数控技术华侨大学

数控技术谢明红研究员第一部分绪论数控技术涉及学科机械、控制、计算机、电子涉及课程：数控技术、微机原理及接口技术、控制工程、汇编语言、数据结构、C语言、数字电路、模拟电路、机床、工艺

数控系统概况1）国外数控系统

FUNUCSIMENS三菱NUMHAASFAGOR2）国内数控系统凯恩帝华兴广州数控华中数控蓝天数控航天数控FANUC

0i

MODEL

C

系列

最大控制轴数/最大同时控制轴数：4轴

FANUCSeries160i/180i/210i/160is/180is步进电机和驱动器42、57、86、90、110、130相数2、3、52相，步距角1.8度，3相，1.2度5相，步距角0.72度交流伺服电机和驱动器三菱J3S安川YSKAWA三洋伺服、富士伺服东源伺服、华中伺服数控机床床组成输入输出设备数控装置伺服系统机床本体测量反馈馈装置数控机床床组成图图1.2数数控控机床分分类按机械加加工的运运动轨迹迹分类(1)点点位控制制数控机机床(2)轮轮廓控制制数控机机床按伺服系系统的控控制原理理分类(1)开开环控制制数控机机床(2)半半闭环控控制数控控机床(3)闭闭环控制制数控机机床

工作台减速器开环控制制系统框框图步进电机控制电路数控装置输入

数控装置控制电路伺服电机工作台速度检测测元件转角检测测元件半闭环控控制系统统框图速度反馈馈位置反馈馈输入工作台

数控装置控制电路伺服电机闭环控制系统框图速度检测元件位置检测元件位置反馈速度反馈输入按功能水水平分(1)高高档型(2)普普及型(3)经经济型按工艺用用途分(1)金金属切削削机床(2)金金属成型型机床(3)特特种加工工机床(4)其其它类型型机床1.3数数控加加工的原原理、特特点及应应用1.3.1数控控加工原原理加工程序序译码刀补计算算插补计算算伺服控制制和PLC控制制1.3.2数数控加工工特点及及应用范范围适应不同同零件生产效率率和加工工精度高高功能复合合程序高高，一机机多用1.4.1数数控的指指标与功功能1.数控控机床的的指标1）行程程范围2））工作台台面尺寸寸3））承载能能力4）主轴轴功率和和进给轴轴扭矩5）控控制轴数数和联动动轴数2.数控控机床的的精度指指标1）几何何精度2））位置精精度3.数控控机床的的性能指指标1）最高高主轴转转速和最最大加速速度2）最高高快移速速度和最最高进给给速度3）分辨辨率和脉脉冲当量量1.4数数控指指标和功功能1.4.2数数控系统统的指标标与功能能1.数控控系统指指标1））插插补补精精度度2））位位置置指指令令范范围围3））通通道道数数（（控控制制轴轴数数））4））最最大大联联动动轴轴数数5））可可靠靠性性指指标标6））其其它它2.数数控控系系统统功功能能1））控控制制功功能能2））准准备备功功能能3））插插补补功功能能4））进进给给功功能能5））主主轴轴功功能能6））辅辅助助功功能能数控控车车床床数控控铣铣床床加工工中中心心五轴轴加加工工中中心心机器器人人控控制制数控控激激光光加加工工机机数控控水水切切割割机机CNCCADCAMCAD/CAM软软件件FMSCIMSCAPPCAE第二二部部分分数数控控编编程程1.手手工工编编程程和和自自动动编编程程2.对对刀刀点点原原则则设计计基基准准或或工工艺艺基基准准，，如如孔孔中中心心对刀刀方方便便位位置置，，便便于于观观察察和和检检测测便于于坐坐标标计计算算安全全换换刀刀位位置置3.加加工工路路径径减少少空空行行程程切向向切切入入和和切切出出，，引引刀刀线线走刀刀路路线线（（水水平平，，垂垂直直，，环环形形等等））4.编编程程误误差差（（径径向向允允差差））（一一））工工艺艺分分析析平面面孔孔系系加加工工旋转转体体类类零零件件加加工工平面面轮轮廓廓零零件件加加工工立体体轮轮廓廓表表面面加加工工二轴轴半半加加工工三轴轴联联动动四轴轴联联动动五轴轴联联动动（二二））加加工工方方法法机床床坐坐标标系系机机床床原原点点工件件坐坐标标系系工工件件零零点点绝对对编编程程相对对编编程程重复复精精度度定位位精精度度脉冲冲当当量量轴名名的的确确定定Z坐坐标标轴轴X坐坐标标轴轴Y坐坐标标轴轴（二二））数数控控机机床床坐坐标标系系G代代码码G00空空行行程程G01直直线线G02顺顺园园G03逆逆园园G90绝绝对对编编程程G91相相对对编编程程G04G41左左刀刀补补G42右右刀刀补补G40取取消消刀刀补补G17(XY)G18(XZ)G19(YZ)G54G55G56定定坐坐标标系系G73,G80~G83,G88,G89其它它指指令令M00程程序序停停止止M01计计划划停停止止M02程程序序结结束束M03主主轴轴顺顺时时针针M04主主轴轴逆逆时时针针M05主主轴轴停停止止M07，，M082号号，，1号号冷冷却却液液开开M09冷冷却却液液关关T,S,F,N,%()R,UVW起刀点刀补建立刀补进行刀补撤销编程轨迹刀具中心轨迹刀具具半半径径补补偿偿直线线与与直直线线园弧弧与与直直线线直线线与与园园弧弧园弧弧与与园园弧弧缩短短型型：：矢矢量量夹夹角角αα≥≥180°°刀具具中中心心轨轨迹迹短短于于编编程程轨轨迹迹的的过过渡渡方方式式。。伸长长型型：：矢矢量量夹夹角角90°°≤≤αα＜＜180°°刀具具中中心心轨轨迹迹长长于于编编程程轨轨迹迹的的过过渡渡方方式式。。插入入型型：：矢矢量量夹夹角角αα＜＜90°°在两两段段刀刀具具中中心心轨轨迹迹之之间间插插入入一一段段直直线线的的过过渡渡方方式式。。绝对对编编程程G00X0Y0G42G01X10Y10G01X30G03X40Y20J10G02X30Y30J10G01X10Y20G01Y10G40G00X0Y0相对对编编程程G00X0Y0G42G91G01X10Y10G01X20G03X10Y10J10G02X-10Y10J10G01X-20Y-10G01Y-10G40G90G00X0Y0N01G00X-20Y-20N02G00X0Y0N03G01X0Y39.57N04G02X10Y49.57I10J0N05G01X31.09N06G03X64.92Y46.95I-18.83J-23.36N07G02X89.06Y43.77I10J-17.32N08G01X103.2Y29.63N09G01Y10N10G02X93.2Y0I-10J0N11G01X74.92N12G03X24.92I-25J-54.54N13G01X10N14G02X0Y0I0J10N15G00G40X0Y0%O0000(PROGRAMNAME-3轴轴连连动动环环扫扫)(DATE=DD-MM-YY-22-09-08TIME=HH:MM-15:26)N100G21N102G0G17G40G49G80G90(TOOL-0DIA.OFF.-0LEN.-0DIA.-3.)N104T0M6N106G0G90G54X36.019Y-36.79A0.S0M5N108G43H0Z63.531N110Z4.531N112G1Z3.531F0.N114X36.102Y-36.707Z4.032F.3N116X36.366Y-36.443Z4.566N118X36.477Y-36.332Z4.7……N9676G0Z4.531N9678Z63.531N9680M5N9682G91G28Z0.N9684G28X0.Y0.A0.N9686M30%%,MX--,G00G53Z-3S15000M03M09G17G90G71;Thispostisforcimatron;(D=0.6,R=0.3)G54G43D1G04K500G51E0.01G00X0.Y0.G01Z0.1F300X51.857Y17.57Z0.098X51.9Y17.499Z0.091X51.97Y17.453Z0.083X52.054Y17.442Z0.076X52.133Y17.469Z0.069……..G03X42.334Y19.446I0.154J1.279G02X42.616Y19.43I0.133J-0.15G53Z-5M05M09G53X-5Y-5M30%,MX--,CAM第四部分插插补原理逐点比较法数字积分法时间分割法目标跟踪法逐点比较法直线ⅠⅡ偏差判别进给新偏差计算终点判别XYOoutportb(sInputData.wOutPort,bOutputValue);for(i=0;i<iMotorTime;i++);outportb(sInputData.wOutPort,0);圆弧若若时间分割法(数据采样法法)XA(Xe,Ye)△Y△XβαYO

l

l

l粗插补：采用用时间分割思思想，根据进进给速度F和插补周期T，将廓型曲线线分割成一段段段的轮廓步步长L,L=FT(一个插补采采样周期的轮轮廓步长)，然后计算出出每个插补周周期的坐标增增量。精插补：根据据位置反馈采采样周期的大大小，由伺服服系统完成。。PA(Xi,Yi)B(Xi+1,Yi+1)EXYFHMαδΦiΦi+1CDO目标跟踪法初始化B_AXIE，，A_AXIE;R_OUT+=A_AXIE;长轴输出if((B_AXIE-2*R_OUT)<0){R_OUT-=B_AXIE;短轴输出}用于多轴插补补，螺纹插补补各种插补速度度问题逐点比较法Fx+Fy=F1.直线Fx=x/(x+y)*F2.圆弧F1*sin(alfa)+F1*cos(alfa)=Fatan(alfa)=J/I目标跟踪法1.直线F2=F1*长轴/length;F=sqrt(F1*F1+F2*F2)2.圆弧I>JFx=Fy*J/R;I<JFy=Fx*I/R;第二部分电电气接线步进电机接线线输入信号接口口交流伺服驱驱动器

接线线图编码器晶体管，继电器工业控制卡PCL730(I/O卡卡)强电接线弱电接线PCL726卡（D/A）711B卡（（A/D）_711b_init://_711b_AD_Set_Mode(7,0);Outportb(0x220,0x70);//_711b_AD_Set_Gain(0);Outportb(0x220+0x09,0);//711b_AD_Aquire://_711b_AD_Set_Channel(0);Outportb(0x220+0x0a,0)for(i=0;i<500;i++){Value=Inportb(0x220+0x05);if((value&0x0010)==0)break;}port_data=Inportb(0x220+0x04);第三部分软软件结构1.软件总总体结构和功功能structNC_Code_Table/*结构类型名*/{unsignedcharCode_Type;/*加工代码类型型，分别代表表N、G、M、S等功能*/unsignedintvalue;/*加工代码值，，如G01，，则value=1*/unionCode_Ptr/*各种加工方法法指针联合类类型名*/{structG01Type*G01_Ptr;/*直线插补数据据结构指针*/structG02Type*G02_G03_Ptr;/*园弧插补数据据结构指针*/……/*其它插补数据据结构指针*/}table;unsignedlongLine_Number;/*加工代码行号号*/structNC_Code_Table*previous，*next;/*分别为结构前前后指针*/}*NC_Code_Ptr;/*加工代码结构构指针变量名名*/structG01Type/*G00，G01直线类指指针*/{floatx，y，z;unsignedintspeed;/*雕刻速度*/}*G00_G01_Ptr;structG02Type/*G02，G03圆弧类指指针*/{unsignedintplane;/*园弧插补平面面标志*/floatx，y，z，I，j，，k;/*i、j、k为园弧园心相相对起点坐标标*/unsignedintspeed;/*雕刻速度*/}*G02_G03_Ptr;2.软件数数据结构gcodexyz….1gcodexyz….3gcodexyz….4gcodexyz….n3.NC代代码编译词法分析、语语法分析、译译码㈠词法分析析1.读取一一个非数字(数字包括小小数点，正负负号)，忽略略空格符、分分号、回车，，得到其中一一个单词；2.判断该该单词字符是是否在数控系系统语法集中中，如不在，，将该错误原原因储到错误误链表中；3.读取该该单词后数字字一直到非数数字，同时将将指针向前返返回一个字节节，如果其中中包括两个以以上的正负号号或小数点，，则出错，并并将该错误原原因存储到错错误链表中；；4.将读取取的数字字符符串转化为整整数或浮点数数，存储到内内存变量中。。㈡语法分析析机能指令检查查软限位检查圆弧检查㈢译码4.图形仿仿真disable();old8_handler=getvect(0x08);setvect(0x08,G01_Interpolation);old_int21_value=inportb(0x21);outportb(0x21,0x0fc);enable();while(1){if(bAll_Machine_End_Status==1)break;if(detect_esc_press()==0x1b){esc_press=-1;}坐标显示图形显示}disable();outportb(0x21,old_int21_value);setvect(0x08,old8_handler);enable();voidinterruptG01_Interpolation(void){disable();if(bGCode_End_Status==TRUE)return;if(xi==Xe&&yi==Ye){bGCode_End_Status=TRUE;return;}if(Interpolation_decide()==-1)return;//速度处理…If(F>=0){F=F-Ye;if(dirx==1)xi++;elsexi--;}else{F=F+Xe;if(diry==1)yi++;elseyi--;}位置控制outportb(0x20,0x20);enable();}voidG01_Init(void){bGCode_End_Status=FALSE;xi=0;yi=0;f=0;dirx=0;diry=0;Xe=labs(x);Ye=labs(y);if(x>0)dirx=1;elsedirx=-1;if(y>0)diry=1;elsediry=-1;}voidinterruptG02_Interpolation(void){disable();if(bGCode_End_Status==TRUE)return;temp=labs(count[0])+labs(count[1]);if(temp==0)//终点点判断{bGCode_End_Status=TRUE;return;}if(Interpolation_decide()==-1)return;if(temp<5){for(m=0;m<2;m++){if(count[m]>0){bDirection=1;Interpolation_send_pulse(m);if(m==0)i++;elsej++;}else{if(count[m]<0){bDirection=-1;Interpolation_send_pulse(m);if(m==0)i--;elsej--;}}return;}四个象限限判断，，调整i,j位置控制制outportb(0x20,0x20);enable();}PLC控制桥式组合合切石机机下一页60个点点，36个输入入，24个输出出出返回第五章机机床运运动系统统与典型型部件带有简单单变速机机构通过皮带带传动电机直接接驱动5.2.2主运动的的传动形形式5.2.3主轴部件件1.主轴轴部件主主要性能能要求旋转精度度刚度要求求温升要求求可靠性要要求精度保持持性要求求2主轴轴部件的的组成和和轴承选选型前端定位位后端定位位两端定位位5.2.4主轴典型型控制功功能1.主主轴准停停装置机械式电气式（（接近开开关）编码器2.自自动换刀刀夹紧装装置3.C轴控制制与同步步速度控控制装置置5.2.5电电主轴轴概述特点：内装式电电机直接接驱动，，振动小小，精度度高可在额定定转速内内无级变变速可实现精精确的主主轴定位位及C轴轴传动高速化，，动态精精度和稳稳定性更更好动平衡，，温度控控制和冷冷却是关关键影响促进了高高速切削削技术与与机床的的发展简化了结结构，