數(shù)控系統(tǒng)與插補原理課件

*《數(shù)控機床電氣系統(tǒng)檢修》計算機數(shù)控系統(tǒng)一、CNC系統(tǒng)的組成二、CNC系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)三、插補原理**一、數(shù)控系統(tǒng)的基本原理數(shù)控系統(tǒng)（NumericalComputerSystem）是指利用數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)。最初的數(shù)控系統(tǒng)是由數(shù)字邏輯電路構(gòu)成的，因而被稱之為硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著微型計算機的發(fā)展，硬件數(shù)控系統(tǒng)已逐漸被淘汰，取而代之的是當(dāng)前廣泛使用的計算機數(shù)控系統(tǒng)（ComputerNumericalControl，簡稱CNC系統(tǒng)）。數(shù)控機床是一種裝了程序控制系統(tǒng)的機床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有使用號碼或其它符號編碼指令規(guī)定的程序。*一、數(shù)控系統(tǒng)的基本原理數(shù)控系統(tǒng)工作過程：（1）輸入輸入零件加工程序和補償數(shù)據(jù)等（2）譯碼將加工程序翻譯成機器碼（3）數(shù)據(jù)處理對補償參數(shù)，加工速度和輔助功能等的處理（4）插補實現(xiàn)起點和終點之間數(shù)據(jù)的密化（5）伺服控制信號的控制和放大（6）管理程序程序的預(yù)讀*二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)硬件：（1）輸入輸出裝置（2）數(shù)控裝置（3）驅(qū)動控制裝置（4）機床電器邏輯控制裝置控制對象：機床的主軸和進給*CNC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

**二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單CPU結(jié)構(gòu)特點（1）結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)（2）采用總線結(jié)構(gòu)（3）對存儲，插補，控制等運算采用分時控制（4）進給速度慢*二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多CPU結(jié)構(gòu)框圖主/從式多CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：*二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多CPU結(jié)構(gòu)框圖共享存儲器的多CPU結(jié)構(gòu)框圖

共享存儲器I/O（CPU1）CRT（CPU2）插補（CPU3）軸控制（CPU4）*二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多CPU結(jié)構(gòu)特點（1）運算速度快，性能價格比高（2）適應(yīng)性強，擴展容易（3）可靠性高（4）硬件易于規(guī)模生產(chǎn)*二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)軟件：

CNC任務(wù)分解

*二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)軟件：實時中斷處理優(yōu)先級*二、數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)軟件：實時中斷處理資源重疊流水處理

*三、典型數(shù)控系統(tǒng)介紹-西門子西門子PPT*脈沖增量插補

脈沖增量插補就是通過向各個運動軸分配脈沖，控制機床坐標(biāo)軸作相互協(xié)調(diào)的運動，從而加工出一定形狀零件輪廓的算法。每個脈沖通過步進電動機驅(qū)動裝置使步進電動機轉(zhuǎn)過一個固定的角度（稱為步距角），相應(yīng)地使機床移動部分（刀架或工作臺）產(chǎn)生一個單位的行程增量（脈沖當(dāng)量——一個脈沖所對應(yīng)的機床機械運動機構(gòu)所產(chǎn)生的位移量）。*1.逐點比較法

逐點比較法是通過逐點地比較刀具與所需插補曲線之間的相對位置，確定刀具的進給方向，進而加工出工件輪廓的插補方法。刀具每走一步都要將加工點的瞬時坐標(biāo)與規(guī)定的圖形軌跡相比較，判斷其偏差，然后決定下一步的走向。在逐點比較法中，每進給一步都要經(jīng)過四個節(jié)拍，如圖所示。*逐點比較法工作流程圖*（1）逐點比較法第I象限直線插補假設(shè)動點處于OE的上方，則直線OT的斜率大于直線OE的斜率，從而有

即XeYi－XiYe＞０刀具與直線之間的位置關(guān)系*（1）逐點比較法第I象限直線插補設(shè)點T處于直線OE的下方，則有下式成立

即XeYi－XiYe＜０

刀具與直線之間的位置關(guān)系*

由式F＝XeYi-XiYe可以看出，每次求Ｆ時要作乘法和減法運算，而這在使用硬件或匯編語言軟件實現(xiàn)插補時不大方便，還會增加運算的時間。因此，為了簡化運算，通常采用遞推法，即每進給一步后新加工點的加工偏差值通過前一點的偏差遞推算出。*

現(xiàn)假設(shè)第ｉ次插補后動點坐標(biāo)為T（Ｘi，Ｙi），偏差函數(shù)為Ｆi＝ＸeＹi－ＸiＹe

若Ｆi≥０，則向（＋Ｘ）方向進給一步，新的動點坐標(biāo)值為Ｘi+1＝Ｘi＋１Ｙi+1＝Ｙi*新的偏差函數(shù)為Ｆi+1＝ＸeＹi+1－Ｘi+1Ｙe

＝ＸｅＹi一ＸiＹe－Ｙe

＝Ｆi－Ｙｅ所以Ｆi+1＝Ｆi－Ｙｅ（7－1）*

同樣，若Ｆ＜０，則向（＋Ｙ）方向進給一步，新的動點坐標(biāo)值為Ｘi+1＝Ｘi，Ｙi+1＝Ｙi+1所以Ｆi+1＝Ｆi＋Ｘe

（7－2）*

根據(jù)公式可以看出，采用遞推算法后，偏差函數(shù)Ｆ的計算只與終點坐標(biāo)值Ｘｅ，Ｙe有關(guān)，而不涉及動點坐標(biāo)Ｘi，Ｙi的值，且不需要進行乘法運算，新動點的偏差函數(shù)可由上一個動點的偏差函數(shù)值遞推出來（減Yｅ或加Ｘe）。因此，該算法相當(dāng)簡單，易于實現(xiàn)。*終點判別

終點坐標(biāo)法是刀具每進給一步，就將動點坐標(biāo)與終點坐標(biāo)進行比較，即判別Ｘi—Ｘe＝０？和Ｙi一Ｙ＝０？是否成立，若等式成立，插補結(jié)束，否則繼續(xù)。*

總步長法是根據(jù)刀具沿Ｘ、Y軸所走的總步數(shù)判斷終點。從直線的起點Ｏ移動到終點Ｅ，刀具沿Ｘ軸應(yīng)走的步數(shù)為Ｘe，沿