數(shù)控系統(tǒng)原理數(shù)控系統(tǒng)概述

數(shù)控系統(tǒng)原 數(shù)控系統(tǒng)概 5、CNC系統(tǒng)的工作過 第二章數(shù)控加工程序輸入及預(yù)處 數(shù)控加工程序輸 2、數(shù)控加工程序的...........................................................................................數(shù)控加工程序的譯碼與診 刀具補(bǔ)償原 其他預(yù)處 第三章輪廓插補(bǔ)原 概 逐點(diǎn)比較 插補(bǔ)理論簡 插補(bǔ)原理——逐點(diǎn)比較 插補(bǔ)原理——數(shù)字積分 數(shù)控系統(tǒng)原1、數(shù)控系統(tǒng)2、數(shù)字控制幾幾工信加機(jī)控信零成反饋信刀機(jī)功運(yùn)插零件3、數(shù)控系統(tǒng)8位CPU0.01mm，進(jìn)給速度達(dá)6~8m/min，聯(lián)動軸數(shù)在3軸以下，具有簡單的CRT字符顯示或數(shù)碼管顯示功能16位的CPU0.001mm，進(jìn)給速度達(dá)10~24m/min4軸以下，具有平面線性圖形顯示功能。32位的CPU0.0001mm，進(jìn)給速度可達(dá)100m/min53維動態(tài)圖形顯示功能。4、機(jī)床數(shù)控6）20世紀(jì)80年代，基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，第六1、CNC系統(tǒng)的功G功能M功能動力刀具和C軸功能2、CNC刀速插伺顯診譯具度補(bǔ)服示斷碼補(bǔ)處運(yùn)控償理算制CNC系統(tǒng)的這些子軟件并不是完全獨(dú)立的，很多情況下它們必須交叉運(yùn)行輸輸顯控插補(bǔ)運(yùn)插補(bǔ)運(yùn) 3、CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)從CNC系統(tǒng)的外部硬件構(gòu)成上看，一般可以分為鍵盤、顯示器、主機(jī)單元、控制從CNC系統(tǒng)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)上看，CNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)成一般可分為單CPU結(jié)構(gòu)和CPU結(jié)構(gòu)兩大類M總線器 單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件構(gòu)成總總線器多CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)硬件構(gòu)成單CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)的特點(diǎn)是：CNC系統(tǒng)的所有功能都是通過一個CPU進(jìn)行集中控制、分時處理來實現(xiàn)的；該CPU通過總線與器和各種接口電路相連。這種結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，但由于只有一個CPU，系統(tǒng)功能受到CPU字長、運(yùn)算頻率等因素的多CPU結(jié)構(gòu)的CNC系統(tǒng)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)模塊化，這樣縮短了設(shè)計制造周期，具有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。由于每個CPU分管各自的任務(wù)，形成若干個模塊，如果某個5、CNC系統(tǒng)的工作過 工程 M、SM、S、等輔助信G、F等幾何工藝信預(yù)處 機(jī)床電插補(bǔ)運(yùn)電電檢反伺服控柔性自動產(chǎn)柔性制造元數(shù)控加工心普通數(shù)控床柔計算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)加工或裝配的系統(tǒng)。早期的DNC系統(tǒng)，其中的數(shù)控機(jī)床不再帶有自己的數(shù)控裝置，它代的DNC系統(tǒng)中，各臺數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置全部保留，并與DNC系統(tǒng)的計算機(jī)顯示、和刀具管理的能力，為FMS的發(fā)展提供了基礎(chǔ)。因此現(xiàn)代的DNC系柔性制造系統(tǒng)帶有自動換刀裝置的數(shù)控加工中心是FMS的基本級別。其后出現(xiàn)的柔性制造單FMC的基礎(chǔ)上，增加刀具和工FMS，它可以實現(xiàn)對多品種零件計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（QAS）、制造自動化系統(tǒng)（MAS）、數(shù)據(jù)庫（DB）和通訊網(wǎng)絡(luò)（NET）CIMS示范工第二章數(shù)控加工程序輸入及預(yù)處1、數(shù)控加工鍵盤是數(shù)控機(jī)常用的人機(jī)輸入設(shè)備，通過鍵盤可以向數(shù)控裝置輸入加工程序、鍵盤輸入方式要求操作者必須了解數(shù)控加工程序的編制規(guī)則，對操作者的專業(yè)性要求較高。為了降低對操作者的要求，已有數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家（HEIDEHAIN公司開發(fā)了“式編程方法。2）器方式輸數(shù)控加工程序存放在內(nèi)部器中，稱為內(nèi)器方式；存放在外部器中，稱為外器方式。內(nèi)器，容量較小，只有幾百KB到幾個MBCF卡、U盤和移動硬盤等外設(shè)備，容量大、交換速度快，彌補(bǔ)了部分?jǐn)?shù)控系統(tǒng)內(nèi)部器容量較小的不足。現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般都配置了標(biāo)準(zhǔn)通口，使數(shù)控系統(tǒng)可以與其他計算機(jī)或外部設(shè)備串行通口RS-232C，以太網(wǎng)絡(luò)接口Ethernet，現(xiàn)場總線接口Profibus。2、數(shù)控加工數(shù)控加工程序舉例：N05G90G01X203Y-17F46M03數(shù)控加工程 器內(nèi) 情況……1、數(shù)控加工是將數(shù)控加工程序器中的內(nèi)碼轉(zhuǎn)化成能夠控制機(jī)床運(yùn)動的專門信息后，存放到相應(yīng)的譯碼結(jié)果緩沖單元中。代碼識別是通過軟件將數(shù)控加工程序緩沖器或MDI緩沖器中的內(nèi)碼讀出，并判斷該數(shù)N字符N字符無法識別，報單個代碼識別結(jié)設(shè)置X代碼標(biāo)志并處設(shè)置G代碼標(biāo)志并處設(shè)置N代碼標(biāo)志并處設(shè)置數(shù)字碼標(biāo)志并存YYYY從數(shù)控加工程序緩沖 數(shù)開〈開〈NNNN代碼識別流程譯碼結(jié)果緩沖器的格將G代碼、M代碼按功能屬性分組，每一組代碼只需要設(shè)置一個獨(dú)立的內(nèi)存單元，并常用G代碼常用M代碼分2、數(shù)控加工序段格式或程序字格式不規(guī)范的錯誤；邏輯錯誤是指整個程序或一個程序段能代碼之間相互排斥、互相的錯誤。程序段的第一個代碼不是N代碼坐標(biāo)代碼后的數(shù)值了機(jī)床的行程范圍出現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)中沒有定義的G代碼；出現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)中沒有定義的M在同一個程序段中先后出現(xiàn)兩個或兩個以上同組的G代碼；在同一個程序段中先后出現(xiàn)兩個或兩個以上同組的G代碼；在同一個程序段中超量出現(xiàn)M開開N有語法Y是功能符嗎NY是數(shù)字符嗎NNYYN結(jié)提示輸 字設(shè)置數(shù)字碼標(biāo)志轉(zhuǎn)設(shè)置該字符相應(yīng)標(biāo)從數(shù)控加工程序緩沖器一個字置錯誤標(biāo)志置錯誤標(biāo)志誤誤嗎譯碼與診斷流程1、刀具補(bǔ)償在零件加工過程中，若采具補(bǔ)償功能，可以大大簡化加工程序的編寫工作，提高刀具長度補(bǔ)償示rXrZ刀具半徑補(bǔ)償示2、刀具補(bǔ)償加工前預(yù)先分別測得裝在刀架上的刀具長度在X和Z方向的分量，即△x刀偏和△z刀參考點(diǎn)R來實現(xiàn)加工。刀具長度補(bǔ)償?shù)挠嬎愎饺缦拢篨R=XP-ZR=ZP-

刀刀刀刀刀具中心軌編程軌B刀補(bǔ)示意具半徑補(bǔ)償和C刀具半徑補(bǔ)償。B刀補(bǔ)在輪廓間的過渡都是以圓弧形式進(jìn)行B刀補(bǔ)輪廓工藝性差，因為在外輪廓加工時，由于輪廓尖角處始終處于切削狀態(tài)，尖刀刀刀刀具中心軌編程軌刀具中心軌編程軌刀補(bǔ)撤刀補(bǔ)進(jìn)起刀刀補(bǔ)建C90°≤α＜180°時，刀具半徑補(bǔ)償在此處的轉(zhuǎn)接方式為伸長型。180α＜360°時，刀具半徑補(bǔ)償在此處的轉(zhuǎn)接方式為縮短型。刀具半徑補(bǔ)償建立時的轉(zhuǎn)接過渡類刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行時的轉(zhuǎn)接過渡類型刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行時的轉(zhuǎn)接過渡類型刀具半徑補(bǔ)償撤銷時的轉(zhuǎn)接過渡類Xi，Yjld及其在X軸、Y軸上的投影分量分別為BBXA X

X圓圓弧半徑為R，則圓弧的方向矢量在X軸、Y軸上的投影分量分別為P(P(X,YXlAR(X0,Y0BO rd表示。根據(jù)刀具相對于工件位置的不同，刀具YBYB rdXdXAB XXd A 左刀 右刀Y(X0,Y0

(Xs1,Ys1

(X2,Y2YY(X,Y2(Xs1,Ys1(X0,Y0(X1,Y1OXY(X0,Y0(Xs1,Ys1l1(X1,Y1(X2,Y2Y(Y(X,Y(X2,Y2s1(X0,Y0(X1,Y1OXY(XY(Xs1,Ys1)(Xs2,Ys2(X1,Y1(X0,Y0l2O(X2,Y2XY(Xs1,Ys1(Xs2,Ys2(X1,Y1(X0,Y0l2O(X2,Y2XYY(Xs1,Ys1(X1,Y1(X0,Y0l2O(X2,Y2XY(Y(X0,Y0(X2,Y2l1(X1,Y1(Xs1,Ys1(Xs2,Ys2)(XOXY(X0,Y(X0,Y0(X2,Y2(X1,Y1(Xs3,Ys3(Xs1,Ys1 (Xs2,Ys2OXY(X0,YY(X0,Y0(X2,Y2(X1,Y1(Xs1,Ys1(Xs2,Ys2OX2-28所示，設(shè)零件加工表面輪廓為ABCD，起刀點(diǎn)在QG42右刀補(bǔ)，刀具加工中心軌跡用點(diǎn)劃線表示。其中，QA1為刀具半徑補(bǔ)償建立階段，A2Q為刀具半 rrDrr1、進(jìn)給速度進(jìn)給速度處理就是根據(jù)譯碼緩沖器中F的數(shù)值，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算和處理，生成數(shù)控系（mm/min），觸發(fā)脈沖源的頻率為f（Hz），數(shù)控系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為δ（mm/步），位置增量。設(shè)編程進(jìn)給速度為（mm/mn）（m），上的進(jìn)給速度倍率為，則在一個插補(bǔ)周期內(nèi)的位置增量△L（mm）為：前加/控制：優(yōu)點(diǎn)是不會影響實際插補(bǔ)輸出的位置精度，缺點(diǎn)是需要預(yù)測點(diǎn) 前加/控Z軸Z軸后Y軸后編程速度計算位置增X軸后后加/控2、工件零點(diǎn) G54~G57G500五條指令來完存器（G54~G57）中，用G54~G57來設(shè)置工件零點(diǎn)偏置，用G500來撤銷所設(shè)置的零點(diǎn)偏置。當(dāng)系統(tǒng)譯碼到G54~G57中的一個指令時，自動調(diào)用對應(yīng)偏置寄存器中的0，則表示在機(jī)床坐標(biāo)系中的當(dāng)前位置就是工件坐標(biāo)系 工件零點(diǎn)偏置的處理流程3、絕對坐標(biāo)與增量坐標(biāo)的處是否G90功能YN數(shù)控系統(tǒng)一般都以G90、G91是否G90功能YN程序段的終點(diǎn)編程程序段的位移增量程序段的終點(diǎn)編程值-起點(diǎn)編程絕對編程與增量編程的處理流程第三章廓插補(bǔ)原1、插補(bǔ)在數(shù)制刀具通過折線運(yùn)動去近將要加工的曲線輪廓。顯然這些折線連接而成的軌跡并不計算得來的。由此可見，插補(bǔ)是數(shù)控系統(tǒng)中最重要的技術(shù)，它將數(shù)控曲線分解為快，但電路復(fù)雜，并且調(diào)整和修改都相當(dāng)，缺乏柔性。2、常用的插之為脈沖當(dāng)量，一般用δ或BLU表示。對于普通數(shù)控機(jī)床，一般取δ=0.01mm，比較精密的數(shù)控機(jī)床可取δ=0.005mm、0.0025mm0.001mm等。這種插補(bǔ)方法比硬件實現(xiàn)的脈補(bǔ)運(yùn)算的速度很快。隨著計算機(jī)的運(yùn)算速度的提高，現(xiàn)在大多數(shù)用脈沖增量插補(bǔ)算法一般適用于中等精度（0.01mm）和中等速度（1-3m/min）的數(shù)40μs0.001mm，那么單個坐標(biāo)軸的最高運(yùn)動速度只能到15m/min，那么在同樣的脈沖增量插補(bǔ)算0.01mm。由此可見，這種制約關(guān)系限制了脈沖增量插相連的微小直線段，用這些直線段來近給定曲線，所以這種算法也稱時間分割法。30m/min、60m/min100m/min，也就是說插補(bǔ)周期不再限制運(yùn)行速度的12ms、10.24ms、8ms、4ms、2ms等等，對于運(yùn)行速度更快的計算機(jī)，甚至選0.1ms的插補(bǔ)周期，插補(bǔ)精度能達(dá)到納米級。D/A 開N終點(diǎn)判開N終點(diǎn)判Y結(jié)偏差計坐標(biāo)進(jìn)偏差判1、逐點(diǎn)比較法直YM3(X3,Y3

B(Xb,YbM1(X1,Y1

M2(X2,Y2A(Xa,Ya 用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)時，首先把被加工線段AB的長度單位換算成脈沖數(shù)值，所以出現(xiàn)刀具點(diǎn)M與斜線AB之間的位置關(guān)系就有如下三種情況M點(diǎn)在AB線的上M點(diǎn)在AB線的M點(diǎn)在AB線的下F〉0，刀具點(diǎn)M在直線AB的上方F=0，刀具點(diǎn)M在直線AB上F〈0，刀具點(diǎn)M在直線AB的下方F≥0，刀具向+X方向進(jìn)給一步F＜0，刀具向+Y方向進(jìn)給一步Y(jié)YFFFOXF-F0（-X）F結(jié)n0結(jié)n0Y開開初始化計XbXa YbYanXbXaYbF0YNF0YN向X向Xb向YbnnFFXbXFFYbN例：加工第一象限直線AB，起點(diǎn)坐標(biāo)為A（1，1），終點(diǎn)坐標(biāo)為B（5，6），試用逐解：總步數(shù)Y6543插補(bǔ)理論簡2在CNC數(shù)控機(jī)，各種輪廓加工都是通過插補(bǔ)計算實現(xiàn)的，插補(bǔ)計算的任務(wù)就是對 近理論輪廓

0.01～最高為幾萬Hz0.001mm2m/min。數(shù)字增量插補(bǔ)法（也稱數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法）是在規(guī)定的時間（稱作插補(bǔ)時間）內(nèi)，計算出各坐標(biāo)方向的增量值（，Y，Z），刀具所在的坐標(biāo)位置及其它一些需要的值。這些數(shù)據(jù)嚴(yán)格的限制在一個插補(bǔ)時間內(nèi)（ms）系統(tǒng)控制移動部件運(yùn)動。移動部件也必須在下一個插補(bǔ)時間內(nèi)走完插補(bǔ)計算給出的行程，因此數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)也稱作時間標(biāo)量插補(bǔ)。由于數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是用數(shù)值量控制機(jī)床運(yùn)動，因此，機(jī)床各坐標(biāo)方向的運(yùn)動速度與插補(bǔ)運(yùn)算給出的數(shù)值量和插補(bǔ)時間有關(guān)。根據(jù)計算機(jī)運(yùn)行速度和加工精度不同，有些系統(tǒng)的插補(bǔ)時間選用，m、0.m、m，對于運(yùn)行速度較快的計算機(jī)有的已選mm/mnm/mnm/mn.插補(bǔ)原理——逐點(diǎn)比較應(yīng)點(diǎn)的理想位置坐標(biāo)之間的偏差程度，然后根據(jù)偏差大小確定下一步的。采用4的工作原理。2.1OPA″、A′和A3個加工點(diǎn)，當(dāng)加工點(diǎn)AOP的上邊A″時，有α″>αOP的下邊A′時，有α′<αAOP上時， tanα=Xi=由此可得直線OP的方程式F=YiXe—Ye式中F表示偏差，根據(jù)F可以判斷加工點(diǎn)A偏離直線OP的情況，也就是當(dāng)F>0時，A點(diǎn)在直線的上邊，為了減少誤差應(yīng)給X方向走一步F<0時，A點(diǎn)在直線的下邊，加工時應(yīng)給Y方向走一步F=0時，A點(diǎn)在直線上，加工時應(yīng)給X方向走一步 O 進(jìn)給知道偏差FA1OP的X方向走一步，即進(jìn)給為X+1（見圖2.2）。而在到達(dá)A2點(diǎn)后，如在進(jìn)給應(yīng)是Y方向，即進(jìn)給Y+1。也就是當(dāng)加工點(diǎn)位置已知時，根據(jù)偏差F就可以決定進(jìn)給方向，即F≥0，沿X方向的進(jìn)給為X←X+1；F<0時，沿Y方向的進(jìn)給為Y←偏差計算加工時每走一步要作一次偏差計算，由此得出F后，再確定進(jìn)給方向。為設(shè)直線OP的終點(diǎn)坐標(biāo)為Xe、Ye，點(diǎn)A1的坐標(biāo)為X1、Y1，由此可計算出A1點(diǎn)的偏差F=Y1Xe—F1>0XA2A2X2=X1+1、Y2=Y1、因而A2點(diǎn)的偏差為：F2=Y2Xe-=Y1Xe-=（Y1Xe-YeX1）-=F1-由于F2<0（A2點(diǎn)在直線下邊），應(yīng)向Y方向進(jìn)給，因而可求得A3點(diǎn)的偏差如下F3=Y3Xe-=（Y2+1）Xe-=（Y2Xe-根據(jù)以上的結(jié)論，可歸納出第一象限的直線L12.1所2、3、42.3和表由此可見，逐點(diǎn)計算偏差的方法，可把F=YAXeYeXA的運(yùn)算公式化為F