第1章-概述.ppt

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1、1.11.1数控技术的基本概念数控技术的基本概念数控技术的基本概念数控技术的基本概念 1.21.2数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 1.31.3数控系统原理数控系统原理数控系统原理数控系统原理1.41.4数控机床与数控技术的发展数控机床与数控技术的发展数控机床与数控技术的发展数控机床与数控技术的发展第一章第一章数控机床机床概述数控机床机床概述1通过本章的学习了解普通机床与数控机床的通过本章的学习了解普通机床与数控机床的区别，掌握数控机床的优点、分类和结构以区别，掌握数控机床的优点、分类和结构以及数控机床驱动机构、传动机构、检测装置及数控机床驱动机

2、构、传动机构、检测装置和自动换刀装置等。和自动换刀装置等。学习学习目的目的本章的学习重点是数控机床的工作原理和本章的学习重点是数控机床的工作原理和组成、分类方法，了解目前国内、外数控组成、分类方法，了解目前国内、外数控技术和数控机床的发展。技术和数控机床的发展。重点重点第一章第一章数控机床机床概述数控机床机床概述2 1.1数控技术的基本概念数控技术的基本概念1.1.数控与数控机床数控与数控机床 数控数控:数字控制（数字控制（NC Numerical Control）,以数字化信以数字化信 息对机床运动及加工过程进行控制的一息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。种方法。数控技术：数控技术：用

3、用数控机床（数控设备）进行数控机床（数控设备）进行自动化自动化加工的一种技术，它综合应用了多种学科的知识加工的一种技术，它综合应用了多种学科的知识。数控机床数控机床：是实现柔性自动化的关键设备，是柔是实现柔性自动化的关键设备，是柔性自动生产系统的基本单元。性自动生产系统的基本单元。32.数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 (1)数控机床的产生数控机床的产生 1952年年，美美国国帕帕森森斯斯公公司司和和麻麻省省理理工工学学院院研研制制成成功功了世界上第一台数控机床。了世界上第一台数控机床。(2)数控机床的发展数控机床的发展 1952年的第一代年的第一代电子管数控机床电子管数控机床 195

4、9年的第二代年的第二代晶体管数控机床晶体管数控机床 1965年的第三代年的第三代集成电路数控机床集成电路数控机床 1970年的第四代年的第四代小型计算机数控机床小型计算机数控机床 1974年的第五代年的第五代微型计算机数控系统微型计算机数控系统 1990年的第六代年的第六代基于基于PC的数控机床。的数控机床。1.1数控技术的基本概念数控技术的基本概念4国家(地区)2002年2001年同比中国3151240631%美国2327341132%德国1960226914%意大利957122722%韩国79093115%法国781118834%加拿大7047395%中国台湾66184522%英国6127

5、8122%日本49566025%2002年世界机床进口前十名年世界机床进口前十名（百万美元）（百万美元）2002年世界机床出口前十名年世界机床出口前十名（百万美元）（百万美元）国家(地区)2002年2001年同比德国3882428814%日本3443479726%意大利1801194212%瑞士1476175620%中国台湾143813638%美国915103411%英国51470828%西班牙5014765%法国42948616%比利时41456430%1.1数控技术的基本概念数控技术的基本概念51.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 1.数控机床的工作原理数控机床的工作原理1.2

6、.11.2.1数控机床的组成数控机床的组成 2.2.数控机床的组成数控机床的组成(1)信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输信息输入：程序、参数、数据等的输入通道。输入设备为入设备为穿孔穿孔、纸带纸带、磁带磁带、磁盘磁盘、通讯接口由通讯接口由上位机输入上位机输入，也可以在，也可以在MDI方式下，用方式下，用手动按键手动按键输入输入。(2)数控装置：由数控装置：由CPU、存储器、总线、功能部件和、存储器、总线、功能部件和相应软件组成的专用计算机。作用为将加工程序相应软件组成的专用计算机。作用为将加工程序译码轨迹计算（速度计算）、插补计算、补偿计译码轨迹计算（速度计算）、插补计算、补偿计算，向

7、各坐标的伺服驱动系统算，向各坐标的伺服驱动系统 分配速度、位移分配速度、位移命令命令。这一部分是数控机床的核心。这一部分是数控机床的核心。1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 7主要功能如下：主要功能如下：多轴联动、多坐标控制。多轴联动、多坐标控制。多种函数插补。多种函数插补。多种程序输入功能。多种程序输入功能。信息转换功能。信息转换功能。补偿功能。补偿功能。多种加工方式选择。多种加工方式选择。故障自诊断功能。故障自诊断功能。显示功能。显示功能。通讯和联网功能。通讯和联网功能。1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类（3）伺服驱动装置：接受数控装置来的指令，将信）伺服驱动装

8、置：接受数控装置来的指令，将信号进行调解、转换、放大后驱动伺服电机，带动号进行调解、转换、放大后驱动伺服电机，带动机床执行部件运动。机床执行部件运动。（4）检测反馈装置：电流、速度、位置检测反馈装）检测反馈装置：电流、速度、位置检测反馈装置。置。（5）机床本体：主运动部件、进给运动部件、执行）机床本体：主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件。部件和基础部件。1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 93.3.数控机床的特点：数控机床的特点：（1)1)广泛的适应性和较大的灵活性；广泛的适应性和较大的灵活性；（2)2)加工零件一致性好、重复精度高；加工零件一致性好、重复精度高；（3)

9、3)高自动化高效率；高自动化高效率；（4)4)只要改变程序就可改变加工件，不需要大量复杂工装夹具；只要改变程序就可改变加工件，不需要大量复杂工装夹具；（5)5)可以采用复合工艺；可以采用复合工艺；（6)6)工艺设计会经常变化的零件；工艺设计会经常变化的零件；4.4.数控机床的优势：数控机床的优势：（1)1)小批量而又轮番生产的零件；小批量而又轮番生产的零件；（2)2)几何形状复杂的零件；几何形状复杂的零件；（3)3)需进行多种工序加工的零件需进行多种工序加工的零件；1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 10 1.2.21.2.2数控机床的分类数控机床的分类1 1、按控制系按控制系统

10、统功能分功能分类类 （1）点位控制数控机床图1.2 点位控制钻孔加工示意图工件刀具图1.3点位直线控制切削加工（2）点位直线控制数控机床 1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 （3）轮廓控制数控机床 工件刀具图1.4轮廓控制数控机床的加工示意图1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 2 2、按伺服控制方式分、按伺服控制方式分类类 （1）开环控制数控机床减速器数控装置控制电路步进电机工作台输入图1.5开环控制系统框图1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 （2）闭环控制数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.6闭环控制系统框图位置检测元件速度检测元件速度反

11、馈位置反馈1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 伺服电机 （3）半闭环控制数控机床数控装置控制电路伺服电机工作台输入图1.7半闭环控制系统框图速度检测元件速度反馈位置反馈转角检测元件1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 3 3、按加工工、按加工工艺艺方法分方法分类类（1）金属切削类数控机床 数控车床、数控铣床、镗铣加工中心、车铣加工中心等（2）特种加工类数控机床 数控电火花切割机床、数控电火花成型机床。数控等离子弧切割机床、数控激光激光机床等（3）板材加工类机床 数控压力机、数控剪板机、数控折弯机等1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 4 4、按数控系、按数

12、控系统统的功能水平分的功能水平分类类功能低档中档高档分辨率（m）1010.1进给速度（m/min）815152415100驱动进给类型开环半闭环或闭环的直流或交流伺服系统联动轴数（轴）232435以上通信功能一般无RS-232或DNC接口可有MAP通信接口，有联网能力显示功能LED或简单的CRT较齐全的CRT显示还有三维图形显示内装PLC无有有强功能的PLC主CPU8位、16位32位以上或32位以上的多CPU注:MAPManufacturing Automation Protocol制造自动化协议较齐全的CRT显示是指具有字符、图形、人机对话、自诊断等功能的显示。1.2 数控机床的组成和分类数

13、控机床的组成和分类 1 主运动机械部件主运动机械部件2 数控机床的进给传动系统数控机床的进给传动系统3 数控机床的换刀装置数控机床的换刀装置1.2.3数控机床结构数控机床结构1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 181 1 主运动机械部件主运动机械部件这是大、中型数控机床采用较多的一种方式。这种主传动方式大大简化了主轴箱体结构，提高了主轴部件的刚度。这主要应用在小型数控机床上。（1）主传动运动的变速系统主传动运动的变速系统1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 19 前后支撑采用不同轴承前后支撑采用不同轴承 前轴承采用高精度双列向心推力球轴前轴承采用高精度双列向心推力球轴

14、承承 双列和单列圆锥滚子轴承双列和单列圆锥滚子轴承（2 2）数控机床主轴部件数控机床主轴部件 1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 201.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 2、数控机床的进给传动系统 （1）进给传动系统种类）进给传动系统种类 步进伺服电机伺服进给系统步进伺服电机伺服进给系统 直流伺服电机伺服进给系统直流伺服电机伺服进给系统交流伺服电机伺服进给系统交流伺服电机伺服进给系统直线电机伺服进给系统直线电机伺服进给系统21 联轴器联轴器 减速机构减速机构 a 齿轮传动装置齿轮传动装置 b 同步齿形带同步齿形带 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副（2）进给传动机械部件）

15、进给传动机械部件1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 223、数控机床的换刀装置1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类（1）换刀形式）换刀形式 回转刀架换刀回转刀架换刀 更换主轴头换刀更换主轴头换刀（图1）使用刀库换刀使用刀库换刀（图2）（图1）（图2）23 刀具交换方式常有两种：(a)刀库与机床主轴的相对 (b)机械手交换刀具（2 2）刀具交换装置）刀具交换装置 1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类(b)24（3)3)刀库刀库 刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一，其容量、布局及具体结构对数控机床的总体设计有很大影响。刀库容量刀库容量 选刀方式选刀方式 a.

16、顺序选刀 b.任意选刀1.2 数控机床的组成和分类数控机床的组成和分类 251.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 1.3.1 1.3.1 1.3.1 1.3.1 计算机数控系统的组成计算机数控系统的组成1.3.2 1.3.2 CNC的的控制原理控制原理1.3.3 1.3.3 CNC的软件系统的软件系统1.3.4 1.3.4 CNC的硬件系统的硬件系统1.3.5 1.3.5 典型典型CNC系统实例系统实例26 1.3.11.3.1计算机数控系统的组成计算机数控系统的组成1 1、CNC系统的组成系统的组成程序程序输入输入设备设备输出输出设备设备CNC装置装置PLC 位置

17、位置检测器检测器进给进给电机电机机床机床主轴主轴电机电机主轴主轴控制控制单元单元速度速度控制控制单元单元1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 272 2、CNCCNC装置的结构装置的结构(1)CNC(1)CNC装置的一般硬件结构装置的一般硬件结构设备层设备层机床机床机器人机器人测量机测量机显示设备显示设备输入输入/输输出设备出设备其他设备其他设备接接 口口计算机基本系统计算机基本系统设备支持层设备支持层人机控制人机控制运动控运动控制制PMC其他其他I/O1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 28CNC装置硬件组成装置硬件组成CPUEPRO

18、MRAMIN接口接口OUT接口接口纸带纸带阅读机阅读机MDI/CRT接口接口位置位置控制控制其它其它接口接口总线总线1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 29(2)(2)CNC装置软件的功能性结构装置软件的功能性结构操作系统操作系统管理软件管理软件零零件件操操作作系系统统显显 示示 处处 理理人人 机机 交交 互互输输入入输输出出管管理理编编 译译 处处 理理刀刀具具半半径径补补偿偿速速 度度 处处 理理插插 补补 运运 算算控制软件控制软件1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 30(3)(3)CNC硬件、软件的作用和相互关系硬件、软件的

19、作用和相互关系CNC装置的硬件和软件构成了装置的硬件和软件构成了CNC装置的系统平台装置的系统平台：数控加工系统数控加工系统 CNCCNC装置的系统平台装置的系统平台被控设备被控设备机机 床床机器人机器人测量机测量机 根据用户根据用户要求开发要求开发 应用应用 软件软件控控 制制软软 件件管管 理理 程程 序序 操作系统操作系统 硬硬 件件接接 口口1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 31 该平台提供该平台提供CNC装置基本配置的必备功能装置基本配置的必备功能 该平台根据用户要求进行功能设计和开发该平台根据用户要求进行功能设计和开发 CNC平台的建构方式就是平台的

20、建构方式就是CNC装置的体系结构。装置的体系结构。该平台由以下该平台由以下两两个方面的含义个方面的含义:3、CNC装置的功能装置的功能基本基本功能功能选择选择功能功能数控系统基本配置的功能，即必备的功能数控系统基本配置的功能，即必备的功能用户可以根据要求选择的功能用户可以根据要求选择的功能1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 324 4、CNC系统的特点系统的特点(1)(1)灵活性大灵活性大只要改变系统软件，就可改变和扩展其功能，只要改变系统软件，就可改变和扩展其功能，补充新技术，延长硬件结构的使用期补充新技术，延长硬件结构的使用期(2)(2)通用性强通用性强硬件有

21、多种通用的模块化结构，易于扩展硬件有多种通用的模块化结构，易于扩展(3)(3)可以实现复杂的功能可以实现复杂的功能如高次曲线插补、动静态图形显示等功能如高次曲线插补、动静态图形显示等功能1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 33(4)(4)可靠性高可靠性高(5)(5)使用维修方便使用维修方便许多功能由软件实现，硬件结构大大简化许多功能由软件实现，硬件结构大大简化,用大规模和特大规模通用和专用集成电路用大规模和特大规模通用和专用集成电路CNCCNC的诊断程序使维修非常方便的诊断程序使维修非常方便(6)(6)易于实现机电一体化易于实现机电一体化半导体集成电路技术的发展和

22、采用先进的半导体集成电路技术的发展和采用先进的制造安装技术制造安装技术,使使CNCCNC装置尺寸大为缩小。装置尺寸大为缩小。1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 34K9MK9M铣床数控系统（立式铣床数控系统（立式1 1）1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 35K9MK9M铣床数控系统（箱式）铣床数控系统（箱式）1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 36K9TK9T铣床数控系统（箱式）铣床数控系统（箱式）1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 375 5、几个典型的、几个典型的CNC

23、系统系统 (1)美国艾美国艾伦伦 勃勃兰兰特雷公司本世特雷公司本世纪纪7070年代中期生年代中期生产产的的73607360系系统统，是世界上第一个，是世界上第一个CNC系系统统，是，是该该公公司于司于19711971年公布的。年公布的。(2)(2)世界著名控制系统制造商日本富士通法努克在世界著名控制系统制造商日本富士通法努克在本世界本世界7070年代中期生产的年代中期生产的System 7 7，包括，包括7 7T和和7 7M两种。两种。(3)(3)美国著名的飞机制造公司麦克唐纳美国著名的飞机制造公司麦克唐纳 道格拉斯道格拉斯公司生产的公司生产的Actrion，是一个典型的分布式微型计是一个典型

24、的分布式微型计算机数控系统。算机数控系统。1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 38CNCCNC装装置置数数据据转转换换流流程程如如图图加加工工程程序序译译 码码刀刀 补补 处处 理理速速度度预预处处理理插插 补补 处处 理理位位 置置 处处 理理伺伺 服服 驱驱 动动刀补刀补缓冲区缓冲区运行运行缓冲区缓冲区PLC控制控制译码译码缓冲区缓冲区位置位置反馈反馈插补插补缓冲区缓冲区 1.3.2 1.3.2 CNC的控制原理的控制原理1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 39 1 1、程序程序的输入的输入零件加工程序零件加工程序的输入流程。的输

25、入流程。穿孔输出穿孔输出存存 储储 器器修正修正删除删除插入插入阅读机阅读机键键 盘盘无带运转无带运转1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 40（1 1）存数过程）存数过程（2 2）取数过程）取数过程纸纸 带带零件程序零件程序零件程序零件程序缓冲器缓冲器零件程序零件程序存储器存储器零件程序零件程序存储器存储器零件程序零件程序缓冲器缓冲器译译 码码1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 41（3 3）程序的修改）程序的修改 CNC系统中通常的工作方式为系统中通常的工作方式为存储器工作方式存储器工作方式。用用键盘命令键盘命令调出零件程序存储器中

26、指定的零件调出零件程序存储器中指定的零件 程序。程序。阅读机阅读机零件程序存储器零件程序存储器MDI键盘键盘零件程序缓冲器零件程序缓冲器MDI缓冲器缓冲器译译 码码1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 42 2 2、译码、译码 将标准的数控代码翻译成本系统能识别的形式。将标准的数控代码翻译成本系统能识别的形式。如如 N042 042 G0101X40 40 Y20 20 F8080。识别代码，翻译成具有具体意义的数据形式，并存入对识别代码，翻译成具有具体意义的数据形式，并存入对应单元。应单元。取识取识拼数拼数分存分存 （3 3）过）过 程程（2 2）任务）任务（1

27、1）概）概 念念1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 433 3、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理（1）刀具半径补偿的基本概念）刀具半径补偿的基本概念 按零件轮廓编制的按零件轮廓编制的程序和预先设定的偏程序和预先设定的偏置参数，数控装置能置参数，数控装置能实时自动生成刀具中实时自动生成刀具中心轨迹的功能。实线心轨迹的功能。实线为零件轮廓为零件轮廓,虚线为刀虚线为刀具中心轨迹。具中心轨迹。刀具刀具刀具中心刀具中心轨迹轨迹编程编程轨迹轨迹刀具半径补偿功能的概念刀具半径补偿功能的概念1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 44刀具半径补偿功能的

28、主要用途刀具半径补偿功能的主要用途（a a）由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径变由于刀具的磨损或因换刀引起的刀具半径变化，不必重新编程，只须修改相应偏置参数。化，不必重新编程，只须修改相应偏置参数。（b b）加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，）加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，而不必为粗、精加工各编制一个程序。而不必为粗、精加工各编制一个程序。1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 45刀具半径补偿的任务刀具半径补偿的任务 根据程序段的起点，终点坐根据程序段的起点，终点坐标以及标以及r r在起点、终点处的坐在起点、终点处的坐标分量标分量r x、r y，求出刀

29、具中，求出刀具中心的起点、终点坐标，核心心的起点、终点坐标，核心是求是求r 的分量。的分量。如图如图 B B点点 XB=XB+rx YB=YB+ry计算计算rx，ry RRyRxx xyRAA B B1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 46 园弧过渡型刀补园弧过渡型刀补:在硬件在硬件NCNC中，采用园弧过渡型中，采用园弧过渡型 刀补，故要增加一段园弧。刀补，故要增加一段园弧。非圆滑过渡处附加程序段非圆滑过渡处附加程序段 直线过渡型刀补直线过渡型刀补:求出刀具中心轨迹交点，再对求出刀具中心轨迹交点，再对 原来的编程轨迹作伸长或缩短的修正。原来的编程轨迹作伸长或缩短的

30、修正。1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 47刀具半径补偿的转接形式刀具半径补偿的转接形式（a）伸长型伸长型C点处于点处于JB与与DK的的延长线上延长线上XYYX0JBCDCBAE1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 48（b）缩短型）缩短型 编程轨迹编程轨迹OA、AF，刀具中心轨迹，刀具中心轨迹JB与与DK将在将在C点相交。这点相交。这样，相对于样，相对于OA和和AF而而言，缩短一个言，缩短一个CB与与CD的长度。的长度。KFJDXYOC C B BC CAXYX1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 49（

31、c）插入型）插入型AXXYY0CCJK KFBLHD1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 50刀具半径补偿的常用方法刀具半径补偿的常用方法刀具中心轨迹的段间连接都是圆弧。刀具中心轨迹的段间连接都是圆弧。B B刀补刀补C C刀补刀补相邻两段轮廓的刀具中心轨迹之间用相邻两段轮廓的刀具中心轨迹之间用直线连接。直线连接。1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 C C刀补的基本设计思想刀补的基本设计思想 刀具半径补偿是在译码之后进行，译码译出一刀具半径补偿是在译码之后进行，译码译出一 段并不立即进行刀补，译出的若是下一段，则段并不立即进行刀补，译出的

32、若是下一段，则 对本段进行刀补，而正在插补加工的是上一段。对本段进行刀补，而正在插补加工的是上一段。r rr rP Pi iP Pi-1i-1 r rr rP Pi+1i+1CNC系统专门设立了刀补缓冲区系统专门设立了刀补缓冲区CS.刀补过程是刀补过程是:1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 52P Pi-1i-1 r rBSBS缓冲寄存器缓冲寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区ASAS工作寄存器工作寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区P Pi iP Pi-1i-1P Pi-1i-1r rr rP Pi i1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理

33、 53r rr rP Pi iP Pi-1i-1 r rBSBS缓冲寄存器缓冲寄存器P Pi iCSCS刀补缓冲区刀补缓冲区ASAS工作寄存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器P Pi-1i-1P Pi-1i-1P Pi-1i-1BSBS缓冲寄存器缓冲寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区P Pi iASAS工作寄存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器P Pi-1i-1P Pi-1i-11.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 54BSBS缓冲寄存器缓冲寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区ASAS工作寄存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器P Pi ir rP P

34、i+1i+1BSBS缓冲寄存器缓冲寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区P Pi iASAS工作寄存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器r rr rP Pi iP Pi-1i-1 r rP Pi-1i-1P Pi+1i+1P Pi+1i+1P Pi iP Pi-1i-1P Pi+1i+1P Pi iP Pi-1i-11.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 55（2）刀具半径补偿的工作原理）刀具半径补偿的工作原理建立刀补建立刀补 执行刀补执行刀补 取消刀补取消刀补刀具轨迹中心刀具轨迹中心编程轨迹编程轨迹刀补进行刀补进行刀补建立刀补建立刀补撤销刀补撤销起始点起始点1.3计

35、算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 564 4、F F值计算值计算 开环系统采用步进电机作驱动元件开环系统采用步进电机作驱动元件,每输入一个脉冲，步进电机就转过一定的角度驱动每输入一个脉冲，步进电机就转过一定的角度驱动坐标轴进给一定距离坐标轴进给一定距离(mm/脉冲脉冲),),发送给步进电发送给步进电机的脉冲频率确定坐标轴进给速度机的脉冲频率确定坐标轴进给速度F(mm/min)，F与脉冲发送频率的关系如下与脉冲发送频率的关系如下:即即原理原理Ff f6060F=f60(mm/min)1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 57获得要求的脉冲发送频

36、率获得要求的脉冲发送频率f的方有：的方有：（1 1）软件延时法）软件延时法LDB，ALOOP：DECB 1 1Ti256256JRNZLOOP步进机每步执行的周期步进机每步执行的周期TiTi由下式决定由下式决定 Ti=t0101+Tcit t0101：主程每步插补运算所需时间主程每步插补运算所需时间 (us)Tci：装入：装入A A中延时控制字节中延时控制字节 11Tci256 256 t：每次循环的时间：每次循环的时间(us)1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 58(看小于额定最高运行频率看小于额定最高运行频率)延时期间，延时期间，CPU不能做其它工作。不能做其

37、它工作。不同的插补算法、插补类型，不同的插补算法、插补类型，t t0101也不相同，也不相同，这样就增加了软件的复杂性。这样就增加了软件的复杂性。改变改变Tci即改变即改变Ti，Tci，Ti，f t t0101越短越好，尽可能使插补程序精炼越短越好，尽可能使插补程序精炼 Tmin=t01+t (TciTci=1)=1)1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 59原理原理主机完成插补计算，中断服务子程输出主机完成插补计算，中断服务子程输出 脉冲，利用脉冲，利用CTC作定时器作定时器,实现定时中断。实现定时中断。CTC计数定时器的工作过程是：计数定时器的工作过程是：ff时

38、间常数时间常数TcTc减减1 1计数至计数至00产生中断产生中断,执行中断子程执行中断子程（2）定时中断方法定时中断方法 将时间常数送减将时间常数送减1 1计数器计数器,计数器减到计数器减到0 0时，向时，向CPU发出中断申请，发出中断申请，CPU接收这一申请接收这一申请,就立即就立即执行中断服务子程。执行中断服务子程。1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 604、插补原理插补原理（1 1）插补计算定义：）插补计算定义：数控装置根据输入的零件程序的信息，将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹，这种“数据密化”机能就称为“插补”

39、。N12 G00 X12 Y24N13 G01 X17 Y27 y 0 012241727X1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 （2 2）数据输出形式分类：）数据输出形式分类：脉冲增量插补脉冲增量插补 （步进电机）（步进电机）数据采样插补数据采样插补 （伺服电机）（伺服电机）脉冲增量插补 概概念念：通通过过向向各各个个运运动动轴轴分分配配脉脉冲冲，控控制制机机床床坐坐标标轴轴作作相相互互协协调调的的运运动动，从从而而加加工工出出一一定形状零件轮廓的算法。定形状零件轮廓的算法。这类插补算法是以这类插补算法是以脉冲脉冲形式输出，每插补形式输出，每插补运算一次，运算一次

40、，最多给每一轴一个最多给每一轴一个进给脉冲。进给脉冲。主要包括：主要包括：逐点比较法，逐点比较法，逐点比较法，逐点比较法，DDADDADDADDA积分法积分法积分法积分法1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 （3 3）逐点比较法）逐点比较法基本原理：基本原理：每走一步都要将加工点的瞬时坐标与规定的图形轨迹相比较判断一下偏差，然后决定下一步的走向,这样就能得到一个非常接近规定图形的轨迹。分类：直线插补、圆弧插补分类：直线插补、圆弧插补圆弧插补N12G00X4Y3N13G03X0Y5R55 54 43 3y0XR RA(5,3)12345678OYX1.3计算机数控计算

41、机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 偏差判别 进 给偏差计算终点判别逐点比较法流程框图逐点比较法流程框图 逐点比较法的程序流程如图。逐点比较法的程序流程如图。一个插补循环由一个插补循环由偏差判别偏差判别、进给进给、偏差计算偏差计算和和终点判别终点判别四个工作节四个工作节拍组成。拍组成。A(5,3)12345678OYX1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 逐点比较法直线插补OYXAPF 0F 0第2章计算机数字控制系统若加工点P 在直线OA上方时，则若加工点P 在直线OA下方时，则若加工点在直线OA上时，则（a）偏差函数加工一象限直线OA为例：偏差函数:1

42、.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 OYXAP若Fi0 则沿+Y轴进给一步 新坐标：Xi+1=Xi,Yi+1=Yi+1 新偏差：Fi+1=Fi+XeP 若 Fi 0 则沿+X轴进给一步 新坐标：Xi+1=Xi+1,Yi+1=Yi 新偏差：Fi+1=Yi+1Xe-Xi+1Ye PP偏差情况 进给方向偏差计算+X+Y直线插补计算过程（b）直线插补计算 =YiXe-（Xi+1）Ye =YiXe-XiYe-Ye =Fi-Ye1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 （c）逐点比较法插补程序流程图n 是插补循环数Fi 是第i个插补循环时偏差函数值。OY

43、XA(5,3)0 n,0 Fi原地等待Fi0？进给方向+x进给方向+yY插补结束NYNNFi0？YNYNNFi0？YNYNN 0 n,0 Fi原地等待插补时钟Fi0？进给方向+x进给方向+yY插补结束NYNNFi0？YNYNNFi0？YNYNN1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 OYXA(5,3)脉冲个数偏差判别进给方向偏差计算终点判别0E=8例：逐点比较法加工直线OA，并画出插补轨迹1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 1+XE=E-1=8-1=702 +YE=E-1=7-1=603+XE=E-1=6-1=504+YE=E-1=5-1

44、=405+XE=E-1=4-1=306+XE=E-1=3-1=207+YE=E-1=2-1=108+XE=E-1=1-1=0到终点12345678插补轨迹1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 OA(5,3)YX69（d）四象限直线插补X-XY-YL1L2L3L4线线 型型偏差计偏差计算算进进 给给偏差计偏差计算算进进 给给F0FR P若点 在圆弧内侧，则有RpRP逐点比较法圆弧插补的偏差函数定义为：RRpABF0XYOP第2章计算机数字控制系统2202022RYXYXii=+=+（a）偏差函数1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 71P设

45、点 在圆弧外侧或圆弧上，(F0)可计算出新加工点偏差为P设点 在圆弧内侧，(F0)可计算出新加工点偏差为1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 0 n,0 Fi原地等待插补时钟F 0？进给方向-x进给方向+yY插补结束NYN（b）逐点比较法圆弧插补流程图1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 例：加工图示逆圆弧AB，起点A(6,0)，B(0,6),试对其进行插补，并画出插补轨迹。AB(6,0)(0,6)1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 脉冲个数偏差判别进给方向偏差计算坐标计算终点判别1F0=0-XF1=F0-2

46、X0+1=0-26+1=-11X1=X0-1=6-1=5Y1=Y0=02F1=-110+YF2=F1+2Y1+1=-11+0+1=-10X2=X1=5Y2=Y1+1=13F2=-100+Y4F3=-70+Y5F4=-20-X7F6=-40-X9F8=-20-X11F10=+40-X12F11=10-X1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 ABXYO圆弧插补轨迹图(6,0)(0,6)1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 （c c）四个象限顺圆、逆圆插补表四个象限顺圆、逆圆插补表走向走向走走 步步 条条 件件计计 算算 公公 式式+X+X第一

47、象限、顺圆、第一象限、顺圆、F0F0XnXnXnXn1 1FnFn1 1FnFn2Xn2Xn1 1XeXeXnXn1 10 0？第二象限、顺圆、第二象限、顺圆、F0F0第三象限、逆圆、第三象限、逆圆、F0F0第四象限、逆圆、第四象限、逆圆、F0F0X X第一象限、逆圆、第一象限、逆圆、F0F0XnXnXnXn1 1FnFn1 1FnFn2Xn2Xn1 1XeXeXnXn1 10 0？第二象限、逆圆、第二象限、逆圆、F0F0第三象限、顺圆、第三象限、顺圆、F0F0第四象限、顺圆、第四象限、顺圆、F0F01.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 77圆弧插补表走向走向走走

48、步步 条条 件件计计 算算 公公 式式+Y+Y第一象限、逆圆、第一象限、逆圆、F0F0YnYnYnYn1 1FnFn1 1FnFn2Yn2Yn1 1YeYeYnYn1 10 0？第二象限、顺圆、第二象限、顺圆、F0F0第三象限、顺圆、第三象限、顺圆、F0F0第四象限、逆圆、第四象限、逆圆、F0F0-Y-Y第一象限、顺圆、第一象限、顺圆、F0F0YnYnYnYn1 1FnFn1 1FnFn2Yn2Yn1 1YeYeYnYn1 10 0？第二象限、顺圆、第二象限、顺圆、F0F0第三象限、逆圆、第三象限、逆圆、F0F0第四象限、逆圆、第四象限、逆圆、F0FYe,即即X轴累加溢出脉冲总数多于轴累加溢出

49、脉冲总数多于Y轴轴,累加最有效的情况是累加最有效的情况是,每次累加每次累加,X轴都有脉冲溢轴都有脉冲溢 出出,Y轴则不一定轴则不一定,于是选累加次数于是选累加次数m=Xe，则，则 K=1/Xe.将将(3)(3)式改写成：式改写成：1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 86每次累加每次累加1.1.X轴必有脉冲溢出轴必有脉冲溢出,(,(不必要进行累加计算不必要进行累加计算)2.2.Y轴的累加结果大于或等于轴的累加结果大于或等于m(Xe)时才产生时才产生 溢出溢出,发出一个脉冲发出一个脉冲,故故m m又称为溢出基值又称为溢出基值.作为是否有脉冲溢出的判别条件作为是否有脉冲

50、溢出的判别条件作为终点判别条件作为终点判别条件溢出余值溢出余值m1.3计算机数控计算机数控（CNC）系统的基本原理系统的基本原理 87 设有设有x1 1、x x2 2x xp p个坐标轴同时插补，则令个坐标轴同时插补，则令 m=max xx1 1,x,x2 2,x,xp p，m m对应的轴对应的轴xm称为称为 主导轴主导轴每次累加，主导轴必有脉冲溢出，每次累加，主导轴必有脉冲溢出，而其余轴而其余轴 推广到推广到P个坐标轴同时插补的情况。个坐标轴同时插补的情况。即以终点坐标作为被积函数即以终点坐标作为被积函数(增量增量)进行累加，进行累加，累加结果大于或等于累加结果大于或等于m时时,产生溢出产生