数控系统原理数控系统概述

数控系统原 数控系统概 5、CNC系统的工作过 第二章数控加工程序输入及预处 数控加工程序输 2、数控加工程序的...........................................................................................数控加工程序的译码与诊 刀具补偿原 其他预处 第三章轮廓插补原 概 逐点比较 插补理论简 插补原理——逐点比较 插补原理——数字积分 数控系统原1、数控系统2、数字控制几几工信加机控信零成反馈信刀机功运插零件3、数控系统8位CPU0.01mm，进给速度达6~8m/min，联动轴数在3轴以下，具有简单的CRT字符显示或数码管显示功能16位的CPU0.001mm，进给速度达10~24m/min4轴以下，具有平面线性图形显示功能。32位的CPU0.0001mm，进给速度可达100m/min53维动态图形显示功能。4、机床数控6）20世纪80年代，基于PC的数控系统，第六1、CNC系统的功G功能M功能动力刀具和C轴功能2、CNC刀速插伺显诊译具度补服示断码补处运控偿理算制CNC系统的这些子软件并不是完全独立的，很多情况下它们必须交叉运行输输显控插补运插补运 3、CNC系统的硬件构从CNC系统的外部硬件构成上看，一般可以分为键盘、显示器、主机单元、控制从CNC系统的内部硬件结构上看，CNC系统的硬件构成一般可分为单CPU结构和CPU结构两大类M总线器 单CPU结构的CNC系统硬件构成总总线器多CPU结构的CNC系统硬件构成单CPU结构的CNC系统的特点是：CNC系统的所有功能都是通过一个CPU进行集中控制、分时处理来实现的；该CPU通过总线与器和各种接口电路相连。这种结构简单、易于实现，但由于只有一个CPU，系统功能受到CPU字长、运算频率等因素的多CPU结构的CNC系统的特点是结构模块化，这样缩短了设计制造周期，具有良好的适应性和扩展性。由于每个CPU分管各自的任务，形成若干个模块，如果某个5、CNC系统的工作过 工程 M、SM、S、等辅助信G、F等几何工艺信预处 机床电插补运电电检反伺服控柔性自动产柔性制造元数控加工心普通数控床柔计算机直接数控系统加工或装配的系统。早期的DNC系统，其中的数控机床不再带有自己的数控装置，它代的DNC系统中，各台数控机床的数控装置全部保留，并与DNC系统的计算机显示、和刀具管理的能力，为FMS的发展提供了基础。因此现代的DNC系柔性制造系统带有自动换刀装置的数控加工中心是FMS的基本级别。其后出现的柔性制造单FMC的基础上，增加刀具和工FMS，它可以实现对多品种零件计算机集成制造系统（QAS）、制造自动化系统（MAS）、数据库（DB）和通讯网络（NET）CIMS示范工第二章数控加工程序输入及预处1、数控加工键盘是数控机常用的人机输入设备，通过键盘可以向数控装置输入加工程序、键盘输入方式要求操作者必须了解数控加工程序的编制规则，对操作者的专业性要求较高。为了降低对操作者的要求，已有数控系统生产厂家（HEIDEHAIN公司开发了“式编程方法。2）器方式输数控加工程序存放在内部器中，称为内器方式；存放在外部器中，称为外器方式。内器，容量较小，只有几百KB到几个MBCF卡、U盘和移动硬盘等外设备，容量大、交换速度快，弥补了部分数控系统内部器容量较小的不足。现代数控系统一般都配置了标准通口，使数控系统可以与其他计算机或外部设备串行通口RS-232C，以太网络接口Ethernet，现场总线接口Profibus。2、数控加工数控加工程序举例：N05G90G01X203Y-17F46M03数控加工程 器内 情况……1、数控加工是将数控加工程序器中的内码转化成能够控制机床运动的专门信息后，存放到相应的译码结果缓冲单元中。代码识别是通过软件将数控加工程序缓冲器或MDI缓冲器中的内码读出，并判断该数N字符N字符无法识别，报单个代码识别结设置X代码标志并处设置G代码标志并处设置N代码标志并处设置数字码标志并存YYYY从数控加工程序缓冲 数开〈开〈NNNN代码识别流程译码结果缓冲器的格将G代码、M代码按功能属性分组，每一组代码只需要设置一个独立的内存单元，并常用G代码常用M代码分2、数控加工序段格式或程序字格式不规范的错误；逻辑错误是指整个程序或一个程序段能代码之间相互排斥、互相的错误。程序段的第一个代码不是N代码坐标代码后的数值了机床的行程范围出现了数控系统中没有定义的G代码；出现了数控系统中没有定义的M在同一个程序段中先后出现两个或两个以上同组的G代码；在同一个程序段中先后出现两个或两个以上同组的G代码；在同一个程序段中超量出现M开开N有语法Y是功能符吗NY是数字符吗NNYYN结提示输 字设置数字码标志转设置该字符相应标从数控加工程序缓冲器一个字置错误标志置错误标志误误吗译码与诊断流程1、刀具补偿在零件加工过程中，若采具补偿功能，可以大大简化加工程序的编写工作，提高刀具长度补偿示rXrZ刀具半径补偿示2、刀具补偿加工前预先分别测得装在刀架上的刀具长度在X和Z方向的分量，即△x刀偏和△z刀参考点R来实现加工。刀具长度补偿的计算公式如下：XR=XP-ZR=ZP-

刀刀刀刀刀具中心轨编程轨B刀补示意具半径补偿和C刀具半径补偿。B刀补在轮廓间的过渡都是以圆弧形式进行B刀补轮廓工艺性差，因为在外轮廓加工时，由于轮廓尖角处始终处于切削状态，尖刀刀刀刀具中心轨编程轨刀具中心轨编程轨刀补撤刀补进起刀刀补建C90°≤α＜180°时，刀具半径补偿在此处的转接方式为伸长型。180α＜360°时，刀具半径补偿在此处的转接方式为缩短型。刀具半径补偿建立时的转接过渡类刀具半径补偿进行时的转接过渡类型刀具半径补偿进行时的转接过渡类型刀具半径补偿撤销时的转接过渡类Xi，Yjld及其在X轴、Y轴上的投影分量分别为BBXA X

X圆圆弧半径为R，则圆弧的方向矢量在X轴、Y轴上的投影分量分别为P(P(X,YXlAR(X0,Y0BO rd表示。根据刀具相对于工件位置的不同，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，设零件加工表面轮廓为ABCD，起刀点在QG42右刀补，刀具加工中心轨迹用点划线表示。其中，QA1为刀具半径补偿建立阶段，A2Q为刀具半 rrDrr1、进给速度进给速度处理就是根据译码缓冲器中F的数值，进行相应的运算和处理，生成数控系（mm/min），触发脉冲源的频率为f（Hz），数控系统的脉冲当量为δ（mm/步），位置增量。设编程进给速度为（mm/mn）（m），上的进给速度倍率为，则在一个插补周期内的位置增量△L（mm）为：前加/控制：优点是不会影响实际插补输出的位置精度，缺点是需要预测点 前加/控Z轴Z轴后Y轴后编程速度计算位置增X轴后后加/控2、工件零点 G54~G57G500五条指令来完存器（G54~G57）中，用G54~G57来设置工件零点偏置，用G500来撤销所设置的零点偏置。当系统译码到G54~G57中的一个指令时，自动调用对应偏置寄存器中的0，则表示在机床坐标系中的当前位置就是工件坐标系 工件零点偏置的处理流程3、绝对坐标与增量坐标的处是否G90功能YN数控系统一般都以G90、G91是否G90功能YN程序段的终点编程程序段的位移增量程序段的终点编程值-起点编程绝对编程与增量编程的处理流程第三章廓插补原1、插补在数制刀具通过折线运动去近将要加工的曲线轮廓。显然这些折线连接而成的轨迹并不计算得来的。由此可见，插补是数控系统中最重要的技术，它将数控曲线分解为快，但电路复杂，并且调整和修改都相当，缺乏柔性。2、常用的插之为脉冲当量，一般用δ或BLU表示。对于普通数控机床，一般取δ=0.01mm，比较精密的数控机床可取δ=0.005mm、0.0025mm0.001mm等。这种插补方法比硬件实现的脉补运算的速度很快。随着计算机的运算速度的提高，现在大多数用脉冲增量插补算法一般适用于中等精度（0.01mm）和中等速度（1-3m/min）的数40μs0.001mm，那么单个坐标轴的最高运动速度只能到15m/min，那么在同样的脉冲增量插补算0.01mm。由此可见，这种制约关系限制了脉冲增量插相连的微小直线段，用这些直线段来近给定曲线，所以这种算法也称时间分割法。30m/min、60m/min100m/min，也就是说插补周期不再限制运行速度的12ms、10.24ms、8ms、4ms、2ms等等，对于运行速度更快的计算机，甚至选0.1ms的插补周期，插补精度能达到纳米级。D/A 开N终点判开N终点判Y结偏差计坐标进偏差判1、逐点比较法直YM3(X3,Y3

B(Xb,YbM1(X1,Y1

M2(X2,Y2A(Xa,Ya 用逐点比较法插补时，首先把被加工线段AB的长度单位换算成脉冲数值，所以出现刀具点M与斜线AB之间的位置关系就有如下三种情况M点在AB线的上M点在AB线的M点在AB线的下F〉0，刀具点M在直线AB的上方F=0，刀具点M在直线AB上F〈0，刀具点M在直线AB的下方F≥0，刀具向+X方向进给一步F＜0，刀具向+Y方向进给一步YYFFFOXF-F0（-X）F结n0结n0Y开开初始化计XbXa YbYanXbXaYbF0YNF0YN向X向Xb向YbnnFFXbXFFYbN例：加工第一象限直线AB，起点坐标为A（1，1），终点坐标为B（5，6），试用逐解：总步数Y6543插补理论简2在CNC数控机，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 近理论轮廓

0.01～最高为几万Hz0.001mm2m/min。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（，Y，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（ms）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，m、0.m、m，对于运行速度较快的计算机有的已选mm/mnm/mnm/mn.插补原理——逐点比较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。采用4的工作原理。2.1OPA″、A′和A3个加工点，当加工点AOP的上边A″时，有α″>αOP的下边A′时，有α′<αAOP上时， tanα=Xi=由此可得直线OP的方程式F=YiXe—Ye式中F表示偏差，根据F可以判断加工点A偏离直线OP的情况，也就是当F>0时，A点在直线的上边，为了减少误差应给X方向走一步F<0时，A点在直线的下边，加工时应给Y方向走一步F=0时，A点在直线上，加工时应给X方向走一步 O 进给知道偏差FA1OP的X方向走一步，即进给为X+1（见图2.2）。而在到达A2点后，如在进给应是Y方向，即进给Y+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Y方向的进给为Y←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。为设直线OP的终点坐标为Xe、Ye，点A1的坐标为X1、Y1，由此可计算出A1点的偏差F=Y1Xe—F1>0XA2A2X2=X1+1、Y2=Y1、因而A2点的偏差为：F2=Y2Xe-=Y1Xe-=（Y1Xe-YeX1）-=F1-由于F2<0（A2点在直线下边），应向Y方向进给，因而可求得A3点的偏差如下F3=Y3Xe-=（Y2+1）Xe-=（Y2Xe-根据以上的结论，可归纳出第一象限的直线L12.1所2、3、42.3和表由此可见，逐点计算偏差的方法，可把F=YAXeYeXA的运算公式化为F