数控理论及加工技术-四川大学-期末作业-四象限直线插补

1、数控理论及加工技术专业：机械设计及理论姓名：XXX学号：XXXXXXX一、 编写实现四个象限直线数值积分插补计数程序，写出程序设计框图及程序注释。入口象限判断：Xe-X00?NYX轴给进脉冲deltaX=-1Ye-Y00?X轴给进脉冲deltaX=+1Ye-Y00?NNYYY轴给进脉冲deltaY=-1直线依次通过一、三象限Y轴给进脉冲deltaY=+1直线依次通过四、二象限Y轴给进脉冲deltaY=-1直线依次通过二、四象限Y轴给进脉冲deltaY=+1直线依次通过三、一象限JVx |Xe-X0|初始化 , , ,JVy |Ye-Y0|JRx 0JE 0JRx 0NJRx JRx+JVx+d

2、eltaX走一步N溢出？NJE JE+1+deltaX走一步YJRy JRy+JVyJE=0？Y溢出？图1、DDA直线插补程序流程出口Y以下是插补计数程序的源代码（C+、只写出主体部分）int JVx;int JVy; /JVx、JVy积分函数寄存器 int JRx;int JRy; /JRx、JVy余数寄存器 int JE; /JE 终点计数器 int deltaX;int deltaY; /deltaX、deltaY脉冲累加器 main() JRx=0;JRy=0;JVx=0;JVy=0;JE=0;deltaX=0;deltaY=0;int delta10252=0;/初始化置空。值“10

3、25”仅设定一个容限，可根据实际应用调整 cout本程序为 四象限直线数值积分插补计数程序nendl;cout请输入直线的起点坐标和终点坐标endlPlease input the starting and end point coordinates of the straight-line x0y0xeye;JVx=abs(xe-x0); /abs()，求绝对值函数；置积分函数JVx寄存器值if(xe-x0)0) deltaX=-1; else deltaX=1;JVy=abs(ye-y0); /置积分函数JVy寄存器值if(ye-y0)=JVy) N=JVx; else N=JVy; /暂

4、定累加增量float index;/index,寄存器位数index=log(N)/log(2);if(index=floor(index)/floor(),四舍五入向下取整函数 index=index;else index=floor(index)+1;N=1;for(int i=1;i=index;i+)N=N*2; /设定累加次数(累加增量) N/准备工作完成，开始插补计算for(int j=1;JE=N) deltaj0=deltaX;JRx=JRx-N;else;JRy=JRy+JVy;if(JRy=N)deltaj1=deltaY;JRy=JRy-N; else;for(int j

5、=0;j=N;j+)cout(deltaj0,deltaj1)endl;/以上代码计算输出插补坐标。 每步插补给进脉冲数据都记录在“delta”这个N2的数组内，可以直接供外部引用，也可使用与下面提供的代码类似的方法计算出每步的插补坐标。 coutDrawPointendl; int x=x0,y=x0; for(int j=0;j=N;j+) x=x+deltaj0; y=y+deltaj1; cout(x ,y )endl; return 0;二、 论述数控机床的发展趋势及其对加工的影响，论述要充分。随着先进生产技术的发展，要求现代数控机床向高速度、高精度、高可靠性、智能化和更完整的功能方

6、向发展。1 高速、高精度化高速化指数控机床的高速切削和高速插补进给，目标是在保证加工精度的前提下，提高加工速度。这不仅要求数控系统的处理速度快，同时还要求数控机床具有大功率和大转矩的高速主轴、高速进给电机、高性能的刀具、稳定的高频动态刚度。高精度包括高进给分辨率、高定位精度和重复定位精度、高动态刚度、高性能闭环交流数字伺服系统等。数控机床由于装备有新型的数控系统和伺服系统，使机床的分辨率和进给速度达到0.1m（24m/min），1m（100240m/min），现代数控系统已经逐步由16bit CPU过渡到32bitCPU。日本产的FANUC15系统开发出64bit CPU系统，能达到最小移动单

7、位0.1 m时，最大进给速度为100m/min。FANUC16和FANUC18采用简化与减少控制基本指令的RISC（Reduced Instruction Set Computer）精简指令计算机，能进行更高速度的数据处理，使一个程序的处理时间缩短到0.5ms，连续1mm移动指令的最大进给速度可达到120m/min。日本交流伺服电动机已装上每转可产生100万个脉冲的内藏位置检测器，其位置检测精度可达到0.01mm/脉冲及在位置伺服系统中采用前馈控制与非线性控制等方法。补偿技术方面，除采用齿隙补偿、丝杠螺距误差补偿、刀具补偿等技术外，还开发了热补偿技术，减少由热变形引起的加工误差。2 “开放式”

8、要求新一代的数控机床的控制系统是一种开放式、模块化的体系结构。系统的构成要素应是模块化的，同时各模块之间的接口必须是标准化的；系统的软件、硬件构造应是“透明的”、“可移植的”；系统应具有“连续升级”的能力。为满足现代机械加工的多样化要求，新一代数控机床机械结构更趋向于“开放式”。机床结构按模块化、系列化原则进行设计与制造，以便缩短供货周期，最大限度满足用户的工艺要求，机电一体化内容更加丰富，因此专门为数控机床配套的各种功能部件已完全商品化。3智能化所谓智能化数控系统，是指具有拟人智能特征，智能数控系统通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征，自动感知加工系统的内部状态和外部环境

9、，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度、背吃刀量、坐标移动、主轴转速等工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。（1） 在数控系统中引进自适应控制技术 数控机床中因工件毛坯余量不匀、材料硬度不一致、刀具磨损、工件变形、润滑或冷却液等因素的变化将直接或间接影响加工效果。自适应控制是在加工过程中不断的检查某些能代表加工状态的参数，如切削力、切削 温度等，通过评价函数计算和最优化处理，对主轴转速、刀具（或工作台）进给速度等切削用量参数进行校正，是数控机床能够始终在最佳的切削状态下工作。（2） 设置故障自诊断功能 数控机床工作过程中出现故障时，控制系统能自动诊断，并立即采取措施排除故障

10、，以适应长时间在无人环境下的正常运行要求。（3） 具有人机对话自动编程功能 可以把自动编程机具有的功能，装入数控系统，使零件的程序编制工作可以在数控系统上在线进行，用人机对话方式，通过CRT彩色显示和手动操作键盘的配合，实现程序的输入、编辑和修改，并在数控系统中建立切削用量专家系统，从而达到提高编程效率和降低操作人员技术水平的要求。（4） 应用图像识别和声控技术 由机床自己辨别图样，并自动地进行数控加工的智能化技术和根据人的语言声音对数控机床进行自动控制的智能化技术。4 复合化复合化加工，即在一台机床上工件一次装夹便完成多任务种、多任务序的加工，通过减少装卸刀具、装卸工件、调整机床的辅助时间，

11、实现一机多能，最大限度提高机床的开机率和利用率。20世纪60年代初期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心（MC），即自备刀库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可自动更换刀具，连续地对工件的各加工面进行多种工序加工。目前加工中心的刀库容量可多达120把，自动换刀装置的换刀时间为12s。加工中心中除了镗铣类加工中心和车削类车削中心外，还出现了集成型车/铣加工中心，自动更换电极的电火花加工中心及带有自动更换砂轮装置的内圆磨削加工中心等。随着数控技术的不断发展，打破了原有机械分类的工艺性能界限，出现了相互兼容、扩大工艺范围的趋势。复合加工技术不仅是加工中心、车削中

12、心等同类技术领域内的复合，而且正向不同类技术领域内的复合发展。多轴同时联动移动，是衡量数控系统的重要指标，现代数控系统的控制轴数可多达16轴，同时联动轴数已达到6轴。高档次的数控系统，还增加了自动上下料的轴控制功能，有的在PLC里增加位置控制功能，以补充轴控制数的不足，这将会进一步扩大数控机床的工艺范围。5 高可靠性高可靠性的数控系统是提高数控机床可靠性的关键。选用高质量的印制电路和元器件，对元器件进行严格地筛选，建立稳定的制造工艺及产品性能测试等一整套质量保证体系。在新型的数控系统中采用大规模、超大规模集成电路实现三维高密度插装技术，进一步地把典型的硬件结构集成化，做成专用芯片，提高了系统的

13、可靠性。现代数控机床均采用CNC系统，数控系统的硬件由多种功能模块制造，对于不同功能的模块可根据机床数控功能的需要选用，并可自行扩展，组成满意的数控系统。在CNC系统中，只要改变一下软件或控制程序，就能制成适应各类机床不同要求的数控系统。现代数控机床能装备有各种类型的监测、检测装置，以及具有故障自动诊断与保护功能。能够对工件和刀具进行监测，发现工件超差，刀具磨损、破裂，能及时报警，给予补偿，或对刀具进行调换，具有故障预报和自恢复功能，保证数控机床长期可靠地工作。数控系统一般对软件、硬件进行故障自诊断，能自动显示故障部位及类型，以便快速排除故障。此外系统中注意增强保护功能，如行程范围保护功能、断

14、电保护功能等，以避免损坏机床和工件的报废。6 多种插补功能数控机床除具有直线插补、圆弧插补功能外，有的还具有样条插补、渐开线插补、螺旋插补、极坐标插补、指数曲线插补、圆柱插补、假想坐标插补等。7 人机界面的友好现代数控机床具有丰富的显示功能，多数系统都具有实时图形显示、PLC梯形图显示和多窗口的其他显示功能。丰富的编程功能，像会话式自动编程功能、图形输入自动编程功能，有的还具有CAD/CAM功能。方便的操作，有引导对话方式帮助你很快熟悉操作，设有自动工作手动参与功能。根据加工的要求，各系统都设了多种方便于编程的固定循环。伺服系统数据和波形的显示，伺服系统参数的自动设定。系统具有多种管理功能，刀

15、具及其寿命的管理、故障记录、工作记录等。PLC程序编制方法增加，目前有梯形图编程（Ladder Language Program）方法、步进顺序流程图编程（Step Sequence Program）方法。现在越来越广泛地用C语言编写PLC程序。帮助功能，系统不但显示报警内容，而且能指出解决问题的方法。三、 论述直线电机的特点、应用及其对加工的影响，举例论述。直线电机进给驱动的主要优点：1) 进给速度范围宽。可从1mm/s到20m/min以上，目前加工中心的快进速度已达208m/min，而传统机床快进速度，其中，加工中心11台（立式8台，卧式3台），电加工机床7台（线切割4台，成形机2台，小孔

16、机1台），磨床6台（一般磨床4台，齿轮磨床1台，坐标磨床1台），非球面加工机和微型微细加工机5台，车床4台，专用机床3台，激光加工机2台，车磨复合机床1台，铣削加工单元（FMC）l台。 目前，世界上最知名的机床厂家几乎无一例外地都推出了直线电机驱动的机床产品，品种覆盖了绝大多数机床类型。此外，在压力机、坐标测量机、水切割机、等离子切割机、快速原型机及半导体设备的X-Y工作台上直线电机都有应用。此外，浙江大学直线电机与现代驱动研究所开发了直线电机驱动的压力机、锯床、雕刻机、线切割机床。 北京机电院高技术股份有限公司承担的“十五”攻关项目直线电机驱动的高速立式加工中心，于2003年研制成功国内第一

17、台直线电机驱动的加工中心，并在2003年北京国际机床展览会展出。该机床X/Y轴采用直线电机驱动，行程分别为1250/630mm，最大快移速度80/120m/min，最大加速度O.8/1.5g。机床在设计中对减轻运动部件质量、加强机床刚性、解决高速高加速运动下的抗冲击性、直线电机的防护，以及控制系统、伺服系统与直线电机的匹配和优化调试等方面做了有益的探索并取得了成功。为解决处于工作台下方的Y轴直线电机的防护问题，设计了密封的直线驱动轴部件，并获得了国家专利。经测定，该机床精度达到精密级加工中心标准，并有充分裕量。一年多来该机床工作稳定可靠。课题组还对直线电机初级线圈与次级磁铁（定子）的温升进行了

18、试验。以X轴为例：X轴运动部件质量1000kg，加速度设定为O.8g，快移速度设定为70m/min，连续往复运动1小时以上。试验结果：10分钟后初级线圈（水冷）温升趋于平衡，工作温度稳定在69左右，远远低于允许工作温度（12）。电机次级磁铁温升约2。可见直线电机初级线圈与次级磁铁（定子）的温升对机床的热影响有限，可通过补偿消除。 直线电机对加工的影响:选择合适的直线电机及驱动控制系统，配以合理的机床设计，完全可以生产出高性能、高可靠性的机床。现在直线电机驱动进给速度100m/min，加速度12g的机床已很普遍，已有机床达到快进240m/min，加速度5g的指标（日本AMADA激光切割机）。高速度高加速度的传动已在加工中心、数控铣床、车床、磨床、复合加工机床、激光加工机床及重型机床上得到广泛应用，这