机床数控技术(第4版) 课件全套 胡占齐 第1-6章 概述、零件加工程序的编制-数控机床的伺服系统

机床数控技术

目录2数值模拟研究结果3安装工艺性验证试验大纲1项目要求及成果提交形式2数值模拟研究结果1项目要求及成果提交形式第3章

数控系统的加工控制原理第2章

零件加工程序的编制第1章

概述第6章

数控机床的伺服系统第5章

位置检测装置第4章

数控装置第1章概述第1节数字控制与数控机床

1基本概念数字控制（NumericalControl,NC）简称数控，是指用数字化信号对控制对象进行控制的方法。

数控系统（NCSystem）实现数字控制技术的设备就叫做数控系统，装备了数控系统的机床就叫做数控机床。

第1章概述数控系统第1章概述数控机床第1章概述数控技术数控装置伺服系统加工程序数字化控制信息数控系统切削加工数控装置伺服系统加工程序第1章概述在数控机床上加工零件的过程第1章概述数控装置：数控装置是数控系统的核心，数控装置由硬件和软件两大部分组成。通用计算机作为数控装置的主要硬件，包括了微机系统的基本组成部分，CPU、存储器、局部总线以及输入输出接口等；软件部分就是我们通常所说的数控系统软件。

以计算机系统为主构成的数控装置，也称为计算机数控CNC。第1章概述

2数控机床的组成

1）输入/输出设备

2）操作面板3）数控装置

4）伺服系统

5）可编程逻辑控制器(PLC)

6）输入、输出接口7）位置检测

8）机床本体第1章概述主轴伺服单元数控装置输出设备PLC进给伺服单元主轴电机进给电机位置检测机床本体接口电路操作面板输入设备数控机床的逻辑组成第1章概述数控机床的物理组成第1章概述数控铣床结构第1章概述加工中心刀具系统第1章概述3数控机床的特点1）适应性强2）加工精度高、质量稳定3）生产效率高、经济效益好4）减轻操作者的劳动强度、操作简单5）有利于生产管理的现代化6）有故障诊断和监控能力第1章概述但另一方面问题，主要有：

1）造价较高，很多企业特别是小企业还无法接受；

2）调试和维修比较复杂，需要专门的技术人员；

3）对编程人员的技术水平要求较高。第1章概述第2节数控机床的分类

1按控制轨迹的特点分类

1）点位控制数控机床

2）直线控制数控机床

3）轮廓控制数控机床第1章概述点位控制加工示意图点位直线控制加工示意图轮廓控制加工示意图第1章概述开环数控系统的结构图2按伺服系统的类型分类

1）开环控制数控机床第1章概述第1章概述闭环数控系统的结构图2）闭环控制数控机床

第1章概述半闭环数控系统结构图3）半闭环控制数控机床第1章概述3按功能水平分类

1）高级型数控系统

2）普及型数控系统

3）经济型数控系统

第1章概述

性能类别CPU位数联动轴数分辨率(um)进给速度(m/min)显示高级型325<0.1>24三维动态普及型16<50.1～1010～24字符/图形经济型8<3<10<10字符表1.1数控系统的功能分类第1章概述第3节数控机床的选型三类机床的应用范围1三类机床的应用范围第1章概述2数控机床性能参数及其选择：1）控制轴数和联动轴数2）插补功能3）脉冲当量（控制分辨率）4）定位精度和重复定位精度5）行程

6）主轴转速和调节范围

7）进给速度和调节范围

8）机床的数控功能（数控指令）9）程序的编辑、管理功能

10）误差补偿

11）自动加减速功能

12）开关量接口（逻辑）第1章概述第4节

数控技术的发展1数控技术与数控机床的产生与发展

20世纪50年代初，美国麻

省理工学院(MIT)发明的数控技

术(NC)，开创了世界制造技术

的新纪元。

第1章概述各种类型的数控机械：金属切削类数控机床金属成型类数控机床数控特种加工机床第1章概述第1章概述第1章概述2数控技术的发展趋势(1)高速高精度(2)智能化(3)开放式数控系统(4)基于网络的数控系统(5)提高数控系统的可靠性

第1章概述高速高精度第1章概述电主轴电主轴结构第1章概述直线电机第1章概述精密加工第1章概述第1章概述误差的检测和补偿第1章概述第1章概述人机界面计算机内部总线卡人机界面CPU卡LCD显示器外部I/O触摸屏控制器操作面板+16I/OCOM1,LPT1以太网IDE硬盘

选件：

USB硬盘

USB记忆棒

USB软驱

USBCD-ROMUSB刻录机NC-计算机NC机床卡NCCPU卡CNC控制高速I/O1-4SERCOS1-4手轮2块带PCI桥的总线接口板Andron2060开放式数控系统由两台计算机组成，一台为数控计算机，一台为人机界面计算机，通过总线接口板进行交互。运算速度很快，理论上分辨率可达pm级，适合于高速、精密数控机床，特别是并联运动机床。开放式第1章概述第1章概述FMS是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统第1章概述FMS第1章概述第1章概述思考题数控数控系统数控装置数控机床数控机床组成数控机床分类（点位、直线、轮廓）（开环、闭环、半闭环）（高级、普通、经济）第1章概述控制轴数、联动轴数插补功能脉冲当量（单位）定位精度重复定位精度数控机床特点

谢谢！机床数控技术

目录2数值模拟研究结果3安装工艺性验证试验大纲1项目要求及成果提交形式2数值模拟研究结果1项目要求及成果提交形式第3章

数控系统的加工控制原理第2章

零件加工程序的编制第1章

概述第6章

数控机床的伺服系统第5章

位置检测装置第4章

数控装置第2章零件加工程序的编制

第1节数控编程的基本知识1编程的过程及方法

数控编程过程确定加工方案工艺处理数学处理编写程序清单程序检验第2章零件加工程序的编制

（1）确定加工方案选择能够实现该方案的适当的机床、刀具、夹具和装夹方法。（2）工艺处理工艺处理包括选择对刀点，确定加工路线和切削用量。（3）数学处理根据图纸数据求出编程所需的坐标数据。（4）编写程序清单按照指定数控系统的指令系统。（5）制备介质和程序检验第2章零件加工程序的编制2

数控机床的坐标系

（1）机床坐标系的确定

1）机床相对运动的规定在机床上，我们始终认为工件静止，而刀具是运动的。

2）机床坐标系的规定标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。3）z轴坐标运动规定与主轴线平行的坐标轴为z坐标（z轴），并取工件远离刀具的方向为z轴的正向。

第2章零件加工程序的编制4）x轴坐标系x轴规定为水平平行于工件装夹表面。它是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。5）y轴坐标运动y坐标轴垂直于x、z坐标轴。当z轴、x轴确定之后，按笛卡儿直角坐标制右手定则法判断，y轴方向就是唯一地被确定了。

6）旋转运动A、B和C旋转运动用A、B和C表示，规定其分别为绕x、y、z轴旋转的运动。A、B、C的正方向，相应地表示在x、y和z坐标轴的正方向上，按右手螺旋前进方向。第2章零件加工程序的编制数控车床：第2章零件加工程序的编制数控立铣：第2章零件加工程序的编制加工中心：第2章零件加工程序的编制机器坐标系的作用：第2章零件加工程序的编制Ф500Z1500XAO机床坐标系的设定——回零第2章零件加工程序的编制（2）机床坐标系、编程坐标系和局部坐标系编程坐标系G54编程坐标系G59G54中的局部坐标系G59中的局部坐标系机床坐标系机床坐标系、编程坐标系和局部坐标系的关系第2章零件加工程序的编制编程坐标系的设定——对刀第2章零件加工程序的编制3数控编程中的数学处理问题第2章零件加工程序的编制基点、节点第2章零件加工程序的编制4对刀点的确定对刀点也称起刀点是数控加工中刀具相对工件运动的起点。

a）对称零件的对刀点选择b）钻孔加工时的对刀点选择对刀点的选择第2章零件加工程序的编制平头立铣刀钻头球头铣刀车刀、镗刀刀具上的刀位点第2章零件加工程序的编制第2节数控加工工艺基础1便于数控编程的尺寸标注第2章零件加工程序的编制2腔体尺寸设计第2章零件加工程序的编制3切入切出段设计第2章零件加工程序的编制4走刀路线设计（a）沿母线走刀（b）垂直于母线走刀第2章零件加工程序的编制

（a）行切法（b）环切法（c）混合法第2章零件加工程序的编制走刀路线第2章零件加工程序的编制5防止干涉第2章零件加工程序的编制第2章零件加工程序的编制第3节、常用数控指令

1G代码常用的G指令有：（1）快速点定位指令G00

格式为：G00X—Y—；三种可能的路径：第2章零件加工程序的编制

a）方案1b）方案2c）方案3

G00指令的运动轨迹A

A

A

BBBXXXYYY（2）直线插补指令G01格式：G01X—Y—F—；（3）圆弧插补指令G02、G03格式：G02（G03）X—Y—I—J—F—；

a）逆圆指令G03b）顺圆指令G02圆弧插补指令第2章零件加工程序的编制（4）暂停指令G04格式：G04P—；其中P后面为暂停时间，单位是毫秒。（5）圆弧插补平面选择指令G17、G18、G19（6）刀具半径补偿指令G40、G41、G421)刀补指令的定义如图所示。第2章零件加工程序的编制第2章零件加工程序的编制ZYXG19G18G17第2章零件加工程序的编制第2章零件加工程序的编制2）刀具长度补偿指令G43、G44长度短e

长度长e

标准长度第2章零件加工程序的编制

XpqZpqQP(Xp,Zp)图车刀长度补偿第2章零件加工程序的编制刀补进行刀补建立刀补建立刀补进行刀补撤销刀补撤销ADDABBCCxxa)G41左刀补

刀具补偿方向

b)G42右刀补第2章零件加工程序的编制

在切削过程中，刀具半径补偿的补偿过程分为三个步骤：a）刀补建立在该段中，动作指令只能用G00或G01。b）刀具补偿进行在此状态下，G00、G01、G02、G03都可使用。c）刀补撤销此时也只能用G00、G01。第2章零件加工程序的编制（7）设定当前编程坐标系指令G54-G59第2章零件加工程序的编制（8）绝对尺寸及相对尺寸编程指令G90、G91

（9）设置坐标值指令G92第2章零件加工程序的编制机床原点的设置：在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处。同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。第2章零件加工程序的编制2M代码（1）程序停止指令M00、M01和M02（2）主轴转动控制指令M03、M04和M05（3）换刀指令M06（4）冷却液控制指令M07、M08和M09（5）夹紧和松开指令M10和M11（6）改变运动方向指令M15和M16（7）主轴定向停止指令M19（8）纸带结束指令M30第2章零件加工程序的编制

3钻镗类固定循环指令固定循环的一般格式如下：G—G—X—Y—Z—R—Q—P—F—L—；动作①动作②R点动作③动作④动作⑤动作⑥Z=0ZR点Z点RR点ZZ点a）G90b）G91固定循环动作固定循环的数据形式第2章零件加工程序的编制第2章零件加工程序的编制（1）高速深孔加工循环指令G73（2）反攻丝循环指令G74初始点G98R点qqqddz点G99初始点G98G99主轴反转主轴正转Z点图深孔加工循环G73图反攻丝循环G74第2章零件加工程序的编制

（3）

精镗循环指令G76

（4）

钻孔和镗孔循环G81qG98R点G99q初始点G98G99R点Z点精镗循环G76钻、镗孔循环G81第2章零件加工程序的编制（5）钻、扩、镗阶梯孔循环G82（6）深孔加工循环G83（7）攻丝循环G84初始点G98初始点R点G99Z点qqqdG98G99R点主轴正转主轴反转深孔加工循环G83攻丝循环G84第2章零件加工程序的编制数控镗削加工指令卧式镗床

图T68型卧式镗床外观图后立柱工作台镗轴径向刀架主轴箱前立柱尾架床身下滑座上滑座平旋盘第2章零件加工程序的编制床身立柱横梁工作台立柱顶梁主轴箱坐标镗床

图立式双柱坐标镗床外观图第2章零件加工程序的编制（10）镗孔循环G85该指令与G84指令相同，只是返回时主轴不反转。（11）镗孔循环G86该指令与G81相同，但到孔底后主轴停止，然后快速退回。（12）镗孔循环G89该指令与G86指令相同，但在孔底有暂停。（13）取消固定循环指令G80。

第2章零件加工程序的编制4车削固定循环指令（1）直线和锥度切削固定循环G77

该循环的动作顺序见图，指令格式为：G77X（U）—Z（W）—I—F—；在增量编程中，地址U、W值的符号取决于轨迹1、2的方向。图中的W符号为负，U的符号也为负。X为直径值，U为直径方向的增量。第2章零件加工程序的编制ozX/2U/221234ZwxoxzX/22Zw3U/241a）G77指令用于加工柱面b）G77指令用于加工锥面图直线和锥度切削切削固定循环G77第2章零件加工程序的编制图锥度切削G77符号与刀具轨迹的关系U/2WU/2W(a)I>0(b)I<0

II(2)螺纹切削固定循环G78第2章零件加工程序的编制rrU/2W1234U/2rrlW1234a）车直螺纹b）车锥螺纹图螺纹切削G78时的动作图第2章零件加工程序的编制（3）端面切削固定循环G79X/2U/21234oxZWzZWX/21234a)端面切削b）端面锥度切削图端面切削G79时的动作图第2章零件加工程序的编制KWW1234a）K〈0b）K〉0U/2U/2图端面锥度切削符号与刀具轨迹关系图5其他代码（1）主轴功能S

（2）刀具功能T（3）进给功能F第2章零件加工程序的编制第4节数控加工程序实例

1钻孔加工程序（1）孔加工程序的特点1）编程中坐标性质2）注意提高对刀精度3）注意使用刀具补偿功能4）在钻孔量很大时，为了简化编程，应使用固定循环指令。第2章零件加工程序的编制Φ25钻头补偿值b=-4mm20ABC303030501203530318522图2-25孔加工零件编程实例第2章零件加工程序的编制（2）编程实例[例1]使用刀具长度补偿和一般指令加工图所示的零件中A、B、C三个孔。N01G92X0Y0Z0；设定坐标系N02G91G00X120.0Y80.0；定位到A点N03G43Z-32.0T1H01；刀具快速移动到工进起点

，刀具长度补偿N04S600M03M07；主轴启动N05G01Z-21.0F1000；加工A孔N06G04P2000；孔底停留2秒

N07G00Z21.0；快速返回到工进起点N08X30.0Y-50.0；定位到B点第2章零件加工程序的编制N09G01Z-38.0；加工B孔N10G00Z38.0；快速返回到工进起点N11X50.0Y30.0；定位到C孔N12G01Z-25.0；加工C孔N13G04P2000；孔底停留2秒钟N14G00Z57.0H00；Z坐标返回到程序起点，

取消刀补N15X-200.0Y-60.0；X、Y坐标返回到程序起点N16M05M09；主轴停止N17M02；程序结束第2章零件加工程序的编制[例2]使用固定循环指令加工例1中的三个孔。分析图纸和数据处理的过程同例1，使用固定循环指令编出的程序清单如下：N05G92X0Y0Z0；N10G91T1;N15M03S600M07；主轴启动N20G43H01；设置刀具补偿N30G99G82X120.0Y80.0Z-21.0R-32.0P2000F1000；钻孔A

N40G99G81X30.0Y-50.0Z-38.0;钻孔BN50G98G82X50.0Y30.0Z-25.0P2000;钻孔CN60G00X-200.0Y-60.0H00；返回起刀点N70M05M09；N80M02；程序结束第2章零件加工程序的编制2车削程序（1）车削加工程序的特点

1）坐标的取法及坐标指令。

2）刀具补偿。

3）车削固定循环功能。（2）车削加工程序实例[例3]手工编写图所示零件的车削加工程序。该零件需要精加工，图中φ85表面不加工。选用具有直线、圆弧插补功能的数控车床加工该零件。第2章零件加工程序的编制Ⅰ355Ⅱ

535

5

3510Ⅲ图刀具布置图第2章零件加工程序的编制

R70M48x1.5

φ85φ78oφ45zφ80φ62φ50φ41.8

1x45oφ2003xφ45

6510602060602290350xA

图车削零件图第2章零件加工程序的编制N01G92X200.0Z350.0；起点坐标设定N02G00X41.8Z292.0S31M03T11M08；移到刀路起点N03G01X47.8Z289.0F15；倒角N04U0W-59.0；切φ47.8圆N05X50.0W0；切圆锥小头N06X62.0W-60.0；切锥度N07U0Z155.0；切φ62.0圆N08X78.0W0；N09X80.0W-1.0；倒角N10U0W-19.0；切φ80.0圆N11G02U0W-60.0I63.25K-30.0切圆弧N12G01U0Z65.0；切φ80.0圆N13X90.0W0；退刀第2章零件加工程序的编制N14G00X200.0Z350.0M05T10M09；退回换刀点，主轴停N15X51.0Z230.0S23M03T22M08；换刀,开主轴N16G01X45.0W0F10；切退刀槽N17G04U0.5；延迟N18G01X51.0W0；退刀N19G00X200.0Z350.0M05T20M09；到换刀位置，关主轴，换刀N20X52.0Z296.0S22M03T33M08；换刀，开主轴N21G78X47.2Z231.5F330.0；切螺纹，粗切N22X46.6W-64.5；切螺纹，半精切第2章零件加工程序的编制N23X46.1W-64.5；切螺纹，半精切N24X45.8W-64.5；切螺纹，精切N25G00X200.0Z350.0T30M02；退至起刀点[例4]图示零件的车削程序。

N01T0100M41；设定刀具号，主轴高速挡N02G97S200M08；定主轴转速表示方法，

开冷却N03G00X150.0Z110.0T0101M03；

取1号刀具1号刀补，开主轴第2章零件加工程序的编制N04G96S120；恒切削速度控制N06G73P7Q13U0.2W0.2I9.0K3.0D3F0.3；闭环切削循环,粗切N07G00X20.0Z110.0；移动到起刀点N08G01X20.0Z80.0F0.15S150；切φ20圆N09X40.0Z70.0；切小锥面N10Z50.0；切φ40圆N11G02X80.0Z30.0R40.0；切圆弧N12G01X120.0Z10.0；切大锥面N13G00X150.0Z110.0；退刀N14G70P7Q13;N15M09M05;N16M02;第2章零件加工程序的编制1001020201020

φ100φ80φ40φ20z

φ150φ200

91103x120

图2-28车削程序例21001020201020

φ100φ80φ40φ20z

φ150φ200

91103x120第2章零件加工程序的编制ΔiΔu/2ΔkΔw(150,0)9.13.2AΦ12010020Φ80第2章零件加工程序的编制N01T0303；N02M03S200;N04G00X150.0Z0.0;N06G73P7Q9I9.0K3.0U0.2W0.2D3F0.3；闭环切削循环，粗切N07G00X80.0Z2.0；移动到起刀点N08G01Z-100.0F0.15；切φ80圆N09X124.0W-22.0；切锥面N10G70P7Q9;N11G00X200.0Z10.0T0300；N13M02;第2章零件加工程序的编制这段程序中的G73是闭环切削指令。其功能是按照一定的切削形状，逐渐去除余量，达到最终尺寸。巧妙地使用G73指令可以简化车削程序。这是车削加工中的一个特殊指令，格式如下：G73P(ns)Q(nf)I±(Δi)K±(Δk)U±(Δu)W±(Δw)D(d)F(f)S(s)；N(ns)；

......N(nf)；其中P——表示最终形状的程序段首段程序号(ns)；Q——表示最终形状的程序段末段程序号(nf)；I——X轴方向的让刀距离及方向(Δi，半径指定)；第2章零件加工程序的编制K——Z轴方向的让刀距离及方向(Δk)；

U——X方向精加工余量及方向(Δu，直径指定)；

W——Z方向的精加工余量(Δw)；

D——切削次数(d)；

F——进给量；

S——主轴功能。3轮廓铣削程序（1）轮廓铣削编程特点

1）数控铣床功能各异，品种繁多。选择机床时要考虑如何最大限度地发挥数控铣床的特点。第2章零件加工程序的编制

2）数控铣床的数控装置具有多种插补方法。

3）数控铣床一般都具有刀具位置补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿和各种固定循环等功能，合理地使用这些功能可以简化编程。

4）铣削和由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削数学处理比较简单，可以手工计算。（2）铣削加工程序实例[例5]编写在具有刀具补偿功能的铣床上铣削零件外轮廓的零件加工程序。第2章零件加工程序的编制YRRRRRDCEB1501209060300GAJIHF306090120150180第2章零件加工程序的编制N01G92X0Y0Z0；建立工件坐标系N02G30Y0M06T06；返回第二参考点换刀N03G00G90X0Y90.0；快速移至起刀点N04G43Z0H03S440M03；长度补偿，主轴正转N05G01Z-10;N06G41G17X30.0D30F100；半径补偿，移至A点N07G01X60.0Y120.0；加工AB段N08G02X90.0Y90.0I0J-30.0；加工BC段N09G01X120.0；加工CD段N10G02X150.0Y120.0I30.0J0；加工DE段N11G01X135.0Y90.0；加工EF段N12X150.0Y60.0；加工FG段N13X120.0；加工GH段N14X90.0Y30.0；加工HI段第2章零件加工程序的编制N15X45.0Y60.0；N16X30.0Y90.0；加工JA段N17G40G00X0Y90.0；取消刀补，回到A点N18X0Y0Z20；返回原点N19M30；程序结束在立式加工中心上利用上述程序加工图示零件的过程如下：（1）程序原点设定（2）试运行与试切（3）对试切工件进行检测合格后，就可以进行正式的全

自动加工了。第2章零件加工程序的编制图工件的加工过程

第2章零件加工程序的编制作业在数控钻床上对图示零件3个Φ12mm的孔进行钻削加工，对刀点在O点，主轴转速选择S300，进给速度选择F70，根据孔径选用Φ12mm的钻头，编写加工程序单，加工顺序为A,C,D。第2章零件加工程序的编制YXO704040403035XZO3022A30CD第2章零件加工程序的编制N01G92X0Y0Z0;N03G90G00X70.0Y35.0;N04Z-27.0;N05S300M03;N06G01Z-52.0F70;N07G04P2000;N08G00Z-27.0;N09X110.0Y65.0;N10G01Z-65.0;N16G00Z-27.0;N17X150.0Y105.0

;N18G01Z-52.0;N19G04P2000;N20G00Z0;N21X0Y0;N22M02;第2章零件加工程序的编制N01G92X0Y0Z0;N03G91G00X70.0Y35.0;N04Z-27.0;N05S300M03;N06G01Z-25.0F70;N07G04P2000;N08G00Z25.0;N09X40.0Y30.0;N10G01Z-38.0;N16G00Z38.0;N17X40.0Y40.0;N18G01Z-25.0;N19G04P2000;N20G00Z55.0;N21X-150.0Y-105.0;N22M02;第2章零件加工程序的编制N01G92X0Y0Z0;N03S300M03;N04G90G99G82X70.0Y35.0Z-52.0R-27.0P2000F70;N05G81X110.0Y65.0Z-65.0;N06G98G82XY105.0Z-52.0R-27.0P2000;N07G00X0Y0;N08M02;N01G92X0Y0Z0;N03S300M03;N04G91G99G82X70.0Y35.0Z-25.0R-27.0P2000F70;N05G81X40.0Y30.0Z-38.0;N06G98G82X40.0Y40.0Z-25.0R-27.0P2000;N07G00X-150.0Y-105.0;N08M02;第2章零件加工程序的编制如图所示，该零件要进行精加工，其中Φ116mm的外圆不加工，A点为起刀点，主轴转速选择S30，进给速度选择F20。试编写零件的车削加工程序。第2章零件加工程序的编制N01G92X200.0Z240;N02S30M03N03G00X74.0Z182.0;N04G01X80.0Z179.0F20;N05U0.0W-29.0;N05G03X80.0Z100.0I-65.4K-25.0;N06G01X100.0Z60.0;N07G01W-22;N08G02U16.0W-8.0I8.0K0.0;N09G01U5.0;N10G00X200Z240;N11M02;第2章零件加工程序的编制

谢谢！机床数控技术机械工业出版社

目录2数值模拟研究结果3安装工艺性验证试验大纲1项目要求及成果提交形式2数值模拟研究结果1项目要求及成果提交形式第3章

数控系统的加工控制原理第2章

零件加工程序的编制第1章

概述第6章

数控机床的伺服系统第5章

位置检测装置第4章

数控装置第3章数控系统的加工控制原理第1节数控装置的工作过程

CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的过程。

1程序输入：读入零件加工程序。

2译码：将读入的零件程序翻译成机器的内码。

3数据处理：刀补，速度处理。4插补:通过插补计算程序在已知有限信息的基础上进行“数据点

的密化”工作，即在起点和终点之间插入一些中间点。5位置控制：用插补后的数据实现刀具位置的控制。

6输入/输出（I/O）处理控制：处理CNC系统和机床之间的来往信

号的输入和输出控制。7显示：零件程序显示、参数设置、刀具位置显示、机床状态显示

、报警显示、刀具加工轨迹动态模拟显示以及在线编程时的图形

显示等。

第3章数控系统的加工控制原理

第2节

插补原理

1概述插补的目的就是在程序段的起点和终点间插入若干中间点，使得数据点密化。常用插补方法为基准脉冲插补和数据采样插补。（1）基准脉冲插补

每次插补得到的步长相同，每个插补周期所用的时间可变。

（2）数据采样插补每次插补所用的时间相同，每次插补得到的步长可变。

第3章数控系统的加工控制原理2基准脉冲插补（1）逐点比较法的基本思想偏差判别：根据刀具当前位置，

确定进给方向。坐标进给：使加工点向给定轨迹趋进，

即向减少误差方向移动。偏差计算：计算新加工点与给定轨迹

之间的偏差，作为下一

步判别依据。终点判别：判断是否到达终点，若到

达，则结束插补；否则，

继续以上四个步骤。

第3章数控系统的加工控制原理怎样判别当前位置？1）

若P1点在直线上方，则有Y

XeY－XYe>0E(Xe,Ye)2）

若P点在直线上，则有P1

XeY－XYe＝03）若P2点在直线下方，则有P(X,Y)

XeY－XYe<0P2OX因此，可以构造偏差函数

为

第3章数控系统的加工控制原理（2）逐点比较法直线插补的数学过程

怎样决定进给方向？

对于第一象限直线，其偏差符号与进给方向的关系为

F＝0时，表示动点在OE上，如点P，可向＋X向进给，也可向＋Y向进给。

F>0时，表示动点在OE上方，如点P1，应向＋X向进给。

F<0时，表示动点在OE下方，如点P2，应向＋Y向进给。下面将F的运算采用递推算法予以简化，动点Pi(Xi，Yi)的Fi值为第3章数控系统的加工控制原理怎样计算新的偏差值？若Fi≥0，表明Pi(Xi，Yi)点在OE直线上方或在直线上，应沿＋X向走一步，假设坐标值的单位为脉冲当量，走步后新的坐标值为（Xi+1，Yi+1），且Xi+1=Xi+1，Yi+1=Yi,新点偏差为即若Fi<0，表明Pi（Xi，Yi）点在OE

的下方，应向＋Y方向进给一步，新点坐标值为(Xi+1，Yi+1)，且Xi+1=Xi,Yi+1＝Yi＋1，新点的偏差为

第3章数控系统的加工控制原理

∑＝∣Xe∣＋∣Ye∣，当X或Y坐标进给时，计数长度减一，当计数长度减到零时，即∑＝0时，停止插补，到达终点。第3章数控系统的加工控制原理怎样进行终点判别？(3)四象限的直线插补

假设有第三象限直线OE′（图3-6），起点坐标在原点O，终点坐标为E′（－Xe，－Ye），在第一象限有一条和它对称于原点的直线，其终点坐标为E（Xe，Ye），按第一象限直线进行插补时，从O点开始把沿X轴正向进给改为X轴负向进给，沿Y轴正向改为Y轴负向进给，这时实际插补出的就是第三象限直线，其偏差计算公式与第一象限直线的偏差计算公式相同，仅仅是进给方向不同，输出驱动，应使X和Y轴电机反向旋转。第3章数控系统的加工控制原理

图3-6第三象限直线插补第3章数控系统的加工控制原理图3-7四象限直线偏差符号和进给方向第3章数控系统的加工控制原理开始初始化|Xe|，|Ye|∑＝|Xe|＋|Ye|F≥0F←F－∣Ye∣沿Xe向走一步∑=0F←F＋∣Xe∣沿Ye向走一步结束∑＝∑-1第3章数控系统的加工控制原理(4)圆弧插补

怎样判断当前位置？

当动点P（X，Y）位于圆弧上时有

X2＋Y2－R2=0P点在圆弧外侧时，则OP大于圆弧半径R，即

X2＋Y2－R2>0P点在圆弧内侧时，则OP小于圆弧半径R，即

X2＋Y2－R2<0

用F表示P点的偏差值，定义圆弧偏差函数判别式为（3-5）当动点落在圆弧上时，一般约定将其和F>0一并考虑。第3章数控系统的加工控制原理YYASR1DF≥0NR1F≥0F<0F<0BOXCOX

a)顺圆弧b)逆圆弧

图3-9第一象限顺、逆圆弧第3章数控系统的加工控制原理怎样决定进给方向？对第一象限顺圆弧SR1，若F≥0时，动点在圆弧上或圆弧外，向－Y向进给，计算出新点的偏差；若F<0，表明动点在圆内，向＋X向进给，计算出新一点的偏差，如此走一步，算一步，直至终点。怎样计算新的偏差？

沿Y轴进给后：

即第3章数控系统的加工控制原理

沿X轴进给后：

怎样进行终点判别？圆弧插补终点判别：将X、Y轴走的步数总和存入一个计数器，∑＝∣Xb－Xa∣＋∣Yb－Ya∣，每走一步∑减一，当∑＝0发出停止信号。第3章数控系统的加工控制原理第3章数控系统的加工控制原理(5)四个象限中圆弧插补参照图3-9b，第一象限逆圆弧CD的运动趋势是X轴绝对值减少，Y轴绝对值增大，当动点在圆弧上或圆弧外，即Fi≥0时，X轴沿负向进给，新动点的偏差函数为

(3-8)

Fi<0时，Y轴沿正向进给，新动点的偏差函数为

(3-9)第3章数控系统的加工控制原理

YYSR2SR1SR4SR3NR1NR2NR3NR4OOXXa)逆圆弧b)顺圆图3-12四个象限圆弧进给方向第3章数控系统的加工控制原理(6)逐点比较法合成进给速度如果fg为脉冲源频率(Hz)，fx，fy

分别为X轴和Y轴进给频率(Hz)，则有：

从而X轴和Y轴的进给速度(mm/min)为

式中—脉冲当量（mm/脉冲）。合成进给速度为(3-11)式(3-11)中若fx=0或fy=0时，也就是刀具沿平行于坐标轴的方向切削，这时对应切削速度最大，相应的速度称为脉冲源速度vg，脉冲源速度与程编进给速度相同。第3章数控系统的加工控制原理(3-12)合成进给速度与脉冲源速度之比为：

(3-13)如图3-14所示，v/vg=0.707~1，最大合成进给速度与最小合成进给速度之比为vmax/vmin=1.414，一般机床来讲可以满足要求，认为逐点比较法的进给速度是比较平稳的。第3章数控系统的加工控制原理v/vg

1

0.707

O450900α

图3-14逐点比较法进给速度

第3章数控系统的加工控制原理逐点比较法建立过程回顾

第3章数控系统的加工控制原理盲人沿盲道走路策略分解位置判别

走步策略

新位置计算

终点判别建立每个环节的数学模型偏差函数，走步准则，偏差计算方法，终点判别算法方法完善四象限扩展，速度控制，加速度控制作业1、直线插补。设OA为第一象限的直线，起点为坐标原点，其终点坐标(4，5)，用逐点比较法实现该直线的插补，写出插补过程，并画出插补轨迹。2、加工第二象限直线OE，起点为坐标原点，终点坐标为E（－4，5）。试用逐点比较法对该段直线进行插补，写出插补过程，并画出插补轨迹。3、现欲加工一段逆圆弧AB，起点A（4，3），终点B（－4，3），圆心在坐标原点，试用逐点比较法进行插补，写出插补过程，并画出插补轨迹。

第3章数控系统的加工控制原理2数据采样法

(1)数据采样法的基本思想

数据采样插补又称为时间分割法，这种方法是根据程编进给速度F，将给定轮廓曲线按插补周期T（某一单位时间间隔）分割为插补进给段（轮廓步长），即用一系列首尾相连的微小线段来逼近给定曲线。每经过一个插补周期就进行一次插补计算，算出下一个插补点，即算出插补周期内各坐标轴的进给量，得出下一个插补点的指令位置。第3章数控系统的加工控制原理图3-28弦线逼近圆弧图3-29直线插补原理第3章数控系统的加工控制原理(2)直线函数法1)直线插补

设加工图3-29所示直线OE，起点在坐标原点O，终点为E（Xe，Ye），直线与X轴夹角为若已计算出轮廓步长l，从而求得本次插补周期内各坐标轴进给量为

第3章数控系统的加工控制原理2)圆弧插补如图3-30所示，A(Xi,Yi)为当前点，B(Xi+1,Yi+1）为插补后到达的点，图中AB弦正是圆弧插补时在一个插补周期的步长l，需计算x轴和y轴的进给量ΔX=Xi+1-Xi

，ΔY=Yi+1-Yi

。AP是A点的切线，M是弦的中点，OM⊥AB，ME⊥AG，E为AG的中点。圆心角计算如下：

式中δ—轮廓步长所对应的圆心角增量，也称为角步距。第3章数控系统的加工控制原理图3-30圆弧插补第3章数控系统的加工控制原理因为OAAP(AP为圆弧切线)所以△AOC∽△PAG则∠AOC＝∠GAP因为∠PAB+∠OAM=900所以∠PAB＝∠AOM=∠AOB＝

设＝∠GAB＝∠GAP＋∠PAB＝△MOD中

将DH=Xi，OC＝Yi，HM＝，CD＝

第3章数控系统的加工控制原理

又因为由此可以推出的关系式

上式反映了圆弧上任意相邻两插补点坐标之间的关系，只要求得和，就可以计算出新的插补点第3章数控系统的加工控制原理

式中，sinα

和cosα

均为未知，求解较困难。为此，采用近似算法，用sin45

和cos45

代替sinα和cosα

，即′与不同，从而造成了的偏差，在处偏差较大。如图3-31所示，由于角成为′，因而影响到值，使之为′

为保证下一个插补点仍在圆弧上，′的计算应按下式进行第3章数控系统的加工控制原理经展开整理得

由式(3-35)可用迭代法解出。采用近似算法可保证每次插补点均在圆弧上，引起的偏差仅是这种算法仅造成每次插补进给量的微小变化，而使进给速度有偏差，实际进给速度的变化小于指令进给速度的1％，在加工中是允许的。第3章数控系统的加工控制原理图3-31近似处理引起的进给速度偏差ΔX

ΔX′A

O

B

S

T

F

ΔY′

ΔY

Y

X

α

α′

第3章数控系统的加