第02讲 数控系统的工作过程

1.2数控系统的工作过程《数控装置的安装与调试》学习目标一、数控系统的工作过程二、数控加工程序的输入三、数控加工程序的预处理四、插补运算主要内容

学习目标123目标熟悉数控加工程序输入与预处理掌握数控系统插补运算过程了解数控系统一般工作过程一、数控系统工作过程数控系统的主要任务

主要任务是进行刀具和工件之间相对运动的控制。加工程序译码刀补处理插补运算位置控制PLC控制成型运动机床I/O2.数控系统的主要工作过程二、数控加工程序输入1.输入装置与输入方式简单零件复杂零件键盘直接输入通过信息载体输入存储卡方式输入西门子802D几种数据传输通信接口计算机与CNC用RS-232通信连接图RS-232C9芯插座RS-232C通信电缆RS-232C串行通信接口2.数控加工程序的存储

在CNC内部程序存储器中，零件程序的字母、数字和各种符号是以二进制代码形式来表示的，可分为外码和内码：外码---外码是零件程序的外部存储编码，存放在外部存储介质中如存储卡、U盘或硬盘上。内码是零件程序在数控装置内部存储器中存放的代码。设一个以IS0代码编制的零件加工程序如下：

N04G90G01X200Y-27F150M03LF数控加工程序存储器内码存储情况表三、数控加工程序预处理1.译码译码就是将用标准代码编写的数控加工程序翻译成数控系统内部易于处理的形式。（1）代码识别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，并判断该数据的属性。代码识别流程图N05G90G01X203Y-17F46M03LF（2）代码翻译代码识别为各功能代码设立了一个特征标志，对各功能码的相应处理由代码翻译来完成。（3）代码诊断指在译码过程中，对不规范的指令格式进行检查并提示操作者修改的功能。2.刀具补偿原理（1）刀具补偿原因1）用户编写零件加工程序是按照零件轮廓要求，将零件轨迹变换为刀具中心轨迹，保证刀具按其中心轨迹移动时，能够加工出所要求的零件轮廓。2）由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具尺寸变化不要重新编写程序，只需修改相应的刀具补偿参数即可。3）当被加工零件在同一机床上经历粗加工、半精加工、精加工多道工序时，不必编写三种加工程序，可将各工序预留的加工余量加入刀具补偿偏置参数中即可。（2）刀具补偿分类1）刀具长度补偿2）刀具半径补偿3）刀具磨损量补偿铣刀具长度补偿半径补偿3.进给速度处理（1）脉冲增量插补算法的速度处理脉冲增量插补进给速度处理就是根据进给速度Ｆ值来确定脉冲源频率f的过程。设：编程进给速度为F（mm/min），插补脉冲源的频率为f(Hz)，数控系统输出插补脉冲当量为δ（mm/脉冲）,则有：βL0/360o=δ式中：β--步距角，L0--滚珠丝杠导程（如Ｌ0=4mm）由此推得CNC输出的插补脉冲的频率与进给速度的关系为：∵F=60δ*f∴

f=F/60δ进给速度越大，CNC发出的插补脉冲频率愈高（2）数据采样插补算法的速度处理数据采样插补大多用于交、直流伺服电动机作为执行元件的的闭环或半环数控系统中，其进给速度的处理就是在稳定状态下（不在加、减速状态时），根据进给速度F计算出在一个插补周期内的合成速度方向上的位移增量。设编程进给速度为F（mm/min），插补周期为Ts（ms）（如10ms），机床操作面板上的进给速度倍率修调系数为K，则在一个插补周期内的位移增量△L（mm）为：

△L=K.F.Ts/（60×1000）只要在一个插补周期内Ts完成上式所规定的位移增量△L

，就可以实现所需要的进给速度。化Ts由ms单位为秒、为分，要与进给速度F单位统一四、插补运算插补定义就是按零件加工要求的精度和速度，在已知轮廓曲线的起点与终点之间，再密集计算出一些中间坐标点即数据点的加密化，从而刀具沿着这些坐标点运动并逼近编程轮廊。这种数据点的加密化过程就称为插补2.插补的分类（1）按插补器结构分---硬件插补和软件插补。硬件插补器---由专用集成电路完成，特点是速度快，但调整和修改都相当困难，缺乏灵活性。软件插补器---利用微处理器通过系统程序完成插补功能，特点是灵活易变，但速度较慢。（2）接插补曲线数学模型分---直线插补、圆弧插补、二次曲线插补、样条曲线插补等。（3）按插补曲线数学模型分---常分为两大类：脉冲增量插补算法和数据采样插补法。脉冲增量插补算法按算法不同又分为：数字脉冲乘法器、逐点比较法、数字积分法等。逐点比较法插补:每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。加工精度:逐点比较法规定的加工直线或圆弧之间的最大误差为一个脉冲当量，因此只要把脉冲当量（每走一步的距离即步长）取得足够小，就可达到加工精度的要求。3.逐点比较插补法逐点比较法插补过程中每进给一步都要经过以下四个节拍：（1）偏差判别：判别刀具当前位置相对于给定轮廊的偏离情况，决定刀具运动方向。（2）坐标进给：根据偏差结果，控制相应坐标轴进给一步，以减小刀具与轮廊间误差。（3）偏差计算：刀具进给一步后，计算出新的刀具点与工件轮廊间误差，为下一步偏差判别提供依据。（4）终点判别：刀具每走一步都要判别是否已达工件轮廊的终点，若已到则插补结束，若未达到则继续上述四个节拍，直至终点。逐点比较法插补流程图偏差判别→坐标进给→偏差计算→终点判别（1）逐点比较法直线插补1）偏差判别直线段OA，起点坐标原点，终点(xe，ye)。点m(xm,ym)为动点。直线上直线上方直线下方m(xm,ym)Fm>0Fm<0A(xe,ye)yOxFm=0偏差判别函数<0在直线下方=0在直线上>0在直线上方直线上直线上方直线下方+x或+y方向+x方向+y方向Fm=0Fm>0Fm<0注意：起点偏差F0=0Fm>0Fm<0A(xe,ye)xyFm=0O2）坐标进给3）新偏差计算4）终点判断①设置Nx和Ny两个减法计数器，在加工开始前，在Nx和Ny计数器中分别存入终点坐标值xe和ye，在x坐标（或y坐标）进给一步时，就在Nx计数器（或Ny计数器）中减去1，直到这两个计数器中的数都减到零时，到达终点。②用一个终点计数器，寄存x和y两个坐标进给的总步数Nxy，x或y坐标进给一步，Nxy就减1，若Nxy＝0，则就达到终点。四个象限的直线插补偏差1象限2象限3象限4象限偏差公式Fm≥0+x-x-x+xFm+1=Fm-yeFm＜0+y+y-y-yFm+1=Fm+xe

〔例1〕设加工第一象限直线段OA，起点为O(0，0)，终点坐标为A(6，4)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。〔解〕坐标进给的总步数Nxy=|6－0|+|4－0|=10xe

=6,ye=4,F0=0,xoy=1（脉冲当量）。Nxy=0F10=F9-ye=0+xF9>010Nxy=1F9=F8+xe=4+yF8<09Nxy=2F8=F7-ye=-2+xF7>08Nxy=3F7=F6+xe=2+yF6<07Nxy=4F6=F5-ye=-4+xF5=06Nxy=5F5=F4-ye=0+xF4>05Nxy=6F4=F3+xe=4+yF3<04Nxy=7F3=F2-ye=-2+xF2>03Nxy=8F2=F1+xe=2+yF1<02Nxy=9F1=F0-ye=-4+xF0=01Nxy=10F0=0起点终点判断偏差计算坐标进给偏差判别步数yx4321123456OA〔例2〕设加工第一象限直线OA，起点为O(0，0)，终点坐标为A(4，6)，试进行插补计算并作出走步轨迹图。Nxy=0F10=F9-ye=0+xF9>010Nxy=1F9=F8+xe=4+yF8<09Nxy=2F8=F7-ye=-2+xF7>08Nxy=3F7=F6+xe=2+yF6<07Nxy=4F6=F5-ye=-4+xF5=06Nxy=5F5=F4-ye=0+xF4>05Nxy=6F4=F3+xe=4+yF3<04Nxy=7F3=F2-ye=-2+xF2>03Nxy=8F2=F1+xe=2+yF1<02Nxy=9F1=F0-ye=-4+xF0=01Nxy=10F0=0起点终点判断偏差计算坐标进给偏差判别步数〔解〕坐标进给的总步数Nxy=|6-0|+|4-0|=10,xe=6，ye=4,F0=0，xoy=1.轨迹如图：

直线插补的过程坐标进给偏差判别新偏差计算终点判断（2）逐点比较法圆弧插补1）偏差判别如图所示，设加工半径为R的第一象限逆时针圆弧AB，坐标原点定在圆心上，A(Xo,Yo)为圆弧起点，B(Xe,Ye)为圆弧终点，Pi(Xi,Yi)为加工动点。XOYA(Xo,Yo)B(Xe,Ye)Pi(Xi,Yi)可知，圆弧满足方程：(X+Y)=(Xo+Yo)若P点在圆弧上，则有(Xi+Yi)—(Xo+Yo)=0，我们定义偏差函数Fi为Fi=(Xi+Yi)—(Xo+Yo)XOYA(Xo,Yo)B(Xe,Ye)Pi(Xi,Yi)222222222222可见，若Fi=0，表示动点位于圆弧上；若Fi＞0，表示动点位于圆弧外；Fi＜0，表示动点位于圆弧内。（2）坐标进给把Fi=0和若Fi＞0合在一起考虑，当Fi≥0时，向－X方向进给一步；当Fi＜0时，向+Y方向进给一步。XOYA(Xo,Yo)B(Xe,Ye)Pi(Xi,Yi)（3）新偏差计算由Fi=(Xi+Yi)—(Xo+Yo)可以得到偏差函数的递推公式。若Fi≥0时，向－X方向进给一步，动点由Pi(Xi,Yi)移动到Pi+1(Xi+1,Yi)，则新动点的坐标为

Xi+1=Xi－１代入偏差函数，得Pi+1点的偏差为：

Fi+1=Fi－2Xi+1当Fi＜0时，向+Y方向进给一步。动点由Pi(Xi,Yi)移动到Pi+1(Xi,Yi+1)则新动点的坐标为

Yi+1=Yi+１代入偏差函数，得Pi+1点的偏差为：

Fi+1=Fi+2Yi+1所以，第一象限逆时针圆弧插补加工时偏差加工的递推公式为：

Fi+1=Fi－2Xi+1（Fi≥0时）

Fi+1=Fi+2Yi+1（Fi＜0时）（4）终点判别1）根据X、Y坐标方向要走的总步数∑来判断，即∑=lXe-Xol+lYe–Yol，每走一步进行∑－1计算，当∑=0时即到终点。2）分别判断各坐标轴的步数，∑x=lXe-Xol，∑y=lYe–Yol，当沿坐标值方向进给一步时进行∑－1计算，当∑x=0，∑y=0时即到终点。[例3]：设圆弧AB为第