機(jī)床數(shù)控技術(shù)考前復(fù)習(xí)

1、機(jī)床數(shù)控技術(shù)考前復(fù)習(xí)2015年10月課程重點A數(shù)控機(jī)床的工作原理與使用 數(shù)控機(jī)床是在什么形式的數(shù)字化信息數(shù)控機(jī)床是在什么形式的數(shù)字化信息下工作的？如何使用、編程？下工作的？如何使用、編程？u數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理 1 1）數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)）數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng) 2 2）程序格式）程序格式u數(shù)控機(jī)床的編程方法數(shù)控機(jī)床的編程方法常用代碼常用代碼課程重點B機(jī)床數(shù)字化自動控制原理 數(shù)字化信息如何實現(xiàn)對機(jī)床的自動控制？機(jī)數(shù)字化信息如何實現(xiàn)對機(jī)床的自動控制？機(jī)床的自動控制任務(wù)？床的自動控制任務(wù)？u硬件配置：硬件配置：1 1、計算機(jī)：數(shù)字信息處理輸出裝置、計算機(jī)：數(shù)字信息處理輸出裝

2、置CNCCNC2 2、伺服系統(tǒng)：基于數(shù)字化信息控制的驅(qū)動執(zhí)、伺服系統(tǒng)：基于數(shù)字化信息控制的驅(qū)動執(zhí)行及運(yùn)動參數(shù)反饋裝置行及運(yùn)動參數(shù)反饋裝置u軟件設(shè)計：多任務(wù)實時處理軟件設(shè)計：多任務(wù)實時處理1 1、管理軟件：、管理軟件：I/OI/O、程序輸入、顯示、診斷、程序輸入、顯示、診斷 2 2、控制算法：、控制算法：1 1）插補(bǔ)）插補(bǔ) 2 2）刀補(bǔ)）刀補(bǔ) 3 3）速度控制）速度控制數(shù)控技術(shù)考前復(fù)習(xí)大綱內(nèi)容： 1、數(shù)控機(jī)床與數(shù)控編程 2、CNC裝置的硬件組成和軟件結(jié)構(gòu) 3、刀補(bǔ)、插補(bǔ)、進(jìn)給速度控制 4、位置檢測與伺服驅(qū)動系統(tǒng)重點： 1、基本概念與名詞術(shù)語 2、數(shù)控編程 3、插補(bǔ)算法NC、CNC、MC、FMC、

3、FMS、CIMSNC：數(shù)字控制：數(shù)字控制CNC：計算機(jī)數(shù)字控制：計算機(jī)數(shù)字控制MC：加工中心：加工中心FMC：柔性制造單元：柔性制造單元FMS：柔性制造系統(tǒng)：柔性制造系統(tǒng)CIMS：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的組成輸入裝置輸出裝置計算機(jī)數(shù)控裝置PLC主軸控制單元主軸機(jī)床輔助伺服電機(jī)速度控制單元工作臺位置檢測反饋裝置CNC系統(tǒng)系統(tǒng)機(jī)械主體機(jī)械主體伺服驅(qū)動系統(tǒng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)CNC系統(tǒng)（CNC裝置裝置+輸入輸出設(shè)備）輸入輸出設(shè)備）CNC裝置：裝置： 計算機(jī)：計算機(jī)：執(zhí)行管理軟件（圖形、數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)輸入、I/O處理、故障診斷、狀態(tài)顯示）、控制軟件（譯碼、刀具補(bǔ)償、插補(bǔ)運(yùn)算、速度處理、

4、位置控制等）、以及與外部設(shè)備的通訊。 PLC：實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)中開關(guān)量的邏輯運(yùn)算、聯(lián)鎖控制。輸入輸出設(shè)備：輸入輸出設(shè)備： 程序編程、存儲、打印、顯示設(shè)備。伺服驅(qū)動系統(tǒng)：精確、高速、穩(wěn)定精確、高速、穩(wěn)定 檢測裝置檢測裝置 對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置進(jìn)行實時檢測，為伺服控制提供反饋信息。 伺服執(zhí)行裝置伺服執(zhí)行裝置 按照數(shù)控裝置輸出的數(shù)字指令（和反饋信息）對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行實時控制，使工作臺或刀具的運(yùn)行軌跡與數(shù)控指令一致。機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件：如機(jī)座、機(jī)身、機(jī)架等結(jié)構(gòu)件：如機(jī)座、機(jī)身、機(jī)架等 剛度高 抗振 熱變形小運(yùn)動副：導(dǎo)軌、傳動結(jié)構(gòu)、軸承等運(yùn)動副：導(dǎo)軌、傳動結(jié)構(gòu)、軸承等 間隙小 摩擦系數(shù)小數(shù)控機(jī)床的數(shù)控機(jī)床的分

5、類 按運(yùn)動方式： 點位控制或位置控制與輪廓控制 按控制方式： 開環(huán)控制與閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制與開環(huán)補(bǔ)償型控制 按加工方式： 切削、板金、電火花、激光、測量 按功能水平：高檔/中檔/低檔 聯(lián)動軸數(shù)、分辨力、加工速度、通訊能力開環(huán)控制系統(tǒng)通常使用功率步進(jìn)電機(jī)或電液脈沖馬達(dá)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)；開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但由于沒有反饋，其精度受步進(jìn)電機(jī)的步距誤差、機(jī)械傳動鏈誤差等影響。半閉環(huán)控制系統(tǒng)不包括或只包括少量機(jī)械傳動環(huán)節(jié)，因此可獲得穩(wěn)定的控制性能，半閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、精度也較高；若對這類誤差進(jìn)行補(bǔ)償，可獲得滿意的精度。在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛應(yīng)用。 閉環(huán)控制系統(tǒng)可消除由于傳動部件在制

6、造、裝配過程中存在的精度誤差等給工件加工帶來的影響，精度高。在反饋環(huán)路內(nèi)，由于各種機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的組成元件間的摩擦特性、剛性、裝配間隙及傳動鏈間隙等都是可變的（或是非線性的），這些直接影響伺服系統(tǒng)的的穩(wěn)定性，調(diào)試?yán)щy。 數(shù)控機(jī)床的特點 可編程、靈活 生產(chǎn)效率高 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定 能完成復(fù)雜形面的加工 工序集中，一機(jī)多用 現(xiàn)代制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)機(jī)床零點、參考點與機(jī)床坐標(biāo)系機(jī)床零點、參考點與機(jī)床坐標(biāo)系 機(jī)床坐標(biāo)系：建立在機(jī)床原點M或機(jī)床零點的坐標(biāo)系；是機(jī)床固有的坐標(biāo)系。 數(shù)控裝置上電時并不知道機(jī)床零點，為了正確地在機(jī)床工作時建立機(jī)床坐標(biāo)系，通常在每個坐標(biāo)軸移動范圍內(nèi)設(shè)置限位開關(guān)確定一個機(jī)床參考點R

7、（測量起點），以建立機(jī)床坐標(biāo)系。工件原點與工件坐標(biāo)系工件原點與工件坐標(biāo)系 工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時使用的，編程人員選擇工件上的某一已知點為原點（也稱程序原點、工件零點），建立一個新的基于工件零點W的坐標(biāo)系，稱為工件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐標(biāo)系所取代。數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系坐標(biāo)方向的確定確定機(jī)床坐標(biāo)軸時，一般先定Z軸，再定X軸和Y軸。Z軸及其方向：與機(jī)床主軸（或垂直于工件的裝夾面）平行的軸，增大刀具與工件之間距離的方向為正方向。X軸：水平，與工件裝夾面平行； 如刀具旋轉(zhuǎn)：在Z軸后端或面對立柱看，右手為正向；如工件旋轉(zhuǎn)：離開旋轉(zhuǎn)中心的方向為正向； 否則：以主要切削為正。Y

8、軸：根據(jù)Z、X軸，按右手直角坐標(biāo)系確定。旋轉(zhuǎn)軸A、B、C在正X、Y、Z方向按右螺旋前進(jìn)方向確定對刀點、起刀點、換刀點對刀點：在數(shù)控機(jī)床上加工零件時，刀具相對零件運(yùn)動的起始點。也稱起刀點。換刀點：換刀的位置，可以是加工零件之外的任意一點。刀位點、切削點 對刀點的位置是以刀具的“刀位點”來表示的，刀位點是刀具上的一點，是刀具定位的基準(zhǔn)點。 不同的刀具形狀，其刀位點的規(guī)定不同，如立銑刀和端銑刀，刀位點為其底面中心；球頭銑刀為球頭球心；車刀、鏜刀和鉆頭則為刀尖或鉆尖。 編程時，控制的刀具軌跡即刀位點的軌跡。刀位點不一定是切削點。加工過程中，如果刀具上的切削點與刀位點重合則可以不考慮刀具補(bǔ)償。 如：車圓

9、柱外圓時，切削點與刀位點一致，固定不變；車錐形或球形外圓時，切削點的位置則是變化的，如不進(jìn)行刀尖半徑補(bǔ)償，則會引起加工誤差。 基點、曲線逼近與節(jié)點基點、曲線逼近與節(jié)點 基點： 零件各幾何元素的交點或切點 曲線逼近： 以直線或圓弧逼近非圓曲線 節(jié)點： 人為逼近線段的交點或切點模態(tài)指令與非模態(tài)指令模態(tài)指令與非模態(tài)指令 功能（指令）有非模態(tài)功能和模態(tài)功能二種形式。 非模態(tài)功能(當(dāng)段有效代碼) ：只在書寫了該代碼的程序段中有效；如G04 模態(tài)功能(續(xù)效代碼)：一組可相互注銷的M 功能，這些功能在被同一組的另一個功能注銷前一直有效。 如：G90/G91 G00/G01/G02/G03程序段、尺寸字、非尺

10、寸字程序段、尺寸字、非尺寸字 加工程序的主體由若干程序段組成； 程序段是可作為一個單位來處理的連續(xù)的字組； （程序）字=地址符+十進(jìn)制數(shù)字信息單元 程序字分為尺寸字和非尺寸字 尺寸字：X、Y、Z、U、V、W、A、B、C、I、J、K； 尺寸字用來指定機(jī)床刀具運(yùn)動到達(dá)的坐標(biāo)位置。（或暫停時間）；其數(shù)字單位制由準(zhǔn)備功能字設(shè)定。數(shù)控機(jī)床的指令代碼 G字（準(zhǔn)備功能字）： 坐標(biāo)系、單位、定位、插補(bǔ)、刀補(bǔ)、循環(huán)等 M字（輔助功能字）： 開關(guān)量相關(guān)：程序控制，主軸、冷卻、夾具等起停 F字（進(jìn)給速度功能字）：mm/min、mm/r S字（主軸轉(zhuǎn)速功能字）：r/min、m/min（恒速） T字（刀具選擇功能字）：

11、T01、T0101 D/H字（刀具偏置字）：H16常用的G指令絕對/增量編程： G90、G91快速定位： G00 X_Y_Z_直線插補(bǔ)： G01 X_Y_Z_正/逆圓插補(bǔ)（圓心I、J、K；半徑R）： G02/G03 X_Y_I_J_ (XY平面） 常用M指令 M03、04、05：主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止 M06：手動或自動換刀（可停主軸、冷卻液） M07、M08、M09：霧狀、液狀冷卻液控制 M02、M30：程序結(jié)束 M30：與讀帶機(jī)有關(guān)CNC裝置的功能 控制功能：可控動力單元、聯(lián)動軸數(shù) 準(zhǔn)備功能：坐標(biāo)設(shè)定、平面選擇、刀具補(bǔ)償、程序暫停等 插補(bǔ)與固定循環(huán)：直線、圓、其他曲線的插補(bǔ)運(yùn)算 進(jìn)給控制功能

12、：切削進(jìn)給速度、同步進(jìn)給速度等 主軸控制功能：轉(zhuǎn)速、恒線速度、C軸控制 輔助功能：即M指令功能。包括主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止，冷卻泵的開關(guān)，工件夾緊、松開，換刀等功能。 刀具管理 顯示、診斷、通訊 在線自動編程CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu) CNC裝置的硬件有單微處理器結(jié)構(gòu)與多微處理器結(jié)構(gòu)兩種形式。 單微處理器結(jié)構(gòu)：以唯一一個能夠控制系統(tǒng)總線，占有總線資源的微處理器CPU為核心，采用集中控制、分時處理的方式來完成數(shù)控的各項任務(wù)。 多微處理器結(jié)構(gòu)：由多個能夠控制系統(tǒng)總線的功能不同的微處理器以模塊化結(jié)構(gòu)組成的CNC裝置。該結(jié)構(gòu)分為共享總線型和共享存儲器型。CNC的控制任務(wù)CNC裝置的控制流程：1、程序與參數(shù)的輸

13、入；2、譯碼（語法檢查）3、預(yù)處理：刀具補(bǔ)償、進(jìn)給速度等處理4、插補(bǔ)；5、位置控制；6、IO處理；7、顯示8、診斷；9、通訊功能CNC裝置的運(yùn)行特點：實時、多任務(wù)并行處理1、管理軟件：I/O處理、顯示、診斷、通訊2、控制軟件：譯碼、刀具補(bǔ)償、速度控制、插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制 CNC的前后臺式軟件結(jié)構(gòu)單微處理器CNC裝置常的一種軟件結(jié)構(gòu)；原理：利用定時中斷實現(xiàn)資源分時共享軟件由后臺程序（背景程序：調(diào)度管理、預(yù)處理程序）+前臺程序（實時中斷程序，完成位置控制、插補(bǔ)、輔助功能處理、面板掃描、輸出等任務(wù)）組成。下一程序段的譯碼、預(yù)處理時間必須小于本程序段的插補(bǔ)運(yùn)行時間，否則會出現(xiàn)停刀現(xiàn)象。CNC的中斷式軟

14、件結(jié)構(gòu) 多微處理器CNC裝置常的一種軟件結(jié)構(gòu)； 原理：多重中斷系統(tǒng) 控制程序由多個中斷優(yōu)先級不同的中斷服務(wù)程序組成 各中斷程序間的通訊方式： 1、設(shè)置軟件中斷（定時順序觸發(fā)） 2、自身鏈接（設(shè)置狀態(tài)口、順序查詢） 3、設(shè)置標(biāo)志（開放或關(guān)閉中斷）開放式CNC裝置 CNC裝置開放化的表現(xiàn)：1、系統(tǒng)內(nèi)部硬件、軟件的公開化2、各組成部件間接口的邊準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化 開放式CNC裝置的組成形式：1、PC連接型CNC；建立在串口通訊上的開放2、PC內(nèi)藏型CNC；非通用PC、程序開發(fā)受限3、CNC內(nèi)藏型PC；專用CNC、編程靈活4、全軟件型NC：實時性差插補(bǔ)插補(bǔ) 點位控制：點位控制：使工作臺（或刀具）精確地移動到某

15、一個位置點。控制裝置只控制終點位置精度，而忽略對路徑的控制?？刂品椒ê唵危恍杩刂乞?qū)動裝置的起停、無需插補(bǔ)運(yùn)算。 輪廓控制：輪廓控制：使工作臺（或刀具）精確地沿要求的軌跡移動。控制裝置需控制起點至終點間每一個點的速度和位置精度。實現(xiàn)的方法：將輪廓控制看成是由足夠多點的點位控制，這樣就需要計算這些中間點的位置值，即插補(bǔ)計算。 插補(bǔ)：插補(bǔ)：在輪廓的起點和終點之間，按照輪廓的數(shù)學(xué)特征計算所有的中間點的坐標(biāo)值。為與伺服系統(tǒng)匹配，坐標(biāo)值以增量形式表示。插補(bǔ)與脈沖指令1、插補(bǔ)程序是CNC裝置控制軟件的核心2、插補(bǔ)運(yùn)算，輸出脈沖指令 CNC裝置根據(jù)零件的加工軌跡，計算刀具軌跡上的每一個中間點的坐標(biāo)值，該坐標(biāo)

16、值經(jīng)伺服驅(qū)動裝置的脈沖當(dāng)量量化，所以其個數(shù)是有限的；該坐標(biāo)值以增量形式表示，以脈沖形式輸出的。中間點的計算精度將影響零件的加工精度。3、數(shù)字化進(jìn)給脈沖指令伺服系統(tǒng)進(jìn)給軸 一個脈沖所產(chǎn)生的坐標(biāo)軸位移量稱為脈沖當(dāng)量，脈沖當(dāng)量值取決于伺服電機(jī)與位置檢測裝置的分辨力。（0.110m)脈沖增量脈沖增量插補(bǔ)法插補(bǔ)法每次插補(bǔ)結(jié)束只產(chǎn)生一個行程增量，以一個個脈沖的方式輸出給步進(jìn)電機(jī)。方法簡單，易用硬件實現(xiàn)，運(yùn)算速度很快。適用于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的開環(huán)CNC系統(tǒng)。采用脈沖增量插補(bǔ)算法的CNC系統(tǒng)，坐標(biāo)軸進(jìn)給速度主要受插補(bǔ)程序運(yùn)算時間的限制，一般為 13m/min。脈沖增量插補(bǔ)算法主要有：逐點比較法和數(shù)字積分法。數(shù)字增

17、量插補(bǔ)數(shù)字增量插補(bǔ)法法 適用于交直流伺服電機(jī)驅(qū)動的閉環(huán)（半閉環(huán)）位置采樣控制系統(tǒng)。進(jìn)給速度取決于弦線誤差要求和伺服系統(tǒng)。插補(bǔ)運(yùn)算分兩步完成： 粗插補(bǔ)，即在給定起點和終點的曲線之間插入若干個點，用若干條微小直線段來逼近給定曲線，每一微小直線段的長度l相等，且與給定的進(jìn)給速度有關(guān)。粗插補(bǔ)在每個插補(bǔ)運(yùn)算周期中計算一次。因此l FT（T約10ms)。 精插補(bǔ)，它是在粗插補(bǔ)時算出的每一條微小直線段上再做“數(shù)據(jù)點的密化”工作，這一步相當(dāng)于對直線的脈沖增量插補(bǔ)。 脈沖增量脈沖增量插補(bǔ)之逐點比較法插補(bǔ)之逐點比較法 算法原理： 計算機(jī)在控制加工軌跡過程中，逐點計算和判別加工偏差以控制坐標(biāo)進(jìn)給方向，從而按規(guī)定的圖

18、形加工出合格工件。 算法流程： 偏差判別 進(jìn)給 偏差計算 終點判別 （確定方向） 逐點比較法直線插補(bǔ)算法（第1象限）過零直線終點：Xe、Ye ，當(dāng)前動點： Xi、Yi，偏差計算公式：F Fi i=XeY=XeYi i-X-Xi iYeYe；初始偏差：F F0 0=XeY=XeY0 0-X-X0 0YeYe1、偏差判別、 2、坐標(biāo)進(jìn)給 F=0 （直線之上） 則 X+ （向直線之下移動）3、偏差修正： +X：Fi+1= XeYi-（Xi+1）Ye=F-Ye +Y: Fi+1= Xe（Yi+1）-XiYe=F+Xe4、終點判別：X、Y向是否均達(dá)到終點。逐點比較法圓弧插補(bǔ)算法（第1象限逆圓）偏差計算公

19、式：F=(Xi2+Yi2)- (Xe2+Ye2) 1、偏差判別；2、分配進(jìn)給脈沖 F=0 則 X-向進(jìn)給（“向圓內(nèi)走”）3、終點判別：按兩方向坐標(biāo)應(yīng)走總步數(shù)之和判別。4、偏差修正計算： -X后：Fi+1=F-2Xi+1； +Y后：Fi+1=F+2Yi+1逐點比較法的象限與脈沖分配規(guī)律象限1 0，90、象限2 90，180）象限3 180，270）、象限4 270，360）逐點比較法的進(jìn)給速度 X或Y向直線時， 每次插補(bǔ)，均向一個坐標(biāo)軸輸出一個進(jìn)給脈沖； 進(jìn)給速度V0與插補(bǔ)頻率正比。 走45度直線時， 每兩次插補(bǔ)，均向X、Y坐標(biāo)軸輸出一個進(jìn)給脈沖； X、Y向的進(jìn)給速度均與插補(bǔ)頻率的1/2正比，合

20、成速度V1=0.707V0。 插補(bǔ)頻率不變，進(jìn)給速度受直線的斜率影響變化，但這樣的變化(0.7071)在加工過程中是允許的。脈沖增量脈沖增量插補(bǔ)之插補(bǔ)之?dāng)?shù)字積分法 算法原理： 利用速度合成軌跡，使動點沿速度矢量的方向前進(jìn) 。 算法設(shè)計： 用數(shù)字積分器DDA對速度分量進(jìn)行累積求和，因為累加器溢出頻率正比于速度分量，使溢出脈沖控制刀具的移動，則其移動速度與速度分量成正比。準(zhǔn)確保證各動點處的速度比，即可生成要求的軌跡。所以其中的一個速度分量可以是任意的。數(shù)字積分法特點 計算簡單、在一次插補(bǔ)中會輸出兩個進(jìn)給脈沖； 對曲線的數(shù)字積分運(yùn)算中會出現(xiàn)誤差，需采取措施。數(shù)字積分法直線插補(bǔ)算法（第1象限）1、 X

21、、Y向的被積函數(shù)寄存器JVX、JVY分別存入X、Y向線的速度分量值（過零直線可以是終點坐標(biāo)值Xe、Ye）； X、Y向的累加寄存器JRX、JRY清零；2、一次插補(bǔ)，使累加器內(nèi)的數(shù)值與速度分量值累加一次；3、X向的積分累加器溢出時， 向X坐標(biāo)發(fā)進(jìn)給脈沖；4、Y向的積分累加器溢出時， 向Y坐標(biāo)發(fā)進(jìn)給脈沖；5、X、Y向的積分累加器，存放X、Y向積分結(jié)果的余數(shù)；6、累加次數(shù)2n （過零直線、速度分量為Xe、Ye） 。線段行程與進(jìn)給速度在插補(bǔ)頻率不變的情況下進(jìn)給速度穩(wěn)定？ 情況1：累加器容量4位，完成直線插補(bǔ)（0，0）-（1，1） 速度分量X=0001（1），Y=0001（1） 累積運(yùn)算16次后完成插補(bǔ)輸

22、出 進(jìn)給速度：V=(1.414/16Tclk） 情況2：累加器容量4位，完成直線插補(bǔ)（0，0）-（15，15） 速度分量X=1111（15），Y=1111（15） 累積運(yùn)算16次后完成插補(bǔ)輸出 進(jìn)給速度：V=(15*1.414/16Tclk） *插補(bǔ)頻率固定，坐標(biāo)軸進(jìn)給的速度差距很大插補(bǔ)頻率固定，坐標(biāo)軸進(jìn)給的速度差距很大!進(jìn)給速度的均勻化左移規(guī)格化比如：直線插補(bǔ)（0，0）-（1，3），累加器容量4位 速度分量1）X=0001（1），Y=0011（3） 2）X=0101（5），Y=1111（15） *在插補(bǔ)脈沖驅(qū)動下累加，溢出頻率比一致，插補(bǔ)軌跡正確。 但參數(shù)1）下累積運(yùn)算次數(shù)為16次；參數(shù)2）

23、下累積運(yùn)算次數(shù)為4次，進(jìn)給脈沖輸出頻率提高。左移規(guī)格化 ：直線：使其中一個被積函數(shù)寄存器最高位為1；圓?。菏蛊渲幸粋€被積函數(shù)寄存器次高位為1，且被積函數(shù)寄存器的容量大于圓弧半徑的2倍 。 減少插補(bǔ)誤差的方法增加積分器的位數(shù)，但進(jìn)給速度降低。累加器預(yù)置數(shù)： 累加器預(yù)置數(shù)： “半加載” （被積函數(shù)較小的余數(shù)寄存器+1/2的最大容量）四舍五入。 比如： 直線插補(bǔ)（0，0）-（10，1），累加器容量4位 速度分量：X=1010（10），Y=0001（1） 改進(jìn)：X=1010（10），Y=1000+0001（9）插補(bǔ)精度與“半加載”為提高數(shù)字積分法的插補(bǔ)精度誤差的方法：1、增加積分器的位數(shù)2、對余數(shù)寄存

24、器預(yù)置數(shù)一般采用“半加載”軟件數(shù)字積分法硬件累加器的最大容量為基值，基值是固定的；軟件數(shù)字積分的基值則由軟件預(yù)設(shè)，可根據(jù)程序自動變化，每次累加后，將累加值與基值比較，比較，如累加值大于基值則兩數(shù)值相減并輸出進(jìn)給脈沖，否則累加值不變且不輸出進(jìn)給脈沖。1）直線：長軸坐標(biāo)值為基值，并作為終點判別值；短軸作半加載處理。2）圓弧：圓弧半徑值為基值，X、Y終點坐標(biāo)為終點判別值；累加器預(yù)置（R-1）處理。數(shù)字增量插補(bǔ)數(shù)字增量插補(bǔ)法法數(shù)字增量插補(bǔ)原理：數(shù)字增量插補(bǔ)原理：圓弧或其他曲線的插補(bǔ)運(yùn)算太“麻煩”，直線插補(bǔ)運(yùn)算“簡單”；以直線逼近的方法擬合曲線（粗插補(bǔ)），即將曲線近似分解若干段直線。依次對各直線段進(jìn)行直

25、線插補(bǔ)（精插補(bǔ)）。*減少了CNC系統(tǒng)約3040的時間。數(shù)字增量插補(bǔ)的條件：數(shù)字增量插補(bǔ)的條件： 伺服驅(qū)動配置應(yīng)有位置反饋裝置，即閉環(huán)或半閉環(huán)位置采樣控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)精插補(bǔ)的伺服驅(qū)動。數(shù)字增量插補(bǔ)的實現(xiàn)過程1 1、選擇一個合適的插補(bǔ)周期，計算出插補(bǔ)周期內(nèi)各坐標(biāo)軸的移動增量（粗插補(bǔ)）直線逼近； 以進(jìn)給步長l （l FT）相等的微小直線段逼近給定曲線，計算一個插補(bǔ)周期T內(nèi)各坐標(biāo)軸位置的增量值x、y 。在進(jìn)給速度F不變的情況下：對于直線插補(bǔ)：各個插補(bǔ)周期內(nèi)坐標(biāo)增量x、y固定 。對于曲線插補(bǔ)：各個插補(bǔ)周期只有進(jìn)給步長L不變 。2、精插補(bǔ)（反饋控制）精插補(bǔ)（反饋控制）：按采樣周期采樣實際反饋位置，與插補(bǔ)輸

26、出的指令位置增量值比較，計算跟隨誤差，得到速度控制指令，驅(qū)動坐標(biāo)軸運(yùn)動。這一步相當(dāng)于對直線的脈沖增量插補(bǔ)。插補(bǔ)周期與插補(bǔ)運(yùn)算時間的關(guān)系 插補(bǔ)算法選定后，完成該算法所需的最大指令條數(shù)即確定。根據(jù)最大指令條數(shù)可確定插補(bǔ)運(yùn)算占用CPU的時間。 插補(bǔ)周期必須大于插補(bǔ)運(yùn)算所占用的CPU的時間以及完成其它實時任務(wù)（顯示、監(jiān)控、甚至精插補(bǔ)）所需的時間。插補(bǔ)周期與位置反饋采樣周期的關(guān)系 插補(bǔ)周期與位置反饋采樣周期可以相同，也可以不同。如果不同，則應(yīng)是采樣周期的整數(shù)倍。 FANUC 7M系統(tǒng)采用8ms的插補(bǔ)周期和4ms的位置反饋采樣周期。此時，插補(bǔ)程序每8ms被調(diào)用一次，為下一個周期算出各坐標(biāo)軸應(yīng)該行進(jìn)的增量長

27、度；位置反饋采樣程序每4ms調(diào)用一次，將插補(bǔ)程序算好的坐標(biāo)位置增量值除2后再進(jìn)行直線段的精插補(bǔ)。 對于7M系統(tǒng)，設(shè)F為程序編制中給定的速度指令（單位 mm/min），則一個插補(bǔ)周期的進(jìn)給量L（單位m）：插補(bǔ)周期與精度、速度的關(guān)系 用弦線迫近圓弧，會產(chǎn)生逼近誤差: er r2/8=(TF)2/8r數(shù)控機(jī)床允許的插補(bǔ)誤差要求小于其分辨率，即一個脈沖當(dāng)量。 插補(bǔ)周期短，則在小半徑圓弧插補(bǔ)時允許較大的進(jìn)給速度。即在進(jìn)給速度、圓弧半徑一定的條件下，插補(bǔ)周期越短，逼近誤差就越小。插補(bǔ)周期是固定的，誤差取決插補(bǔ)周期是固定的，誤差取決于進(jìn)給速度和圓弧半徑。于進(jìn)給速度和圓弧半徑。 = l/r=TF/r降低進(jìn)給速

28、度，可以減少弦線誤差。刀具補(bǔ)償?shù)母拍?在輪廓加工過程中，由于刀具總有一定的半徑(如銑刀半徑或線切割機(jī)的銅絲半徑)，刀具中心的運(yùn)動軌跡與工件輪廓是不一致的。若不考慮刀具半徑，直接按照工件輪廓編程是比較方便的，但這時刀具中心運(yùn)動軌跡是工件輪廓，而加工出來的零件尺寸比圖紙要求小了一圈(外輪廓加工)或大了一圈(內(nèi)輪廓加工)。所以必須使刀具沿工件輪廓的法向偏移一個刀具半徑r。這種偏移習(xí)慣上稱為刀具半徑補(bǔ)償，也就是要求數(shù)控系統(tǒng)具有半徑偏移的計算功能。 具有這種刀具半徑補(bǔ)償功能的數(shù)控系統(tǒng)，能夠根據(jù)按照工件輪廓編制的加工程序和輸入系統(tǒng)的刀具半徑值進(jìn)行刀具偏移計算，自動地加工出符合圖紙要求的工件。 刀具半徑補(bǔ)償

29、功能的主要用途刀具半徑補(bǔ)償功能的主要用途 實現(xiàn)根據(jù)編程軌跡對刀具中心軌跡的控制。可避免在加工中由于刀具半徑的變化(如由于刀具損壞而換刀等原因)而重新編程的麻煩。 刀具半徑誤差補(bǔ)償，由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑的變化，也不必重新編程，只須修改相應(yīng)的偏置參數(shù)即可。 減少粗、精加工程序編制的工作量。由于輪廓加工往往不是一道工序能完成的，在粗加工時，均要為精加工工序預(yù)留加工余量。加工余量的預(yù)留可通過修改偏置參數(shù)實現(xiàn)，而不必為粗、精加工各編制一個程序。刀具補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過程1、在G00、G01程序段中，由G41、G42建立刀補(bǔ)；刀補(bǔ)值在D存儲器或H存儲器設(shè)定。2、刀補(bǔ)期間，CNC根據(jù)指令自動進(jìn)行刀具

30、中心軌跡計算；3、在G00、G01程序段中，由G40注銷刀補(bǔ)。B功能刀具半徑補(bǔ)償 B功能刀具半徑補(bǔ)償：根據(jù)零件輪廓尺寸和刀具半徑值，求刀具中心運(yùn)動軌跡的計算。 B功能刀具半徑補(bǔ)償要求編程輪廓的過渡為圓角過渡，所謂圓角過渡是指輪廓線之間以圓弧連接，并且連接處輪廓線必須相切相切。切削內(nèi)角時，過鍍圓弧的半徑應(yīng)大于刀具半徑。編程時將外尖角看編程時將外尖角看成半徑為成半徑為0 0的圓角、內(nèi)尖角處理成圓弧半徑大于的圓角、內(nèi)尖角處理成圓弧半徑大于刀具半徑的圓弧。刀具半徑的圓弧。 編程輪廓圓角過渡，則前一段程序刀具中心軟跡終點即為后一段程序刀具中心的起點，系統(tǒng)不需要計算段與段之間刀具軌跡交點。其對編程限制對編

31、程限制的主要原因是在確定刀具中心軌跡時，都采用了的主要原因是在確定刀具中心軌跡時，都采用了讀一段，算一段，再走一段的控制方法。讀一段，算一段，再走一段的控制方法。C功能刀具半徑補(bǔ)償 C功能刀具半徑補(bǔ)償：解決在刀具半徑補(bǔ)償后，相鄰兩程序段的刀具中心軌跡之間可能出現(xiàn)的間斷點或交叉點，對于這種情況，使用B功能刀補(bǔ)的CNC裝置編程需要人工干預(yù)。C功能刀補(bǔ)的CNC裝置可以自動處理這種情況，計算出刀具中心軌跡之間的過渡圓弧（或其他方法）。 本段刀程序的刀具中心軌跡，需根據(jù)本段程序與下段程序的具體轉(zhuǎn)接情況來確定。這樣C功能刀補(bǔ)的CNC裝置應(yīng)設(shè)置多個數(shù)據(jù)寄存器。C功能刀補(bǔ)的轉(zhuǎn)接方式伸長/縮短型轉(zhuǎn)接插入型轉(zhuǎn)接插

32、入型轉(zhuǎn)接C功能刀具半徑補(bǔ)償不采用過渡圓弧轉(zhuǎn)接。C功能刀補(bǔ)流程 刀補(bǔ)流程中的四個寄存器：緩沖寄存器BS：i+2段編程軌跡刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS：i+1段編程軌跡工作寄存區(qū)AS：i段刀具中心軌跡數(shù)據(jù)輸出寄存區(qū)OS：插補(bǔ)計算 CNC裝置內(nèi)總是同時存在有三個程序段的參數(shù)，程序參數(shù)在寄存器間同步傳送。數(shù)控技術(shù)基本概念C1、開環(huán)CNC的進(jìn)給速度和加減速度控制方法2、閉環(huán)閉環(huán)CNC的進(jìn)給速度和加減速度控制方法的進(jìn)給速度和加減速度控制方法3、數(shù)控機(jī)床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求數(shù)控機(jī)床對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的要求4、伺服驅(qū)動系統(tǒng)的分類4、位置檢測裝置的系統(tǒng)精度、分辨率5、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵、編碼器的工作原理6、步進(jìn)電

33、機(jī)的工作原理和主要參數(shù)7、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路及其特征步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路及其特征8、主軸伺服驅(qū)動的特點 開環(huán)CNC裝置的進(jìn)給速度控制 開環(huán)CNC裝置一般采用脈沖增量插補(bǔ)，控制輸出脈沖的頻率即可實現(xiàn)對進(jìn)給速度的控制。程序延時法：在插補(bǔ)、輸出、顯示等相關(guān)處理時間段后插入延時程序。（簡單靈活）時鐘中斷法：利用變頻震蕩器輸出中斷請求信號，在中斷服務(wù)程序中完成插補(bǔ)、輸出、顯示等相關(guān)處理。閉環(huán)CNC裝置的進(jìn)給速度控制閉環(huán)CNC裝置具有速度環(huán)，可通過軟件方法實現(xiàn)速度控制，有兩種方法：（在粗插補(bǔ)前進(jìn)行的）前加減速控制： 通過控制編程指令 F（合成速度） 實現(xiàn)速度控制。位置精度高，需計算確定減速點。（在粗插補(bǔ)后進(jìn)

34、行的）后加減速控制： 通過分別對各個運(yùn)動軸的獨立加減速控制。在加減速過程中合成位置可能不準(zhǔn)確，不需計算減速點。前加減速控制方法1）按線性加減速度處理速度指令F；2）每次插補(bǔ)改變一次進(jìn)給速度每次插補(bǔ)改變一次進(jìn)給速度F；3）每次插補(bǔ)均瞬時點與終點的剩余距離；4）設(shè)置減速區(qū)以進(jìn)行減速處理。后加減速控制方法1）按線性或指數(shù)加減速度處理各運(yùn)動軸速度控制；2）每個采樣周期比較輸入速度指令與輸出速度，并增加輸出速度至設(shè)定指令；3）恒速運(yùn)行至插補(bǔ)結(jié)束；4）加速少走位移量作為 減速位移量。 *減速段在無插補(bǔ)輸出，所以不需設(shè)置減速點。伺服驅(qū)動系統(tǒng)概述 伺服系統(tǒng)（Servo system)：以機(jī)械位置或角度作為控制

35、對象的自動控制系統(tǒng)，是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 按控制原理分為開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)：開環(huán)伺服系統(tǒng)分為電液脈沖馬達(dá)驅(qū)動的電液控制系統(tǒng)和功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的全電氣位置控制系統(tǒng)。閉環(huán)伺服系統(tǒng)分為電液伺服和全電氣直流、交流伺幅系統(tǒng)。伺服驅(qū)動系統(tǒng)概述 按反饋比較控制方式分為脈沖比較、相位比較、幅值比較、全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)。 按驅(qū)動元件的原理分為電液控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)分為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、直流伺服、交流伺服系統(tǒng)。 AC伺幅系統(tǒng)的數(shù)字化趨勢：電流環(huán)、速度 環(huán)、位置環(huán)的反饋控制全部數(shù)字化，由軟件實時處理。伺服驅(qū)動系統(tǒng)概述 按控制對象分為進(jìn)給伺服系統(tǒng)、主軸伺服系統(tǒng)和輔助伺服系統(tǒng)。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)是一種精

36、密的位置跟蹤、定位系統(tǒng)，由伺服驅(qū)動電路、伺服驅(qū)動裝置、位置檢測裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)以及執(zhí)行部件等部分組成。其作用是：接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給位移和速度指令信號，由伺服驅(qū)動電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)床的工作臺、主軸頭架等執(zhí)行部件進(jìn)行工作進(jìn)給和快速進(jìn)給。數(shù)控機(jī)床對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的要求 高精度：微米級以上 快速響應(yīng)、無超調(diào)：幾十毫秒100毫秒 調(diào)速范圍寬：1000以上 低速轉(zhuǎn)矩大：適應(yīng)低速重切削，無爬行現(xiàn)象，過載能力強(qiáng)。 可靠，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定。數(shù)控系統(tǒng)中的位置檢測裝置 檢測裝置的性能主要體現(xiàn)在：精度、分辨率、靈敏度、量程、零漂、溫漂等靜態(tài)特性和動態(tài)響應(yīng)特性。 為

37、適應(yīng)數(shù)控機(jī)床的工作環(huán)境，保證機(jī)床的加工精度，檢測裝置必須工作可靠、抗干擾，技術(shù)指標(biāo)參數(shù)符合要求，對高速動態(tài)信號滿足不失真測量和處理。增量式和絕對式測量 增量式測量與絕對式測量 數(shù)字式測量和模擬式測量 直接直接測量和間接測量模擬檢測旋轉(zhuǎn)變壓器與感應(yīng)同步器應(yīng)用方式有： 鑒相工作方式和鑒幅工作方式光柵 計量光柵是用于數(shù)控機(jī)床的精密檢測元件，是閉環(huán)系統(tǒng)中另一種用得較多的測量裝置，用作位移或轉(zhuǎn)角的測量，測量精度可達(dá)幾微米。 標(biāo)尺光柵相對指示光柵移動，通過光電轉(zhuǎn)換，輸出位移相關(guān)的數(shù)字脈沖。辯向通過兩個錯開1/4紋距的光電元件，或指示光柵分成錯開1/4柵距的兩段。 光柵尺分為透射式（柵距100線/mm）反射

38、式（幾十條/mm）。莫爾條紋式光柵莫爾條紋式光柵Wba節(jié)距W指示光柵G2標(biāo)尺光柵G1明明暗暗WW分辨率高：B=W/均化柵距誤差：莫爾條紋有大量刻線共同形成。正弦信號輸出，經(jīng)整形可變成數(shù)字脈沖信號BB莫爾干涉條紋指示光柵轉(zhuǎn)過一個很小的角度，由于擋光效應(yīng)和光的衍射，產(chǎn)生的條紋。磁尺 磁性標(biāo)尺連接電纜磁頭數(shù)字顯示伺服系統(tǒng)檢測電路磁尺是利用錄磁原理工作的。先用錄磁磁頭將按一定周期變化的方波、正弦波或電脈沖信號錄制在磁性標(biāo)尺上，作為測量基準(zhǔn)。檢測時，用拾磁磁頭將磁性標(biāo)尺上的磁信號轉(zhuǎn)化成電信號，再送到檢測電路中去，把磁頭相對于磁性標(biāo)尺的位移量用數(shù)字顯示出來，并傳輸給數(shù)控系統(tǒng)。磁化信號的節(jié)距（或周期）一般有

39、0.05，0.10mm，0.20，1等幾種。脈沖編碼器 脈沖編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。同時也可作速度檢測裝置。 脈沖編碼器分為光電式、接觸式和電磁感應(yīng)式三種。光電式的精度與可靠性都優(yōu)于其他兩種，因此數(shù)控機(jī)床上只使用光電式脈沖編碼器。 按測量的坐標(biāo)系，脈沖編碼器可分為增量式和絕對式。 主要指標(biāo)：每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)光電式脈沖編碼器 增量式光電式脈沖編碼器：當(dāng)圓光柵與工作軸一起轉(zhuǎn)動時，光線透過兩個光柵的線紋部分，形成明暗相間的條紋。光電元件將其轉(zhuǎn)換為交替變換的電信號，再整形成脈沖。 絕對式光電式脈沖編碼器：在碼盤的每一個轉(zhuǎn)角上刻制同心碼道，分布一定規(guī)

40、律（二進(jìn)制碼、循環(huán)碼）的明區(qū)（透射）和暗區(qū)，表示該位置的唯一代碼。經(jīng)光電元件轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，輸出的代碼表示碼盤的轉(zhuǎn)動位置。具有斷電保持。三相反應(yīng)式（磁阻式）步進(jìn)電機(jī)原理相相相各相定子齒轉(zhuǎn)子齒展開順時針方向A、B、C三相定子每相兩極，每極上有5個齒，與轉(zhuǎn)子一樣齒間夾角均為9。如果A相通電則轉(zhuǎn)子齒與A相極齒對齊，這時在B相兩極下定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線并不對齊，而是轉(zhuǎn)子齒中心線較定子齒中心線沿反時針方向滯后1/3齒距，即3。C相下，轉(zhuǎn)子齒超前6。因此，當(dāng)通電狀態(tài)由A相變?yōu)锽相時，轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)過3，C相通電再轉(zhuǎn)3。 相數(shù)、拍數(shù)與步距角相數(shù)、拍數(shù)與步距角 =360/mzk m繞組相數(shù)；各相定子齒彼此錯

41、齒1/m齒距 z轉(zhuǎn)子齒數(shù)：轉(zhuǎn)子40齒，則每齒9度 k控制方式（供電方式）： K=1 單三拍：A-B-C；雙三拍：AB-BC-CA K=2 三相六拍；A-AB-B-BC-C-CA步進(jìn)電機(jī)的功率放大器單電壓驅(qū)動單電壓驅(qū)動電路簡單，但電流響應(yīng)慢，高頻下負(fù)載弱。斬波驅(qū)動斬波驅(qū)動輸出轉(zhuǎn)矩恒定，但高頻工作時響應(yīng)不夠快；高低壓驅(qū)動高低壓驅(qū)動響應(yīng)快、但過沖、低頻工作時振蕩、失步。調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動：綜合高低壓驅(qū)動和斬波驅(qū)動的優(yōu)點，低頻時低低頻時低壓驅(qū)動壓驅(qū)動、使電流上升變緩，避免過沖，高頻時高壓驅(qū)動高頻時高壓驅(qū)動，提高電流上升速度，保證帶載能力。 主軸驅(qū)動一般要求 *寬調(diào)速、恒功率； *正反轉(zhuǎn)、快速制動。特殊要求 主軸驅(qū)動與進(jìn)給驅(qū)動的