fi<0，，表表示示加加工工點點位位于于圓圓內(nèi)內(nèi)XYPi（Xi，Yi）ABF>0F<0（2））偏偏差差函函數(shù)數(shù)的的遞遞推推計計算算1））逆逆圓圓插插補補若F≥≥0，，規(guī)規(guī)定定向向-X方方向向走一一步步若Fi<0，，規(guī)規(guī)定定向向+Y方方向向走一一步步2））順順圓圓插插補補若Fi≥0，，規(guī)規(guī)定定向向-Y方方向向走一一步步若Fi<0，，規(guī)規(guī)定定向向+X方方向向走一一步步（3））終終點點判判別別1））判判斷斷插插補補或或進(jìn)進(jìn)給給的的總總步步數(shù)數(shù)：：2））分分別別判判斷斷各各坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸的的進(jìn)進(jìn)給給步步數(shù)數(shù)；（4））逐逐點點比比較較法法圓圓弧弧插插補補舉舉例例對于于第第一一象象限限圓圓弧弧AB，，起點點A（（4，，0）），，終終點點B（（0，，4））ABYX4步數(shù)偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給

偏差計算坐標(biāo)計算終點判別起點

F0=0x0=4,y0=0Σ=4+4=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=0-2*4+1=-7x1=4-1=3y1=0Σ=8-1=72F1<0+yF2=F1+2y1+1=-7+2*0+1=-6x2=3y2=y1+1=1Σ=7-1=63F2<0+yF3=F2+2y2+1=-3x3=3,y3=2Σ=54F3<0+yF4=F3+2y3+1=2x4=3,y4=3Σ=45F4>0-xF5=F4-2x4+1=-3x5=2,y5=3Σ=36F5<0+yF6=F5+2y5+1=4x6=2,y6=4Σ=27F6>0-xF7=F6-2x6+1=1x7=1,y7=4Σ=18F7<0-xF8=F7-2x7+1=0x8=0,y8=4Σ=04.逐逐點點比比較較法法的的速速度度分分析析式中中：：L—直直線線長長度度；；V—刀刀具具進(jìn)進(jìn)給給速速度度；；N—插插補補循循環(huán)環(huán)數(shù)數(shù)；；f—插插補補脈脈沖沖的的頻頻率率。。所以以：：刀具具進(jìn)進(jìn)給給速速度度與與插插補補時時鐘鐘頻頻率率f和與與X軸軸夾夾角角有有關(guān)關(guān)5.逐逐點點比比較較法法的的象象限限處處理理（1））分分別別處處理理法法四個個象象限限的的直直線線插插補補，，會會有有4組組計計算算公公式式；；對對于于4個個象象限限的的逆逆時時針針圓圓弧弧插插補補和和4個個象象限限的的順順時時針針圓圓弧弧插插補補，，會會有有8組組計計算算公公式式。。（2））坐坐標(biāo)標(biāo)變變換換法法用第第一一象象限限逆逆圓圓插插補補的的偏偏差差函函數(shù)數(shù)進(jìn)進(jìn)行行第第三三象象限限逆逆圓圓和和第第二二、、四四象象限限順順圓圓插插補補的的偏偏差差計計算算，，用用第第一一象象限限順順圓圓插插補補的的偏偏差差函函數(shù)數(shù)進(jìn)進(jìn)行行第第三三象象限限順順圓圓和和第第二二、、四四象象限限逆逆圓圓插插補補的的偏偏差差計計算算。。順圓逆圓2數(shù)數(shù)字字積積分分法法用數(shù)數(shù)字字積積分分的的方方法法計計算算刀刀具具沿沿各各坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸的的位位移移，，數(shù)數(shù)字積積分分法法又又稱稱數(shù)數(shù)字字微微分分分分析析（（DDA））法法.1.DDA直直線線插插補補（1））原原理理：：積分分的的過過程程可可以以用用微微小小量量的的累累加加近近似似：：由右右圖圖所所示示則X、Y方向的位移（積分形式））XYA(Xe,Ye)VyXYA(Xe,Ye)VxVyVO

△Y

△X（累加形式））其中，m為累加次數(shù)（（容量）取為為整數(shù)，m=0?2N-1，共2N次(N為累加器位數(shù)數(shù))。令△t=1,mK=1，則K=1/m=1/2N。則（2）結(jié)論：：直線插補從始始點走向終點點的過程，可可以看作是各各坐標(biāo)軸每經(jīng)經(jīng)過一個單位位時間間隔，，分別以增量量kxe（xe/2N）及kye（ye/2N）同時累加的的過程。累加加的結(jié)果為：：DDA直線插插補：以Xe/2N、ye/2N（二進(jìn)制小數(shù)數(shù)，形式上即即Xe、ye）作為被被積函數(shù)，同同時進(jìn)行積分分（累加），，N為累加器的的位數(shù)，當(dāng)累加值大于2N-1時，便發(fā)發(fā)生溢出，而而余數(shù)仍存放放在累加器中中。積分值=溢出出脈沖數(shù)代表的值+余數(shù)當(dāng)兩個積分累累加器根據(jù)插插補時鐘脈沖同步累加時，，用這些溢出出脈沖數(shù)（最終X坐標(biāo)標(biāo)接收Xe個脈沖、Y坐標(biāo)接收收ye個脈沖）分別控制相應(yīng)應(yīng)坐標(biāo)軸的運運動，加工出要求求的直線。（3）終點判判別累加次數(shù)、即即插補循環(huán)數(shù)數(shù)是否等于2N可作為DDA法直線插補補判別終點的的依據(jù)。（4）組成：二坐標(biāo)DDA直線插補補器包括X積積分器和Y積積分器，每個個積分器都由由被積函數(shù)寄寄存器JVX（速度寄器））和累加器JRX（余數(shù)寄存器器）組成。初初始時，X被積函數(shù)寄存存器存Xe，Y被積函數(shù)寄存存器存ye。2.DDA法直線線插補舉例插補第一象限限直線OE，，起點為O（（0，0），，終點為E（（5，3）。。取被積函數(shù)數(shù)寄存器分別別為JVX、JVY，余數(shù)寄存器器分別為JRX、JRY，終點計數(shù)器器為JE，均為三位二二進(jìn)制寄存器器。累加次數(shù)

X積分器

Y積分器

終點計數(shù)器JE

備注

JVX(Xe)JRX溢出

Jvy(Ye)JRy溢出0101000011000000初始狀態(tài)1101101011011001第一次迭代21010101011110010X溢出31011110110011011Y溢出41011001011100100X溢出51010011011111101X溢出61011100110101110Y溢出71010111011101111X溢出810100010110001000X,Y溢出A(5,3)XY3.DDA法圓弧插補補DDA法圓弧弧插補的積分分表達(dá)式由令則圓弧插補是對對切削點的即時坐標(biāo)Xi與Yi的數(shù)值分別進(jìn)行累加加VVyVxPABRXYO(2)其特特點是：1)各累加加器的初始值值為零，各寄寄存器為起點點坐標(biāo)值；2)X被寄函數(shù)積存存器存Yi,Y被寄函數(shù)積存存器存Xi，為動點坐標(biāo)；；3)Xi、Yi在積分過程中中，產(chǎn)生進(jìn)給給脈沖△X、△Y時，要對相應(yīng)應(yīng)坐標(biāo)進(jìn)行加1或減1的修修改；4)DDA圓弧插補的的終點判別要要有二個計數(shù)數(shù)器，哪個坐坐標(biāo)終點到了了，哪個坐標(biāo)停止止積分迭代；；5)與DDA直線插補補一樣，JVX、JVY中的值影響插插補速度。4.DDA圓圓弧插補舉例例YX次序X積分器X終Y積分器Y終注JVX(Yi)JRX△XJVY(Xi)JRY△Y000000001011010000101初始100000001011011010101200000100001011010101100修正Yi300100101011011110100400101001011011001011修正Yi501001110001011010011010修正Yi601111101011011100010701110001011001010111001修正Yi修正Xi810011001001001110001910010101010111000111000修正Yi修正Xi101011110011011111010011001011010修正Xi121010011001010001修正Xi131011100001001141010111000001000結(jié)束3數(shù)據(jù)采樣樣插補3.1概述述1.數(shù)據(jù)采樣樣插補的基本本原理粗插補：采用用時間分割思思想，根據(jù)進(jìn)進(jìn)給速度F和插補周期T，將廓型曲線線分割成一段段段的輪廓步步長L,L=FT(一個插補采采樣周期的輪輪廓步長)，然后計算出出每個插補周周期的坐標(biāo)增增量。精插補：根據(jù)位置反饋饋采樣周期的的大小，由伺伺服系統(tǒng)完成成。2.插補周期期和檢測采樣樣周期插補周期大于于插補運算時時間與完成其其它實時任務(wù)務(wù)時間之和，現(xiàn)代數(shù)控系系統(tǒng)一般為2~4ms，有的的已達(dá)到零點點幾毫秒。插補周期應(yīng)是是位置反饋檢測采樣周期期的整數(shù)倍。3.插補精度度分析直線插補時，，輪廓步長與與被加工直線線重合，沒有有插補誤差。。圓弧插補時，，輪廓步長作作為弦線或割割線對圓弧進(jìn)進(jìn)行逼近，存存在半徑誤差差。eraYYXXOOerlδrδ*rraeriera采用弦線（l）逼近時，見見左圖。半徑徑為r的被逼近圓弧弧最大半徑誤誤差er，其對應(yīng)的圓心心角為δ，由圖可推導(dǎo)出出：當(dāng)采用內(nèi)外均均差（era=eri）的割線時，，半徑誤差更更小，是內(nèi)接接弦的一半；；若令二種逼逼近的半徑誤誤差相等，則則內(nèi)外均差弦弦的輪廓步長長或步距角是是內(nèi)接弦時的的倍倍。但由由于內(nèi)外均差差割線逼近時時，插補計算算復(fù)雜，很少少應(yīng)用。由上面分析可可知：圓弧插補時的的半徑誤差er與圓弧半徑r成反比，與插插補周期T和進(jìn)給速度F的平方成正比比。3.3.2數(shù)數(shù)據(jù)采樣法法直線插補1.插補計算算過程（1）插補準(zhǔn)準(zhǔn)備主要要是計算輪廓步長及其相應(yīng)的坐標(biāo)增量。（2）插補計計算實時時計算出各插插補周期中的的插補點（動動點）坐標(biāo)值值。2.實用的插插補算法(原則：算法法簡單、計算算速度快、插插補誤差小、、精度高)（1）直接函函數(shù)法插補準(zhǔn)備：插補計算：（2）進(jìn)給速速率數(shù)法（擴擴展DDA法法）插補準(zhǔn)備:步步長系數(shù)插補計算：（3）方向余余弦法插補準(zhǔn)備：插補計算：（4）一次計計算法插補準(zhǔn)備：插補計算：XA(Xe,Ye)△Y△XβαYO

l

l

l3.3.3數(shù)數(shù)據(jù)采樣法法圓弧插補1.直線函數(shù)數(shù)法（弦線法法）上式中，和和都都是未未知數(shù)，難以以用簡單方法法求解，采用用近似計算，，用和和來來取取代，則PA(Xi,Yi)B(Xi+1,Yi+1)EXYFHMαδΦiΦi+1CDO2.擴展DDA法數(shù)據(jù)采采樣插補將DDA的切切向逼近改變變?yōu)楦罹€逼近近。具體還是是計算一個插插補周期T內(nèi)內(nèi)，輪廓步長長L的坐標(biāo)分量??Xi和?Yi由右圖經(jīng)過推推導(dǎo)可得：其中:新加工點Ai’的坐標(biāo)位置特點：計算簡簡單，速度快快，精度高。。BAi’CXYMHQOAiAi-1作業(yè)１.對對于第一象象限直線OA，起點點坐標(biāo)Ｘ＝＝０，Ｙ＝＝０，終點點坐標(biāo)X=３,Y=５，用用逐點比較較法實現(xiàn)該該直線的插插補。步數(shù)判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計算終點判別0

F0=0∑=101F=0+XF1=F0-ye=0-4=-4∑=10-1=92F<0+YF2=F1+xe=-4+6=2∑=9-1=83F>0+XF3=F2-ye=2-4=-2∑=8-1=74F<0+YF4=F3+xe=-2+6=4∑=7-1=65F>0+XF5=F4-ye=4-4=0∑=6-1=56F=0+XF6=F5-ye=0-4=-4∑=5-1=47F<0+YF7=F6+xe=-4+6=2∑=4-1=38F>0+XF8=F7-ye=2-4=-2∑=3-1=29F<0+YF9=F8+xe=-2+6=4∑=2-1=110F>0+XF10=F9-ye=4-4=0∑=1-1=0OA98754321610YX刀具補償是是數(shù)控中的的重要組成成部分，當(dāng)當(dāng)采用不同同尺寸的刀刀具加工同同一輪廓尺尺度的零件件，或同一一名義尺寸寸的刀具因因換刀重調(diào)調(diào)或磨損而而引起尺寸寸變化時，，為了編程程方便和不不改變已制制備好的穿穿孔帶（或或程序），，數(shù)控裝置置常備有刀刀具補償機機能。第三節(jié)刀具位置補補償和半徑徑補償一、刀具的的位置補償償當(dāng)采用不同同尺寸的刀刀具加工同同一輪廓尺尺寸的零件件，或同一一名義尺寸寸的刀具應(yīng)應(yīng)換刀重調(diào)調(diào)或磨損而而引起尺寸寸變化時，，為了編程方方便和不改改變已制備備好的穿孔孔帶，數(shù)控控裝置常備備有刀具位位置補償機機能，將變化的尺尺寸通過撥撥碼開關(guān)或或鍵盤進(jìn)行行手動輸入入，便能自自動進(jìn)行補補償。1、刀具的的位置補償償計算（圖為不同同尺寸刀具具的四方刀刀架）KI刀架中心位位置為各刀刀具的換刀刀點，并以以1號刀尖尖B點為所所有刀具編編程起點。。當(dāng)1號刀從從B到A其其增量值為為：UBA=XA-X1WBA=ZA-Z1當(dāng)換2號時時，到尖處處在C點，，C點的坐坐標(biāo)原點為為I、K。。當(dāng)Ｃ→Ａ?xí)r時：ＵＣＡ＝(ＸＡ－Ｘ１)＋Ｉ補ＷＣＡ＝(ＺＡ－Ｚ１)＋Ｋ補ＵＡＣ＝-[(ＸＸＡ－Ｘ１)+Ｉ補]ＷＡＣ＝-[(ＺＺＡ－Ｚ１)＋Ｋ補]＝2、刀具位位置補償?shù)牡奶幚矸椒ǚC器在補償償前必須處處理前后兩兩把刀具位位置補償?shù)牡牟顒e。例如,T1刀具補償償量為+0.5mm,T2刀刀具補償量量為+0.35mm,兩者差差0.15mm。由由于T2-T1=+0.35-(+0.5）=-0.15mm（（向床頭箱箱移動為‘‘負(fù)’，稱稱進(jìn)刀，遠(yuǎn)遠(yuǎn)離為正，，稱退刀),也就是是說,在T1更換為為T2時,要求刀架架前進(jìn)0.15mm。對此，可作作如下處理理：(1)在更更換刀具時時，先把原原來刀具(T1）補補償量撤消消（根據(jù)上上例，刀架架前進(jìn)0.5mm）），然后根據(jù)新新刀具（T2)補償償量要求退退回03.5mm，，這樣，實際際上刀架前前進(jìn)了差差值為0.15mm。(2)在更更換刀具時時，立即進(jìn)進(jìn)行新?lián)Q刀刀具的補償償量和原來來刀具補償償量（老刀刀具補償量量）的差值值運算，并并根據(jù)這個個差值進(jìn)行行刀具補償償。這種方法稱稱差值補償償法。實際上是把把原刀具補補償量的撤撤消和新刀刀具補償量量的讀入進(jìn)進(jìn)行復(fù)合。。二、刀具的的半徑補償償:1、刀具半半徑補償?shù)牡淖饔迷跀?shù)控機床床上用圓頭頭刀和銑刀刀加工零件件時，其加工程序序的編制有有兩種方法法:1）按零件件輪廓編程程2）按刀具具圓心（中中心）的運運動軌跡編編程換刀和刀具具磨損時不不需要重新新制作程序序紙帶，數(shù)控系系統(tǒng)可以自自動進(jìn)行補補償，正確確加工零件。數(shù)控控系統(tǒng)的這這種功能稱稱為“刀具具半徑補償償”。2、刀具半半徑的補償償方法如圖待加工工零件，加加工路線為為：O→A→B→C→D→E→F→OO為起刀點點，如圖示示。從O點開始始刀具半徑徑矢量r要要作長度分分別為OO1和O1a的直線插插補，得到到A點的補補償矢量r。AB段直線線插補，得得到B點補補償矢量r。BD段作半半徑為R+r的圓弧弧插補，直直到半徑矢矢量r與終終點矢量O2D重合。DE作直線線插補，E點轉(zhuǎn)角處處，補償矢矢量r應(yīng)作作半徑為r的圓弧插插補，使e→e1完成補償矢矢量r與直直線EF的的法向重合合。EF段作直直線插補...由前所述，，可見要實實現(xiàn)刀具半半徑補償，，數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)除了有直直線、圓弧弧插補功能能外，還須具有處處理刀具半半徑矢量的的能力，這種處理能能力表現(xiàn)在在補償矢量量偏移的計計算和補償償矢量的旋旋轉(zhuǎn)兩個方方面。刀具半徑補補償實現(xiàn)的的方法有多多種:DDA法逐點比較法法矢量判別法法其中，矢量量判別法可可適用于各各種插補方方法上述對刀具具補償矢量量的處理，，通稱為““刀具偏移移計算”。。這些方法的的刀具半徑徑補償只能能計算出直直線或圓弧弧終點的刀刀具中心坐坐標(biāo)值，而對于兩個個程序段之之間輪廓的的轉(zhuǎn)接（又又稱拐角或或過渡）是是以圓弧方方式進(jìn)行的的，故稱其其為一般刀刀具半徑補補償，或稱稱B機能刀刀具補償（（簡稱B刀刀補）。如圖示，設(shè)設(shè)要加工的的程序段為為圓弧AB、半徑為為R，加工工開始時，，刀具中心心處在A’’點，它的的刀具半徑徑矢量為r。要求加加工結(jié)束時時，刀具中中心處于圓圓弧終點B’。分析：為實現(xiàn)上述述要求，可可把刀具中中心的運動動分解成兩兩種運動:A’→→A”和和A”→B’A’→A””:該運動動實際上以以O(shè)’點為為中心作半半徑為R的的圓弧插補補，結(jié)果使使刀具中心心由A’運運動到A””，即此運運動使刀具具半徑矢量量平移到BA”。對于A’’’到B’的的運動，則則是把刀具具半徑矢量量由r旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到r1，，與圓弧終終點半徑矢矢量重合。。因此，若把把這兩種運運動結(jié)合起起來，也就就是在作輪輪廓線圓弧弧插補的同同時，不斷斷地修改刀刀具半徑矢矢量r，使使它保持與與圓弧半徑徑矢量R一一致，就能能實現(xiàn)刀具具半徑的補補償。為了比較r與R的重重合性，引引入了r和和R的矢量量積作為判判別函數(shù)：：當(dāng)H=0，，表示R和和r重合；；當(dāng)H>0，，表示r超超前R；當(dāng)H<0，，表示r滯滯后R。規(guī)定：H>=0時時,停止刀刀具偏移計計算,進(jìn)進(jìn)行輪廓的的圓弧插補補。H<0時時,作刀具具偏移計算算,作矢量量旋轉(zhuǎn)。r的旋轉(zhuǎn)，可可按輪廓圓圓弧插補相相同的方式式進(jìn)行。由此可見，，刀具半徑徑的矢量判判別法是通通過判別函函數(shù)H把兩兩圓弧插補補結(jié)合起來來，而與圓弧插插補本身的的方法無關(guān)關(guān)。判別法的優(yōu)優(yōu)點：不管數(shù)控系系統(tǒng)使用何何種插補方方法都可用用矢量判別別法進(jìn)行刀刀具補償計計算。這種方法能能在輪廓插插補的同時時進(jìn)行刀具具半徑矢量量的旋轉(zhuǎn)。。判別法的缺缺點：由于在偏差差補償?shù)幕A(chǔ)上進(jìn)行行刀具偏移移計算，引引入一個新新的偏移量量H，使插插補誤差增增加一倍，，達(dá)到兩個個脈沖當(dāng)量量。3、C型機機能刀具半半徑補償方方法實現(xiàn)B刀補補的常用方方法有一個個共同特點點，就是對對加工輪廓廓的轉(zhuǎn)接是是以圓弧方方式進(jìn)行的的，存在問問題：1）在外輪輪廓尖加工工時，由于于輪廓尖角角處始終處處于切削狀狀態(tài)，尖角角加工的工工藝性就比比較差，這這在磨削加加工中尤其其突出，所所加工的尖尖角往往會會變成小圓圓角。2）在內(nèi)輪輪廓尖加工工時，由于于刀具中心心軌跡交點點不易求得得，因此不不得不由程程編員人為為地插入一一個輔助加加工的圓弧弧軌跡，并并且這個輔輔助圓弧的的半徑必須須大于刀具具半徑值。。（1）C機機能刀補的的設(shè)計思想想常用的刀具具半徑補償償方法產(chǎn)生生編程限制制的主要原原因在于，，這些方法法在確定刀刀具中心軌軌跡時，都都采用了讀讀一段、算算