第四章 刀具半径补偿与加减速控制

1、第四章第四章 刀具半径补偿与加减速控制刀具半径补偿与加减速控制 2022-4-104.1 4.1 刀具半径补偿刀具半径补偿 定义：将编程时工件轮廓数据转换成刀具中心轨迹数据。定义：将编程时工件轮廓数据转换成刀具中心轨迹数据。 种类：长度补偿和半径补偿。种类：长度补偿和半径补偿。 1 1）B B功能刀具半径补偿计算功能刀具半径补偿计算 直线加工时刀具补偿直线加工时刀具补偿图图4.28 4.28 直线刀具补偿直线刀具补偿 VSVSYXA(x,y)A(x,y)yxOO ryyyxxxAKAXOA2222cossinyxxrryyxyrrx2222yxrxyyyxryxx2022-4-10圆弧加工时刀

2、具半径补偿圆弧加工时刀具半径补偿 图图4.29 4.29 圆弧刀具半径补偿圆弧刀具半径补偿r(x0,Y 0)(xe,Y e)(Xe,ye,yyyxxxeeeeBKBBOXRyrryRxrrxeesincosRryyyRrxxxeeeeee4.3.2 输入和数据处理 2022-4-10 * * B B功能刀具半径不能处理尖角过渡问题功能刀具半径不能处理尖角过渡问题 VSVS 图图4.30 B4.30 B刀补的交叉点和间断点刀补的交叉点和间断点ABC”CBAG41刀具刀具G42刀具刀具编程轨迹编程轨迹刀具中心轨迹刀具中心轨迹C4.3.2 输入和数据处理 2022-4-10 2 2）C C功能刀具半

3、径补偿功能刀具半径补偿 处理两个程序段间转接（即尖角过渡）的各种情况处理两个程序段间转接（即尖角过渡）的各种情况。 图图4.31 4.31 由由NCNC到到CNCCNC刀补的改进措施刀补的改进措施工作寄存器工作寄存器AS输出寄存器输出寄存器OS缓冲寄存器缓冲寄存器BS工作寄存器工作寄存器AS输出寄存器输出寄存器OS缓冲寄存器缓冲寄存器BS刀具补偿缓冲刀具补偿缓冲区区CS工作寄存器工作寄存器AS输出寄存器输出寄存器OSa)NCa)NC方式方式b)b)改进的改进的NCNC方式方式c)CNCc)CNC方式方式2022-4-10 图图4.32 G414.32 G41直线与直线转接情况直线与直线转接情况

4、VSVS2022-4-10VSVS4.2 4.2 速度处理和加减速控制速度处理和加减速控制 1.1.进给速度计算进给速度计算开环系统开环系统: : 速度通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。速度通过控制向步进电机输出脉冲的频率来实现。 速度计算的方法是根据程编的速度计算的方法是根据程编的F F值来确定该频率值。值来确定该频率值。半闭环和闭环系统半闭环和闭环系统: : 采用数据采样方法进行插补加工采用数据采样方法进行插补加工 速度计算是根据程编的速度计算是根据程编的F F值，将轮廓曲线分割为采样值，将轮廓曲线分割为采样周期的轮廓步长。周期的轮廓步长。 2022-4-10VSVS （1 1）开环

5、系统进给速度的计算）开环系统进给速度的计算 脉冲的频率决定进给速度。脉冲的频率决定进给速度。 （4.74.7） 为脉冲当量，单位：为脉冲当量，单位：mm mm ，则则 （4.84.8）两轴联动时，各坐标轴速度为两轴联动时，各坐标轴速度为: : 合成速度（即进给速度）合成速度（即进给速度）V V为为 （4.94.9） min)/mm(60f F 60Ff xxf60v yyf60v FvvV2y2x 2022-4-10（2 2）半闭环和闭环系统的速度计算）半闭环和闭环系统的速度计算: : 确定一个采样周期的轮廓步长和各坐标轴的进给步长。确定一个采样周期的轮廓步长和各坐标轴的进给步长。直线插补直线

6、插补速度计算速度计算：a)a)程序段投影程序段投影 L Lx x=x=xe e-x-x0 0 L Ly y=y=ye e-y-y0 0 b)b)直线方向余弦直线方向余弦 coscos=L=Lx x/L cos/L cos=L=Ly y/L/Lc)c)一个插补周期的步长（一个插补周期的步长（ L L ） L=L=（1/601/60）F Ft t，速度，速度F F单位：单位：mm/minmm/min，插补周期，插补周期t t单位：单位：msms， L L单位单位: :m md)d)各坐标轴在一个采样插补周期的运动步长各坐标轴在一个采样插补周期的运动步长x =x =L Lcoscos=Fcos=Fc

7、ost/60 (t/60 (m) m) y =y =L Lsinsin=Fsin=Fsint/60 =t/60 =L Lcoscos= Fcos= Fcost/60 (t/60 (m)m)VSVSYYOOXXXXYYA(X0 ,Y0)ABB(Xe ,Ye)A(X0,Y0)B(Xe ,Ye)ABLLXLY2022-4-10VSVS圆弧插补时速度计算（插补原理不同，计算方法也不同）圆弧插补时速度计算（插补原理不同，计算方法也不同） 步长分配系数 （速度系数） 116060/cosidiiiJRtJFtFx116060/sinidiiiIRtIFtFyRtFd60tFRNd601RFFRN dJ J

8、I IX XY YO OA AO OE EA Ai-1i-1A Ai iC C( (I IO O,J,JO O) )X Xi iY Yi iI Ii-1i-1J Ji-1i-1R R2022-4-10VSVS2.2.进给速度控制进给速度控制 常用的常用的控制控制方法方法：计时法计时法 用于脉冲增量插补。用于脉冲增量插补。时钟中断法时钟中断法 用软件控制每个时钟周期内的插补次数，达用软件控制每个时钟周期内的插补次数，达 到速度控制的目的。到速度控制的目的。积分法积分法 LV2022-4-10VSVS（1 1）程序计时法）程序计时法原理原理用途：点位直线控制系统。脉冲增量。空运转等待时间越用途：点

9、位直线控制系统。脉冲增量。空运转等待时间越短，发出进给脉冲频率越高，速度就越快。短，发出进给脉冲频率越高，速度就越快。每次插补运算后每次插补运算后的等待时间的等待时间插补运算时间插补运算时间 进给速度要求的进给脉冲间隔时间进给速度要求的进给脉冲间隔时间2022-4-10VSVS（2 2）时钟中断法）时钟中断法 原理：原理：求一种时钟频率，用软件控制每个时钟周期内求一种时钟频率，用软件控制每个时钟周期内 的插补次数。的插补次数。 适用：脉冲增量插补原理适用：脉冲增量插补原理（3 3）设置）设置V/LV/L积分器方法积分器方法 DDADDA插补方法中，速度插补方法中，速度F F代码是用进给速度数（

10、代码是用进给速度数（FRNFRN）给）给定的。将定的。将FRNFRN作为与坐标积分器串联之速度积分器的被积函作为与坐标积分器串联之速度积分器的被积函数，使用经计算得到的累加频率，可产生适当的速度积分数，使用经计算得到的累加频率，可产生适当的速度积分器溢出频率。将它作为坐标积分器的累加频率，就能使器溢出频率。将它作为坐标积分器的累加频率，就能使DDADDA插补器输出的合成速度保持恒定。插补器输出的合成速度保持恒定。2022-4-103.3.数据采样原理数据采样原理CNCCNC装置的加、减速控制装置的加、减速控制 加减速控制目的：加减速控制目的：保证机床在启动或停止时不产生冲击、保证机床在启动或停

11、止时不产生冲击、 失步、超程或振荡失步、超程或振荡 方法：方法： 插补前加减速控制插补前加减速控制 插补后加减速控制插补后加减速控制 瞬时速度与稳定速度瞬时速度与稳定速度 V V= =THK/THK/(60(601000)1000)加减速曲线加减速曲线 指数加减速指数加减速 线性加减速线性加减速 钟形加减速钟形加减速 S S曲线加减速曲线加减速2022-4-10VSVS插补前加减速控制插补前加减速控制 插补后加减速控制插补后加减速控制 原理原理 对合成速度（程编指令对合成速度（程编指令速度速度F）进行控制）进行控制 对各运动坐标轴分别进对各运动坐标轴分别进行加减速控制行加减速控制 优点优点 不影响实际插补输出的不影响实际插补输出的位置精度位置精度 不需预测减速点，在插不需预测减速点，在插补输出为补输出为0时，开始减速，时，开始减速，并通过一定的时间延迟并通过一定的时间延迟逐渐靠近程序段终点。逐渐靠近程序段终点。 缺点缺点 需预测减速点，这要根需预测减速点，这要根据实际刀具位置与程序据实际刀具位置与程序段之间距离来确定，计段之间距离来确定，计算工作量大。算工作量大。 合成位置可能不准确，合成位置可能不准确，但这种影响只在加减速但这种影响只在加减速过程，进入匀速状态后，过程，进入匀速状态后，这种影响就不存在了。这种影响就不存在了。 加减速控制方式2