【数控加工】数控系统原理介绍(doc10页)

1、数控系统原理介绍（doc 10页）咅部门：XXX时间：XXX整理范文，仅供参考，可下载自行编辑第二章 数控系统原理2.1 插补理论简介在 CNC 数控机床上，各种轮廓加工都是通过插补计算实现的，插补计算的 任务就是对轮廓线的起点到终点之间再密集的计算出有限个坐标点，刀具沿着 这些坐标点移动，来逼近理论轮廓。插补方法可分两大类：脉冲增量插补和数据采样插补。脉冲增量插补是控制单个脉冲输出规律的插补方法。每输入一个脉冲，移 动部件都要相应的移动一定距离，这个距离成为脉冲当量。因此，脉冲增量插 补也叫做行程标量插补。如逐点比较法、数字积分法。根据加工精度的不同， 脉冲当量可取 0.010.001mm移

2、动部件的移动速度与脉冲当量和脉冲输出频 率有关，由于脉冲输出频率最高为几万Hz,因此，当脉冲当量为0.001mm时,最高移动速度也只有 2m/min。脉冲增量插补通常用于步进电机控制系统。数字增量插补法（也称数据采样插补法）是在规定的时间（称作插补时间）内，计算出各坐标方向的增量值（X, 丫，Z）,刀具所在的坐标位置及其它 一些需要的值。这些数据严格的限制在一个插补时间内（如8mS计算完毕，送给伺服系统，再由伺服系统控制移动部件运动。移动部件也必须在下一个插 补时间内走完插补计算给出的行程，因此数据采样插补也称作时间标量插补由于数据采样插补是用数值量控制机床运动，因此，机床各坐标方向的运 动速

3、度与插补运算给出的数值量和插补时间有关。根据计算机运行速度和加工精度不同，有些系统的插补时间选用， 12ms 10.24ms、8ms对于运行速度较 快的计算机有的已选 2mso现代数控机床的进给速度已超过15m/min，达到30m/min，有些已到 60m/min.数据采样法适用于直流伺服电机和交流伺服电机的闭环和半闭环控制系统。2.2插补原理逐点比较法逐点比较法是我国数控机床和线切割机应用很广的一种插补运算方法。它的特点是加工每走一步，就进行一次偏差计算和偏差判别，即比较到达的新位 置和理想线段上对应点的理想位置坐标之间的偏差程度，然后根据偏差大小确 定下一步的走向。采用这种方法，既能加工直

4、线轮廓，又能加工圆弧曲线轮 廓。插补加工一般按偏差判别、进给、偏差计算和终点判别等4步进行，现以直线插补和圆弧插补为例说明逐点比较法的工作原理。1.直线插补原理(1) 偏差判别 如图2.1，设被加工的直线OP在第一象限，A、A'和A为处在等高线上的3个加工点，当加工点 A偏离到OP的上边A 时，有a >a；当偏离到OP的下边A'时，有a' <a；当加工点A落在直 线OP上时，有：° Yi Yetan a =Xi Xe由此可得直线OP的方程式：式中F表示偏差，根据F可以判断加工点A偏离直线0P的情况，也就是当:F>0 时,A点在直线的上边，为了

5、减少误差应给 X方向走一步;F<0 时,A点在直线的下边，加工时应给 丫方向走一步;F=0 时,A点在直线上，加工时应给X方向走rh.P(Xe,Ye)Fe(Xe,Ye)Ag ,Y “)A(X,Yi)A3(X3,Y3)Ai(Xi ,Yi)A2(X2,Y2)"| ” a i aAo(Xo,Yo)图2.1直线插补偏差判别图2.2直线插补F= Yi XeYe Xi=0(2) 进给知道偏差F就可以决定加工的进给方向。例如当加工的一个点Ai在直线OP的上边时，为了使其加工时不偏离直线太远，它应象X方向走一步，即进给为 X+1 (见图2.2 )。而在到达 A点后，如在进给应是 丫方 向，即进

6、给 丫+1。也就是当加工点位置已知时，根据偏差F就可以决定进给方向，即F >0,沿X方向的进给为 X X+1;F<0时，沿丫方向的进给为 Y Y+1(3) 偏差计算 加工时每走一步要作一次偏差计算，由此得出F后，再确定进给方向。为了插补运算方便，偏差计算可用下述方法导出的简便公式进 行。设直线OP的终点坐标为Xe Ye,点A的坐标为X、丫1,由此可计算出 A点的偏差:F= Y1Xe- YeX1F= Yi XeYe Xi=0如果Fi>0,进给应是向X方向走一步到达 A点。这时A的坐标为X=X+1、 丫2=丫1、因而A点的偏差为：F2 =YXe-YeX=YiXe-Ye（ X+1）

7、=（YiXe-YeX）-Ye=Fi-Ye由于F2<0（A点在直线下边），应向丫方向进给，因而可求得 A3点的偏差 如下：F3=YXe-YeX3=（Y2+1） Xe-YeX=（Y2Xe-YeX） +Xe=F2+Xe根据以上的结论，可归纳出第一象限的直线 L1的加工计算公式和进给方向 如表2.1所示。基于这样的方法不难推出第 2、3、4象限的直线偏差计算的公 式，如图2.3和表2.2所示由此可见，逐点计算偏差的方法，可把F= Ya Xe Ye Xa的运算公式化为F-F±Xe或F-F± Ye的简单计算，进给方向可根据 F值 的正负确定。只要根据表2-2，对不同象限的直线加工

8、，米用不同 的计算公式和进给就可以了。偏差符号F>0F<0偏差计算FF-YF F+X进给+ X+ 丫表2.1表2.2、F<0LFa 0JFa 0F<0OF<0F>0l/Fa 0F<0 弋 LXY图2.3不同象限偏差与进给的关系2.4终点判别计数方向线型F>0F<0进给偏差计算进给偏差计算LiL3+ X-XFT-Y+ 丫-丫F+XL2L4+ 丫-丫FT-X+ X-XF+Y用X方向计数Gx还是采用丫方向计数Gy?为保证不漏步，应选用Xe和Ye中的较大者的坐标值作判终计数值。一般是以 45°为界，按图2.4确定。也就是 说，对Li来说，

9、如 a <45°,应采用 X方向的总步数 Gx来控制终点；如 a >45°,则用丫方向的总步数Gy,以此判断加工是否到达终点.2.3插补原理数字积分法数字积分法插补是脉冲增量插补的一种，它是用数字积分的方法计算刀具沿 各坐标轴的移动量，从而使刀具沿着设定的曲线运动。实现数字积分插补计算 的装置称为数字积分器，或数字微分器 (Digital Differential Analyzer, DDA)，数 字积分器可以用软件来实现。数字积分器具有运算速度快，脉冲分配均匀，可 以实现一次、二次曲线的插补和各种函数运算，而且易于实现多坐标联动，但 传统的DDA插补法也有速度调节不方便，插补精度需要采取一定措施才能满足 要求的缺点，不过目前CNC数控系统中多采用软件实现DDA插补时，可以很容 易克服以上缺点，所以DDA插补是目前使用范围很广的一种插补方法。它