計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)

1、第三章 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng) 一、數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展3.1 概述 數(shù)控系統(tǒng)按時(shí)間來劃分可以分為兩類五代：第類：硬件數(shù)控（NC）第一代：電子管、繼電器、模擬電路。第二代：晶體管、數(shù)字電路（分立元件）。第三代：集成數(shù)字電路。第類：軟件數(shù)控（CNC）第四代：內(nèi)裝小型計(jì)算機(jī)，中小規(guī)模集成電路。1 1. 微處理器數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)裝微處理器，字符顯示、故障自診斷。第五代：分6個(gè)階段： 2. 超大規(guī)模集成電路，大容量存儲器，有可編程和遙控接口。 3. 人機(jī)對話, 動(dòng)態(tài)圖形顯示, 實(shí)施軟件精度補(bǔ)償, 適應(yīng)于機(jī)床的無人化要求。 4. 32位CPU, 可控15軸, 分辨率達(dá) 0. 1m, 進(jìn)給速度24m/min, 可帶前饋

2、控制的交流數(shù)字伺服, 智能化系統(tǒng)。 5. 64位系統(tǒng)。 6. 微機(jī)開放式CNC系統(tǒng)。2二、數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成 圖3-1 數(shù)孔系統(tǒng)的硬件組成框圖3 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件由微型機(jī)、外部設(shè)備、位置控制和位置檢測、輸入輸出接口和操作面板組成。 (一) 微型機(jī) 微型機(jī)是CNC裝置的核心, 主要由微處理器、存儲器、輸入輸出通道及聯(lián)系這三者的總線（數(shù)據(jù)總線、控制總線、地址總線）等組成。 微處理器是微型算機(jī)中的運(yùn)算器及控制部件，它是微型機(jī)的核心，稱為中央處理單元（CPU）。 內(nèi)存儲器（內(nèi)存）是微型機(jī)存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它與CPU直接交換信息，內(nèi)存儲器分為只讀存儲器（ROM）和隨機(jī)存儲器（RAM）。4 （二）

3、外部設(shè)備 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的外部設(shè)備包括人機(jī)通信設(shè)備，輸入、輸出設(shè)備和外存儲器等。 輸入設(shè)備有鍵盤、紙帶輸入機(jī)（光電閱讀機(jī)）。 輸出設(shè)備有打印機(jī)、記錄儀、數(shù)碼顯示管和CRT顯示器、紙帶穿孔機(jī)。（三）輸入、輸出通道（又稱接口） 輸入、輸出通道是微型機(jī)與機(jī)床之間的聯(lián)系通道，通過它微型機(jī)向機(jī)床發(fā)送控制命令，并從機(jī)床上讀取加工信息。（四）操作面板 它是操作人員用來與微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行“對話”的設(shè)備。5 三、數(shù)控系統(tǒng)軟件 數(shù)控系統(tǒng)軟件是根據(jù)機(jī)床零件加工的實(shí)際需要而編寫的控制程序。控制軟件一般有以下幾個(gè)部分組成： （一）初始化程序 初始化是在數(shù)控裝置合上電源以后，自動(dòng)地對各有關(guān)接口設(shè)置工作狀態(tài)，對有關(guān)寄存器、存

4、儲單元設(shè)置常數(shù)或清零。 （二）輸入數(shù)據(jù)處理程序 輸入數(shù)據(jù)處理程序?qū)⑤斎氲牧慵庸こ绦蛴脴?biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行翻譯、處理成為計(jì)算機(jī)能識別的語言。它具有輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處理三種功能。6 (1) 輸入。向CNC裝置輸入零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。 （2）譯碼。將零件的輪廓信息和其他的輔助信息等翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識別的語言。在譯碼過程中，還要完成對程序段的語法檢查，如發(fā)現(xiàn)語法錯(cuò)誤便立即報(bào)警。 （3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理程序一般包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能的處理等。7 （三）插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制程序 插補(bǔ)的任務(wù)是通過插補(bǔ)計(jì)算程序在已知有限信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”工作，即在起

5、點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)。 （四）速度控制程序 速度控制程序的目的就是控制脈沖分配的速度，即根據(jù)給定的速度代碼，控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，以保證各軸按預(yù)定的速度運(yùn)行。 位置控制程序的主要任務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算的理論位置與實(shí)際反饋位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電機(jī)，進(jìn)而控制工作臺或刀具的位移。8 （五）系統(tǒng)管理程序 為數(shù)據(jù)輸入、處理及切削加工過程服務(wù)的各個(gè)程序均由系統(tǒng)管理程序進(jìn)行調(diào)度，因此他是實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的主體軟件。 （六）診斷程序 診斷是指CNC系統(tǒng)利用內(nèi)裝診斷程序進(jìn)行自診斷，主要有啟動(dòng)診斷和在線診斷兩種。 啟動(dòng)診斷是指CNC系統(tǒng)在每次從通電至正常運(yùn)行狀態(tài)前，診斷程序通過掃描

6、自動(dòng)檢查系統(tǒng)硬件、軟件及有關(guān)外設(shè)是否正常 在線診斷程序是指在系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)中，診斷程序在線掃描檢查CNC系統(tǒng)本身以及各外設(shè)。只要系統(tǒng)不停電，在線診斷就不會停止。 9四、微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）較高的維修性和高可靠性；（2）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；（3）控制的實(shí)時(shí)性；（4）較完善的輸入輸出通道；（5）較豐富的軟件；（6）適當(dāng)?shù)挠?jì)算精度和運(yùn)動(dòng)精度。10 插補(bǔ)原理 插補(bǔ)是指在一條已知起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線上進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。 目前常用的插補(bǔ)方法有：脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)兩類。一、脈沖脈沖插補(bǔ) 脈沖增量插補(bǔ)為行程增量插補(bǔ)。其特點(diǎn)是每次插補(bǔ)結(jié)束僅產(chǎn)生一個(gè)行程增量，以一個(gè)個(gè)脈沖的方式輸出，每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多

7、給每一軸一個(gè)進(jìn)給脈沖。脈沖增量插補(bǔ)算法主要應(yīng)用在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中。11脈沖增量插補(bǔ)常用的方法有：1. 逐點(diǎn)比較法及其改進(jìn)法；2. 數(shù)字積分法及其改進(jìn)法；3. 數(shù)字脈沖乘法器法。（一）逐點(diǎn)比較法 其基本思想是：走一步看一步；每走一步都要將加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)與給定軌跡相比較，決定下一步的走向。 它是以折線來逼近直線或圓弧曲線的。 1. 逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)(1) 直線插補(bǔ)的原理12 如下圖所示加工第一象限直線段: 起點(diǎn)為原點(diǎn)O，終點(diǎn)為A（Xe，Ye），加工點(diǎn)為m（Xm，Ym）則點(diǎn)m相對于直線OA有如圖所示的三種情況。 作為直線插補(bǔ)的偏差判別式： 若Fm=0，表明m點(diǎn)在直線OA上； 若Fm0，表明m點(diǎn)在直

8、線OA上方;若Fm0，表明m點(diǎn)在直線OA下方。A(Xe,Ye)YXm(Xm,Ym)mmO圖3-2 直線插補(bǔ)的原理圖13 若Fm0，應(yīng)向+X方向走一步，新形成的坐標(biāo)為： 若Fm0，應(yīng)向+Y方向走一步,新形成的坐標(biāo)為：Xm+1=Xm+1， Ym+1=YmA(Xe,Ye)YXm(Xm,Ym)mmO圖4-2 直線插補(bǔ)的原理圖新偏差為：Xm+1=Xm， Ym+1=Ym+1新偏差為：14 綜上所述，逐點(diǎn)比較直線插補(bǔ)分四步： 1) 偏差判別：判別Fm的正負(fù)號； 2) 坐標(biāo)進(jìn)給：控制X或Y坐標(biāo)進(jìn)給一步； 3) 新偏差計(jì)算： Fm+1； 4) 終點(diǎn)判別：執(zhí)行進(jìn)給的步數(shù)是否等于要求進(jìn)給的總步數(shù)。開始Xe，YeX=

9、0，Y=0，F(xiàn)m=0Jm=Xe+YeFm0+X向走一步+Y向走一步Fm+1= Fm-YeXm+1= Xm +1Fm+1= Fm+XeYm+1= Ym +1Jm= Jm -1Jm =0結(jié)束YYNN 圖3-3 直線插補(bǔ)的框圖15 例1：插補(bǔ)第一象限直線段OA，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為Xe=5，Ye=3OAYX 圖3-4 直線OA的插補(bǔ)運(yùn)算過程16序號偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給新偏差計(jì)算終點(diǎn)判別1F0=0+XF1=F0-Ye=0-3=-3J1=J0-1=8-1=72F10+XF3=F2-Ye=2-3=-1J3=J2-1=6-1=55F40+XF5=F4-Ye=4-3=1J5=J4-1=4-1=36F50+XF6

10、=F5-Ye=1-3=-2J6=J5-1=3-1=27F60+XF8=F7-Ye=3-3=0J8=J7-1=1-1=04F30+YF4=F3+Xe=-1+5=+4J4=J3-1=5-1=417OAYX 圖3-4 直線OA的插補(bǔ)運(yùn)算過程18（2）不同象限的直線插補(bǔ)計(jì)算L1Fm0, +XFm 0, +YY圖3-5 不同象限的直線插補(bǔ)原理圖偏差計(jì)算公式：Fm0時(shí)Fm+1=Fm-YeFm0時(shí)Fm+1=Fm+XeL2Fm0, +YFm 0, -XL3Fm0, -XFm 0, -YL4Fm0, -YFm 0, +XX19 2.逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ)的逐點(diǎn)比較法與直線插補(bǔ)步驟一樣，流程圖也一樣，只是偏

11、差判別函數(shù)Fm不同。若Fm=0，表明m點(diǎn)在圓弧上;若Fm0，表明m點(diǎn)在圓弧外;m(Xm, Ym)A(Xp, Yp)B(Xe,Ye)XYRRm圖3-6 圓弧插補(bǔ)的原理圖（1）插補(bǔ)原理20若Fm0，應(yīng)向+Y方向走一步, Ym+1=Ym+1, Xm+1=Xmm(Xm, Ym)A(Xp, Yp)B(Xe,Ye)XYRRm圖3-6 圓弧插補(bǔ)的原理圖 終點(diǎn)判別：用X, Y方向應(yīng)走的總步數(shù)之和JM。 每走一步減1，直至減為0即至終點(diǎn)。21 例2：插補(bǔ)第一象限逆時(shí)針圓弧AB，起點(diǎn)坐標(biāo)X0=6 ， Y0=0終點(diǎn)坐標(biāo)為Xe=0 ， Ye=6。OBYXA圖3-7 例222序號偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給新偏差終點(diǎn)判別01 23

12、 456789101112計(jì)算坐標(biāo)F0=0-XJ1=J0-1=11X1=5, Y1=0F10+YJ2=J1-1=10X2=5, Y2=1F20+YJ3=J2-1=9X3=5, Y3=2F30+YJ4=J3-1=8X4=5, Y4=3F40-XJ6=J5-1=6X6=4, Y6=4F60-XJ8=J7-1=4X8=3, Y8=5F80-XJ10=J9-1=2X10=2, Y10=6F100-XJ11=J10-1=1X11=1, Y11=6F110-XJ12=J11-1=0X12=0, Y12=6F0=0X0=6, Y0=0J0=1223OBXYA圖3-7 例224YFm0, -YFm 0, +X

13、 圖3-8 順圓插補(bǔ)原理圖Fm0, +XFm 0, +YFm0, +YFm 0, -XXFm0, -XFm 0, -Y25YFm0, -XFm 0, +Y 圖3-9 逆圓插補(bǔ)原理圖Fm0, -YFm 0, -XFm0, +XFm 0, -YXFm0, +YFm 0, +X26 3.逐點(diǎn)比較法特點(diǎn) 進(jìn)給速度平穩(wěn)，可以方便地實(shí)現(xiàn)直線、圓弧、拋物線等曲線的插補(bǔ)；插補(bǔ)精度較高，插補(bǔ)誤差不超過一個(gè)脈沖當(dāng)量；改進(jìn)后的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)誤差不超過半個(gè)脈沖當(dāng)量。(二) 數(shù)字積分法 數(shù)字積分法又稱數(shù)字微分分析法DDA ，是在數(shù)字積分器的基礎(chǔ)上建立起來的一種插補(bǔ)算法。其優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，較容易地實(shí)現(xiàn)二次曲線、

14、高次曲線的插補(bǔ)，并具有運(yùn)算速度快、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。27 設(shè)函數(shù)Y=f（t），如下圖求出曲線下面t0到tn區(qū)間的面積，一般應(yīng)用下面的積分公式： 1. 數(shù)字積分器的工作原理圖3-10 數(shù)字積分插補(bǔ)原理圖Ot2t1titi+1tntYY1Y2YiYi+1YnY=f(t)t 若把自變量的積分區(qū)間等分成許多有限的小區(qū)間t，這樣,求積分面積就轉(zhuǎn)化成求有限個(gè)小區(qū)間面積之和，即28 數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí), t一般取最小單位“1”，即一個(gè)脈沖周期，則 這樣，函數(shù)的積分運(yùn)算變成了變量的求和運(yùn)算，當(dāng)所選取的積分間隔t足夠小時(shí)這種替代所引起的誤差將不超過許用值。12月19日29 數(shù)字積分器通常由函數(shù)寄存器、累加器和與門等組成，

15、數(shù)字積分器結(jié)構(gòu)框圖見圖3-11。 其工作過程為：每來一個(gè)ti脈沖，與門打開一次，將函數(shù)寄存器中的函數(shù)值送累加器里累加一次，令累加器的容量為一個(gè)單位面積，當(dāng)累加和超過累加器的容量一個(gè)單位面積時(shí)，便發(fā)出溢出脈沖，這樣累加過程中產(chǎn)生的溢出脈沖總數(shù)就等于所求的總面積，也就是所求積分值。與門函數(shù)值寄存器累加器計(jì)數(shù)器Sti圖3-11 數(shù)字積分器結(jié)構(gòu)框圖 30 設(shè)有一直線OA, 起點(diǎn)為O，終點(diǎn)A的坐標(biāo)為 Xe, Ye，直線方程為： 對上式求導(dǎo)得：2. 直線插補(bǔ)由上式得:YOXXA(Xe, Ye)Y圖3-11 直線積分插補(bǔ)得原理圖對上述兩式積分得：31 設(shè)動(dòng)點(diǎn)在原點(diǎn)的時(shí)間為t0, 到達(dá)終點(diǎn)A(Xe, Ye)的

16、時(shí)間為tn， 則上式可變?yōu)椋篨=kXe1Y=kYe1 選擇k時(shí)主要考慮每次的增量X或Y不大于1，即取ti=1，則32 如果存放Xe，Ye寄存器的位數(shù)是N，對應(yīng)最大允許數(shù)字量為2N-1（各位均為1），所以Xe，Ye最大寄存數(shù)值為2N-1，則 因n=1/k，故累加次數(shù)n=2N。33X函數(shù)寄存器JVX與門X累加器JRXY函數(shù)寄存器JVY與門Y累加器JRYtXY圖3-12 平面直線的插補(bǔ)框圖 每個(gè)坐標(biāo)軸的積分器由累加器和被積函數(shù)寄存器組成，被積函數(shù)寄存器存放終點(diǎn)坐標(biāo)值，每經(jīng)過一個(gè)時(shí)間間隔t，將被積函數(shù)值向各自的累加器中累加，當(dāng)累加結(jié)果超出寄存器容量時(shí)，就溢出一個(gè)脈沖。34 例3 設(shè)有一直線OE，如圖3

17、-13所示起點(diǎn)坐標(biāo)O(0，0)，終點(diǎn)坐標(biāo)為A(4，3)，累加器和寄存器的位數(shù)為3位，其最大可寄存數(shù)值為7（J8時(shí)溢出）。若用二進(jìn)制計(jì)算，起點(diǎn)坐標(biāo)O（000，000），終點(diǎn)坐標(biāo)E(100，011)，J1000時(shí)溢出。試采用DDA法對其進(jìn)行插補(bǔ)。35XYOA 1 2 3 44 3 2 1圖3-13 例336累加次數(shù) (t) X積分器 Y積分器 終點(diǎn) 計(jì)數(shù)器 JE JVX JRX X JVY JRY Y 0 4 0 3 0 0 100 011 000 1 4 0+4=4 3 0+3=3 1 100 000+100=100 011 000+011=011 001 2 4 4+4=8+0 1 3 3+3

18、=6 2 100 100+100=1000 011 011+011=110 010 3 4 0+4=4 3 6+3=8+1 1 3 100 000+100=100 011 110+011=1001 011 4 4 4+4=8+0 1 3 1+3=4 4 100 100+100=1000 011 001+011=100 100 表3 DDA直線插補(bǔ)運(yùn)算過程375 4 0+4=4 3 4+3=7 5 100 000+100=100 011 100+011=111 101 6 4 4+4=8+0 1 3 7+3=8+2 1 6 100 100+100=1000 011 110 7 4 0+4=4 3

19、 2+3=5 7 100 000+100=100 011 111 84 4+4=8+0 1 3 5+3=8+0 1 8 100 100+100=1000 011 101+011=1000 1000 010+011=101111+011=101038XYOA 1 2 3 44 3 2 1圖3-13 例339 3. 圓弧插補(bǔ) 以第一象限逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)為例來論述插補(bǔ)的原理。圓的方程為：由上式得:式中：k常數(shù)。 圖3-14 積分圓弧插補(bǔ)的原理圖XYRA(X0, Y0)Pi(Xi, Yi)B(Xe, Ye)vXvYP40 設(shè)起點(diǎn)A對應(yīng)的時(shí)間為t0，并取t0=0，終點(diǎn)時(shí)間為tn，對上式進(jìn)行積分得： DDA

20、圓弧插補(bǔ)與DDA直線插補(bǔ)有所不同, 在直線插補(bǔ)時(shí), 被積函數(shù)寄存器的數(shù)值為常數(shù)(Ye, Ye); 而在圓弧插補(bǔ)時(shí), 寄存器中存的是X、Y坐標(biāo)的瞬時(shí)值, 所以當(dāng)寄存器中有溢出時(shí), 需要及時(shí)修正寄存器中的Xi 和Yi值。 圖3-15 積分圓弧插補(bǔ)的原理圖XYRA(X0, Y0)Pi(Xi, Yi)B(Xe, Ye)vXvYP41 例4 設(shè)有第一象限順圓AB，如圖3-16所示，起點(diǎn)A(0，5)，終點(diǎn)B（5，0），所選寄存器位數(shù)n=3。若用二進(jìn)制計(jì)算，起點(diǎn)坐標(biāo)A（000，101），終點(diǎn)坐標(biāo)B（101，000），試用DDA法對此圓弧進(jìn)行插補(bǔ)。 A(0,5) 4 2 35 4 Y O 1 2 3 X B(

21、5,0) 5 1 圖3-16 例442表4 DDA圓弧插補(bǔ)運(yùn)算過程累加次數(shù) (t) X積分器 Y積分器 JVX JRX X JEX JVY JRY Y JEY 0 5 0 5 0 0 5 101 101 000 000 101 1 5 0+5=5 5 0 000 5 101000+101=101 101000 000+000=000 101 2 5 5+5=8+2 1 4 0 000 5 101 101+101=1010 100 000 101 1 001 000+000=00043444546 A(0,5) 4 2 35 4 Y O 1 2 3 X B(5,0) 5 1 圖圖3-16 例44

22、7 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱為時(shí)間分割法，它是根據(jù)程編進(jìn)給速度F，將給定輪廓曲線按插補(bǔ)周期T分割為插補(bǔ)進(jìn)給段，即用一系列首尾相連的微小線段來逼近給定曲線。每經(jīng)過一個(gè)插補(bǔ)周期就進(jìn)行一次插補(bǔ)計(jì)算，算出下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)。 插補(bǔ)周期越長，插補(bǔ)計(jì)算誤差越大，插補(bǔ)周期應(yīng)盡量選得小一些。 采樣是指由時(shí)間上連續(xù)信號取出不連續(xù)信號，對時(shí)間上連續(xù)的信號進(jìn)行采樣，就是通過一個(gè)采樣開關(guān)K后，在采樣開關(guān)的輸出端形成一連串的脈沖信號。這種把時(shí)間上連續(xù)的信號轉(zhuǎn)變成時(shí)間上離散的脈沖系列的過程稱為采樣過程。 二、數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)48(一) 兩軸聯(lián)動(dòng)直線插補(bǔ)原理 設(shè)要加工圖3-17所示直線OE，起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)O(0, 0)，終點(diǎn)為E(Xe,

23、Ye)，直線與X軸夾角為，則有E(Xe, Ye)AXYOXY圖3-17 直線插補(bǔ)原理圖式中f為已計(jì)算出的一次插補(bǔ)進(jìn)給量。49（二）圓弧插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ)，需先根據(jù)指令中的進(jìn)給速度F，計(jì)算出輪廓步長f，再進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算。以弦線逼近圓弧，就是以輪廓步長為圓弧上相鄰兩個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)之間的弦長，由前一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)和輪廓步長，計(jì)算后一插補(bǔ)點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上是求后一插補(bǔ)點(diǎn)到前一插補(bǔ)點(diǎn)兩個(gè)坐標(biāo)軸的進(jìn)給量X, Y。50 圖中A(Xi,Yi )為當(dāng)前點(diǎn)，B(Xi+1,Yi+1）為插補(bǔ)后到達(dá)的點(diǎn)，AB弦是圓弧插補(bǔ)時(shí)在一個(gè)插補(bǔ)周期的步長f。O B(Xi+1,Yi+1) A(Xi,Yi) G Y YX M H X 圖3-18 圓弧插補(bǔ)

24、原理圖i = i+ /251 刀具補(bǔ)償原理 二、刀具補(bǔ)償?shù)脑硪弧⒒靖拍?在輪廓加工過程中，考慮刀具的半徑，或加工后仍需要留一定的加工余量，需要時(shí)刀具的中心偏離零件的實(shí)際輪廓，這一過程稱為刀具補(bǔ)償。刀具補(bǔ)償一般分為刀具長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。銑刀主要是刀具半徑補(bǔ)償；鉆頭只需長度補(bǔ)償；車刀需要兩坐標(biāo)長度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。52 三 、刀具半徑補(bǔ)償算法 刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算：根據(jù)零件尺寸和刀具半徑值計(jì)算出刀具中心軌跡。對于一般的CNC裝置，所能實(shí)現(xiàn)的輪廓僅限于直線和圓弧。刀具半徑補(bǔ)償分B功能刀補(bǔ)與C功能刀補(bǔ)。 (一) B功能刀補(bǔ)計(jì)算 B功能刀補(bǔ)能根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償，不能解決程序段

25、之間的過渡問題，編程人員必須先估計(jì)刀補(bǔ)后可能出現(xiàn)的間斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)等情況，進(jìn)行人為處理。 1. 直線刀具補(bǔ)償計(jì)算 對直線而言，刀具補(bǔ)償后的軌跡是與原直線平行的直線，只需要計(jì)算出刀具中心軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。53 在圖3-19中已知O和A點(diǎn)的坐標(biāo), 求出A的坐標(biāo)Oyxr 圖3-19 直線刀具補(bǔ)償YX54 2. 圓弧刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算XYRr圖3-20 圓弧刀具半徑插補(bǔ) 已知A、B、A點(diǎn)的坐標(biāo), 求出B的坐標(biāo)。 對于圓弧而言，刀具補(bǔ)償后的刀具中心軌跡是一個(gè)與圓弧同心的一段圓弧。只需計(jì)算刀補(bǔ)后圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。55 （二）C刀具半徑補(bǔ)償 1. 基本概念 采用直線或圓弧過渡， 直接由數(shù)控系統(tǒng)求

26、出刀具中心軌跡交點(diǎn)的刀具半徑補(bǔ)償方法稱為C功能刀具補(bǔ)償，簡稱C刀補(bǔ)。 B刀補(bǔ)采用讀一段，算一段，再走一段的控制方法，這樣，無法預(yù)計(jì)到由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對本程序段加工軌跡的影響。 C功能刀具補(bǔ)償是為解決這一問題提出的。 C功能刀補(bǔ)更為完善，這種方法能根據(jù)相鄰輪廓段的信息自動(dòng)處理兩個(gè)程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，并自動(dòng)在轉(zhuǎn)接點(diǎn)處插入過渡圓弧或直線從而避免刀具干涉和斷點(diǎn)情況。56 2. C刀具補(bǔ)償?shù)幕驹O(shè)計(jì)思想 工作寄存區(qū)AS存放正在加工的程序段信息； 刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS存放下一個(gè)加工程序段的信息； 緩沖寄存區(qū)BS存放再下一個(gè)加工程序段的信息；輸出寄存區(qū)OS存放進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制信息； 當(dāng)系

27、統(tǒng)啟動(dòng)后，第一段程序首先被讀入 BS ，算出其編程軌跡后送入CS暫存； 第二段程序讀入 BS ，算出其編程軌跡，修正CS中的第一段編程軌跡。之后，將第一段編程軌跡由CS送入AS，第二段編程軌跡由BS送入CS。緩沖寄存區(qū)BS刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS工作寄存區(qū)AS輸出寄存區(qū)OS 圖3-21 隨后CPU將AS中的內(nèi)容送到OS進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算；同時(shí)CPU又命令把第三段程序讀入BS，重復(fù)上述處理過程。57 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 從CNC系統(tǒng)實(shí)用的微機(jī)及結(jié)構(gòu)來分，CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。經(jīng)濟(jì)型CNC系統(tǒng)采用單微處理器結(jié)構(gòu)。而為滿足數(shù)控機(jī)床的高進(jìn)給速度、高加工精度和實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜功能的要求則

28、采用多微處理器結(jié)構(gòu)。一、單微處理器結(jié)構(gòu) 該CNC裝置中只有一個(gè)微處理器，因此多采用集中控制，分時(shí)處理的方式完成數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)任務(wù)。單微處理器CNC裝置組成框圖如下圖所示。58總線CPUEPROMRAMMDI/CRT接口PLC紙帶閱讀機(jī)接口I/O接口位置控制穿孔機(jī)、電傳機(jī)接口通信接口數(shù)控面板CRT紙帶閱讀機(jī)紙帶穿孔機(jī)電傳機(jī)機(jī)床速度控制單元M圖3-22 單微處理器CNC裝置組成框圖59 單微處理器CNC裝置組成硬件的作用 微處理器 微處理器是CNC裝置的核心，由于所有數(shù)控功能都由一個(gè)CPU來完成，因此CNC裝置的功能受微處理器的字長、數(shù)據(jù)寬度、尋址能力和運(yùn)算速度等因素的限制。為了提高處理速度，增強(qiáng)

29、數(shù)控功能，常采用以下措施： 采用協(xié)處理器； 由硬件完成一部分插補(bǔ)工作； 采用帶有微處理器的PLC和CRT等智能部件。 一般CNC裝置通常采用16位或32位微處理器芯片。現(xiàn)在的CNC裝置都采用64位微處理器芯片。 602. 總線 總線是由物理導(dǎo)線構(gòu)成，從功能上說，一般可以分為三組。 (1)數(shù)據(jù)線：這一組線為各部件之間傳輸數(shù)據(jù)，線的根數(shù)與傳送的數(shù)據(jù)寬度相等，它總是并行地一次傳送n位寬度的一個(gè)字，采用單向線。 (2)地址線：其上傳輸?shù)氖堑刂沸盘?，與數(shù)據(jù)線結(jié)合使用，以確定數(shù)據(jù)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來源或目的地，采用單向線。 (3)控制線：其上傳輸?shù)氖枪芾砜偩€的某些控制信號，如數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫控制、中斷復(fù)位及各

30、種確認(rèn)信號，采用單向線。61 3. 存儲器 存儲器是用來存放數(shù)據(jù)、參數(shù)和程序的。 (1) CNC裝置的系統(tǒng)程序存放在只讀存儲器EPROM中，即使斷電，程序也不會丟失。常用的EPROM有：2716、2732、2764、27128、27256、27010等。 (2) 運(yùn)算的中間結(jié)果存放在隨機(jī)存儲器RAM中，它可以隨機(jī)讀寫，但斷電后信息隨即消失。 (3) 零件加工程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)存放在有后備電池的 RAM中，或是磁泡存儲器中，能隨機(jī)讀取，操作或修改并且斷電后，信息仍保存。624. PLC PLC用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)床強(qiáng)電繼電器邏輯控制。通過程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)M、S、T功能的譯碼與控制。 PLC有內(nèi)裝

31、型和獨(dú)立型兩種。內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一個(gè)部件，可以共享CNC裝置的CPU，也可以配置單獨(dú)的CPU。獨(dú)立型PLC完全獨(dú)立于CNC裝置，本身具有完備的硬件（CPU、ROM、RAM等）和軟件，可以獨(dú)立完成規(guī)定的控制任務(wù)。5. 位置控制 CNC裝置中的位置控制模塊和速度控制單元、位置檢測及反饋控制等組成位置環(huán)。位置環(huán)主要用于軸進(jìn)給的坐標(biāo)位置控制，包括工作臺的前后左右移動(dòng)、主軸箱的移動(dòng)及繞某一直線坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。軸控制性能的高低對數(shù)控機(jī)床的加工精度、表面粗糙度和加工效率影響極大。636. I/O接口 對CNC裝置來說，由機(jī)床向CNC傳送的信號稱為輸入信號，由CNC向機(jī)床傳送的信號稱為輸出信號。輸入輸出信號的主要類型有：直流數(shù)字、模擬輸入信號，直流數(shù)字、模擬輸出信號；交流輸入信號，交流輸出信號。 直流模擬信號用于進(jìn)給坐標(biāo)軸和主軸的伺服控制或其它接收、發(fā)送模擬量信號的設(shè)備。交流信號用于直接 控制功率執(zhí)行器件。接口電路的主要任務(wù)： 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和功率放大。 為防止噪聲引起誤動(dòng)作，