第二章機床數(shù)控系統(tǒng)

第二章機床數(shù)控系統(tǒng)第1頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月學習導論本章以機床數(shù)控系統(tǒng)為主線，介紹數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件。通過本章的學習，可以掌握機床數(shù)控系統(tǒng)的基本構成、機床數(shù)控系統(tǒng)的工作原理、數(shù)控系統(tǒng)常見的硬件結構形式、數(shù)控系統(tǒng)常用的軟件結構模式以及數(shù)控機床用可編程控制器的結構、工作原理、常見類型及與數(shù)控系統(tǒng)的連接方式等。本章還對FANUC數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENSE數(shù)控系統(tǒng)進行了較為詳細的介紹。

第2頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月

概述第3頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、機床數(shù)控系統(tǒng)的組成（1）

機

床

數(shù)

控

系

統(tǒng)

一

般

由

輸

入

／

輸

出

裝

置

、

數(shù)

控

裝

置（CNC裝置）

、

可編程控制器（PLC）、主軸驅動裝置

、

進給驅動裝置、機

床

電

器

邏

輯

控

制

裝

置

等部

分

組

成，如圖所示。

第4頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控系統(tǒng)組成圖例第5頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、機床數(shù)控系統(tǒng)的組成（2）輸入裝置輸入裝置將數(shù)控加工程序等各種信息輸入數(shù)控裝置。通過鍵盤方式輸入和編輯數(shù)控加工程序；通過通信方式輸入其他計算機程序編輯器、自動編程器、CAD／CAM系統(tǒng)或上位機所提供的數(shù)控加工程序。高檔的數(shù)控裝置本身已包含一套自動編程系統(tǒng)或CAD／CAM系統(tǒng)，只需采用鍵盤輸入相應的信息，數(shù)控裝置本身就能生成數(shù)控加工程序。

第6頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、機床數(shù)控系統(tǒng)的組成（3）數(shù)控裝置CNC裝置采用了微型計算機式微處理器，它靠執(zhí)行存儲軟件來實現(xiàn)很多功能。CNC裝置的功能通常分為兩類：一類是基本功能，如控制功能、插補功能、輔助功能（M代碼）、主軸速度功能、進給功能、刀具功能、準備功能（G代碼）、自診斷功能、第二輔助功能等；另一類是選擇功能，如固定循環(huán)功能、補償功能、通信功能、其他的準備功能（G代碼）、人機對話編程功能、圖形顯示功能等。基本功能是數(shù)控系統(tǒng)必備的功能，選擇功能是供用戶根據(jù)機床特點和用途進行選擇的功能。第7頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、機床數(shù)控系統(tǒng)的組成（4）數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能（1）：控制功能是指數(shù)控系統(tǒng)能夠控制的以及能夠同時控制的軸(坐標)的數(shù)量。一般加工中心都必須對三軸或三軸以上的軸（坐標）進行控制，同時控制軸數(shù)不低于兩軸（即兩軸聯(lián)動）。主軸功能也稱主軸轉速功能即S功能。它是用來指令機床主軸轉速（切削速度）的功能，用地址S及其后的數(shù)字來表示，目前有S2位和S4位之分。準備功能

也稱G功能（或G代碼），它是用來指令機床動作方式的功能，用地址G及其后的數(shù)字來指令機床動作。

第8頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、機床數(shù)控系統(tǒng)的組成（5）數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能（2）：輔助功能也稱M功能，它是用來指令機床輔助動作及狀態(tài)的功能，用地址M其后面的數(shù)字宋表示。刀具功能是用來選擇刀具的功能，用地址T及其后面的數(shù)字表示。進給功能是用來指令坐標軸的進給速度的功能，用地址F及其后面的數(shù)字來表示。在1SO中規(guī)定F1~F5位。第二輔助功能是用來指令工作臺進行分度的功能，用地址B及其后面的三位數(shù)字來表示。插補功能CNC系統(tǒng)通過軟件進行插補。一般數(shù)控裝置都有直線和圓弧插補，高檔數(shù)控裝置還具有拋物線插補、螺旋線插補、極坐標插補、正弦插補等。第9頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、機床數(shù)控系統(tǒng)的組成（6）數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能（3）：自診斷功能

CNC裝置設置了各種診斷程序，在故障出現(xiàn)后可迅速查明故障類型及位置，減少故障停機時間。固定循環(huán)功能在CNC裝置中，將一些典型的加工工序（如鉆孔、鏜控等）預先編入程序并存儲在存儲器中，形成固定循環(huán)功能。第10頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、機床數(shù)控系統(tǒng)的組成（7）數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能（4）：補償功能一是刀具長度、刀具半徑和刀尖圓弧的補償，這些功能可以補償?shù)毒吣p以便換刀時對準正確位置；二是工藝量的補償，包括坐標軸的反向間隙補償、進給傳動件的傳動誤差補償、進給齒條齒距誤差補償、機件的溫度變形補償?shù)?。通信功?/p>

CNC裝置通常具有RS232接口，有的還具備DNC接口，可用數(shù)據(jù)格式輸入，也可用二進制格式輸入，進行高速傳輸。有的CNC系統(tǒng)還可以與MAP（制造自動化協(xié)議）)相連，接入通信網絡，適應FMS和CIMS的要求。第11頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（1）

數(shù)控系統(tǒng)的工作流程

編程人員在編制好零件程序后，由操作人員輸入至數(shù)控裝置，存儲在數(shù)控裝置的零件程序存儲區(qū)內。加工時，操作者用菜單命令調入需要的零件程序到加工緩沖區(qū)。數(shù)控裝置采樣到來自控制面板的“循環(huán)啟動”指令后，即對加工緩沖區(qū)內的零件程序進行自動處理（如運動軌跡處理、機床輸入／輸出處理等），然后輸出控制命令到相應的執(zhí)行部件（伺服單元、驅動裝置和PLC等），加工出符合圖樣要求的零件。數(shù)控機床的工作流程可用圖表示

。

第12頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控機床的工作流程圖機床PLC零件程序譯碼輸入緩沖區(qū)輸入譯碼緩沖區(qū)刀具補償?shù)毒哐a償進給速度處理插補工作寄存器插補插補結果寄存器位置控制伺服驅動第13頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（2）程序的存儲

CNC系統(tǒng)一般在計算機的存儲器中開辟一個零件程序區(qū)，輸入時將零件整個加工程序一次送入存儲區(qū)。零件加工程序在零件程序存儲區(qū)中連續(xù)存放，段與段之間、程序與程序之間不留任何空間。零件程序存儲區(qū)中設有一個零件程序目錄表和取程序指針單元，該指針單元的內容永遠指向下一步存入或取出單元的地址。第14頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（3）譯碼

譯碼程序的主要功能是將零件加工程序翻譯成便于數(shù)控系統(tǒng)計算機處理的格式，其中包括數(shù)據(jù)信息和控制信息。第15頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（4）刀具半徑補償

刀具半徑補償分為兩種類型：刀具半徑左補償和刀具半徑右補償。沿著加工方向，當?shù)毒呶挥诠ぜ髠葧r稱為刀具半徑左補償。如用某數(shù)控系統(tǒng)加工工件時，用G41指令調用時表示刀具半徑左補償；沿著加工方向，當?shù)毒呶挥诠ぜ覀葧r，稱為刀具半徑右補償。如用某數(shù)控系統(tǒng)加工工件時用G42指令調用時表示刀具半徑右補償。刀具半徑補償?shù)念愋腿鐖D所示

第16頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月刀具半徑補償示意圖例第17頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（5）刀具半徑的補償，一般分三步進行：建立刀具半徑補償如圖所示，刀具由起刀點以進給速度接近工件，刀具中心在法線方向與待加工工件偏離一刀具半徑。偏置方向由數(shù)控系統(tǒng)的左補償、右補償指令確定。執(zhí)行刀具半徑補償一旦建立刀補，刀具中心軌跡始終偏離程序描述軌跡一個刀具半徑值，直到取消刀補為止。取消刀具半徑補償?shù)毒叱冯x工件，回到退刀點，由數(shù)控系統(tǒng)的取消刀具半徑補償指令確定。退刀點應位于零件輪廓之外，可以與起刀點相同，也可以不相同。第18頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月刀具半徑補償建立示意圖例第19頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（6）直線B刀補計算如圖所示，在直角坐標系中，OA是加工工件的直線輪廓，O，A，是刀具中心軌跡，直線刀補的計算，就是要建立O，A，的直線方程。第20頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（7）圓弧B刀補計算如圖所示，在所建立的直角坐標系中，圓弧AB為工件輪廓，A，B，為刀具中心軌跡，二者之間是相差刀具半徑R的同心圓弧。第21頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、機床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（8）C刀具補償能自動地處理兩段程序之間的刀具中心軌跡的轉接，編程人員仍然完全按工件輪廓編程。如圖所示為直線與直線各種轉接進行左刀補的情況，編程軌跡為OA→AF。

第22頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月C刀補示意圖例第23頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月機床數(shù)控系統(tǒng)硬件第28頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、單微處理器結構（1）

單微處理器數(shù)控系統(tǒng)以微處理器（CPU）為核心，CPU通過總線與存儲器以及各種接口相連接，采用集中控制，分式處理的工作方式，完成數(shù)控加工中各個任務。有的CNC裝置雖然有兩個以上的微處理器，但其中只有一個微處理器能控制總線，其它的CPU只是附屬的專用智能部件，不能控制總線，不能訪問主存儲器。它們之間構成主從結構，也屬于單微處理器結構。如圖所示為單微處理器數(shù)控裝置典型框圖。

第29頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月單微處理器數(shù)控裝置典型框圖例第30頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、單微處理器結構（2）單CPU結構的CNC裝置具有如下特點：CNC系統(tǒng)內只有一個CPU，對所有的數(shù)控功能和管理功能，諸如數(shù)控加工程序的輸入、數(shù)據(jù)預處理、插補計算、數(shù)據(jù)輸入／輸出、位置控制、人機交互處理和診斷等功能都只有依靠它集中控制，分時處理。CPU通過總線與存儲器、各種接口（包括紙帶閱讀機等輸入設備接口、開關量接口、MDI/CRT接口）、位置控制器等相連，構成CNC系統(tǒng)。結構簡單，容易實現(xiàn)。因為只有單CPU集中控制，其功能將受到微處理器字長、數(shù)據(jù)尋址能力和運算速度等因素限制。由于插補等功能由軟件來實現(xiàn)，因此進給速度受到較大的影響

第31頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結構（1）

多微處理器由兩個或兩個以上的CPU構成處理部件。各處理部件之間通過一組公用地址和數(shù)據(jù)總線進行連接。每個CPU都可享用系統(tǒng)公用存儲器或I／O接口，并分擔一部分數(shù)控功能，從而將單微處理器的CNC裝置中順序完成的工作，轉變?yōu)槎辔⑻幚砥鞑⑿?、同時完成的工作，因而大大增強了整個系統(tǒng)的性能。第32頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結構（2）多微處理器結構CNC裝置的基本功能模塊（1）

CNC管理模塊具有管理和組織整個CNC系統(tǒng)工作過程的職能。例如系統(tǒng)初始化、中斷管理、總線裁決、系統(tǒng)出錯識別和處理、系統(tǒng)軟硬件診斷等。CNC插補模塊對工件加工程序進行譯碼、刀具補償、坐標位移量計算和進給速度處理等插補前的預處理工作。然后按給定的插補類型和軌跡坐標進行插補計算，向各個坐標軸發(fā)出位置指令值。位置控制模塊將插補后的坐標位置指令值與位置檢測單元反饋回來的實際位置值進行比較，并進行自動加減速、回基準點、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補償，得到速度控制的模擬電壓，驅動進給電動機。第33頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結構（3）多微處理器結構CNC裝置的基本功能模塊（2）

PLC模塊對加工程序中的開關功能和來自機床的信號進行邏輯處理，實現(xiàn)各功能與操作方式之間的連鎖，如機床電氣設備的起動與停止、刀具交換、回轉臺分度、工件數(shù)量和運行時間的計算等。數(shù)據(jù)輸入輸出和顯示模塊包括加工程序、參數(shù)和數(shù)據(jù)、各種操作命令的輸入（如通過紙帶閱讀機、鍵盤或上級計算機等）和輸出（如通過打印機、紙帶穿孔機等）以及顯示（如通過CRT、液晶顯示器等）所需要的各種接口電路。存儲器模塊既可以是存放程序和數(shù)據(jù)的主存儲器，也可以是各功能模塊間傳送數(shù)據(jù)用的共享存儲器。第34頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結構（4）多微處理器結構的特點（1）計算處理速度高多微處理機結構中的每一個微處理器完成系統(tǒng)中指定的一部分功能，獨立執(zhí)行程序，并行運行，比單微處理機提高了計算處理速度。它適應多軸控制、高進給速度、高精度、高效率的數(shù)控要求。由于系統(tǒng)共享資源，性能價格比也較高?？煽啃愿哂捎谙到y(tǒng)中每個微處理器分管各自的任務，形成若干模塊插件，模塊更換方便，可使故障對系統(tǒng)影響減到最小。共享資源省去了重復機構，不但降低造價，也提高了可靠性。第35頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結構（5）多微處理器結構的特點（2）有良好的適應性和擴展性多微處理機的CNC裝置大都采用模塊化結構。可將微處理機、存儲器、輸入輸出控制組成獨立微計算機級的硬件模塊，相應的軟件也是模塊結構，固化在硬件模塊中。硬軟件模塊形成一個特定的功能單元，稱為功能模塊。功能模塊間有明確定義的接口，接口是固定的，成為工廠標準或工業(yè)標準，彼此可以進行信息交換。于是可以積木式組成CNC裝置，使設計簡單，有良好的適應性和擴展性。硬件易于組織規(guī)模生產一般硬件是通用的，容易配置，只要開發(fā)新軟件就可構成不同的CNC裝置，便于組織硬件規(guī)模生產，保證質量，形成批量。第36頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結構（6）多微處理器結構CNC裝置的典型結構（1）共享總線結構以系統(tǒng)總線為中心，把組成CNC裝置的各種功能模塊劃分為帶有CPU的各種主模塊和不帶CPU的各種從模塊，如RAM／ROM模塊或I／O模塊是從模塊，管理模塊、控制模塊、插補模塊是主模塊。所有主、從模塊共享是嚴格定義的標準系統(tǒng)總線。第37頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月共享總線示意圖例第38頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結構（7）多微處理器結構CNC裝置的典型結構（2）共享存儲器結構是面向公共存儲器來沒計的，即采用多端口來實現(xiàn)各主模塊之間的互聯(lián)和通訊，同共享總線結構一樣，該系統(tǒng)在同一時刻也只能允許有一主模塊對多端口存儲器進行訪問（讀／寫），所以，也必須有一套多端口控制邏輯來解決訪問沖突這一矛盾。但由于多端口存儲器設計較復雜，而目對兩個以上的主模塊，會因爭用存儲器可能造成存儲器傳輸信息的阻塞，降低系統(tǒng)效率，給擴展功能造成困難，所以一般采用雙端口存儲器（雙端口RAM）。第39頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月共享存儲器結構示意圖例第40頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月機床數(shù)控系統(tǒng)軟件第41頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構成（1）數(shù)控系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應用軟件。應用軟件包括零件數(shù)控加工程序或其他輔助軟件。系統(tǒng)軟件是為實現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項功能所編制的專用軟件，一般包括輸入數(shù)據(jù)處理程序、插補運算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。第42頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)軟件構成圖例第43頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構成（2）輸入數(shù)據(jù)處理程序

它接收輸入的零件加工程序，將標準代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進行譯碼、數(shù)據(jù)處理，并按規(guī)定的格式存放。有的系統(tǒng)還要進行補償計算，或為插補運算和速度控制等進行預計算。通常，輸入數(shù)據(jù)處理程序包括輸入，譯碼和數(shù)據(jù)處理三項內容。輸入程序輸入零件加工程序，并將其存放在工件程序存儲器中；從工件程序存儲器中把零件加工程序逐段往外調出，進入緩沖區(qū)，以便譯碼時使用。譯碼程序將加工信息翻譯成計算機內部能識別的語言。數(shù)據(jù)處理程序

它一般包括刀具半徑補償、刀具長度補償、反向間隙補償、絲杠螺距補償、過象限及進給方向判斷、速度計算、加減速控制以及輔助功能的處理等。第44頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構成（3）插補計算程序

CNC系統(tǒng)根據(jù)工件加工程序中提供的數(shù)據(jù)，如曲線的種類、起點、終點等進行運算。根據(jù)運算結果，分別向各坐標軸發(fā)出進給脈沖。這個過程稱為插補運算．進給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅動工作臺或刀具作相應的運動，完成程序規(guī)定的加工任務。CNC系統(tǒng)是一邊插補進行運算，一邊進行加工，是一種典型的實時控制方式。插補運算的快慢直接影響機床的進給速度。

第45頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構成（4）速度控制程序

速度控制程序根據(jù)給定的速度值控制插補運算的頻率，以保證預定的進給速度。在速度變化較大時，需要進行自動加減速控制，以避免因速度突變而造成驅動系統(tǒng)失步。第46頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構成（5）管理程序

管理程序負責對數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補運算等為加工過程服務的各種程序進行調度管理。管理程序還要對面板命令、時鐘信號、故障信號等引起的中斷進行處理。水平較高的管理程序可以使多道程序并行工作，如在插補運算與速度控制的空閑時間進行數(shù)據(jù)輸入處理，即調用各種功能子程序，完成下一數(shù)據(jù)段的讀入、譯碼和數(shù)據(jù)處理工作，并且保證在數(shù)據(jù)段加工過程中將下一數(shù)據(jù)段準備完畢。一旦本數(shù)據(jù)段加工完畢就立即開始下一數(shù)據(jù)段的插補加工。

第47頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構成（6）診斷程序

診斷程序的功能是在程序運行中及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出故障的類型。也可以在運行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（CPU、存儲器、接口、開關、伺服系統(tǒng)等）的功能是否正常，并指出發(fā)生故障的部位。第48頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多任務并行處理（1）

CNC系統(tǒng)的多任務性及并行工作方式

數(shù)控加工時，CNC系統(tǒng)要完成許多任務，有的任務對實時性要求很高，有的任務無實時性要求。在多數(shù)情況下，幾個任務必須同時進行。第49頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控系統(tǒng)多任務性圖例第50頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、多任務并行處理（2）指令的執(zhí)行方式

一條指令執(zhí)行完后，后續(xù)指令的銜接方式有三種：順序方式、重疊方式和流水方式。順序的執(zhí)行方式是將第一個零件程序段處理完以后再處理第二個程序段，依此類推。兩個程序段的輸出之間將有一個時間間隔t1；重疊的執(zhí)行方式是指當現(xiàn)行程序段尚未執(zhí)行完畢，就去取后續(xù)指令。因為在取出第N1條指令執(zhí)行時，存儲器已空閑，可以提前去取N2條指令。這樣，第N1條指令的執(zhí)行周期便與第N2條指令的取指周期重疊，使其相應的操作并行執(zhí)行。流水的工作方式它是將一條指令的執(zhí)行過程分解為多個子過程，每個子過程由獨立的功能部件完成，構成一條流水線。經過流水處理后，雖然一條指令的執(zhí)行速度并沒有提高，但提高了指令序列的執(zhí)行速度。每個程序段的輸出之間不再有間隔，從而保證了電動機和刀具工作的連續(xù)性。第51頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月指令的執(zhí)行方式圖例（1）第52頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月指令的執(zhí)行方式圖例（2）第53頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月指令的執(zhí)行方式圖例（3）第54頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月三、CNC系統(tǒng)的中斷控制方式（1）中斷的概念

當數(shù)控系統(tǒng)運行時，出現(xiàn)某種非預期的事件，CPU暫時停下現(xiàn)行程序，轉向為該事件服務，待事件處理完畢，再恢復執(zhí)行原程序，這個過程稱為中斷。中斷賦予數(shù)控系統(tǒng)中的CPU應變能力，把有序的運行和無序的事件統(tǒng)一起來，大大增強了系統(tǒng)的處理能力。中斷具有以下作用：中斷能實現(xiàn)主機和外部設備的并行工作；中斷系統(tǒng)能在故障出現(xiàn)時發(fā)出中斷信號，調用相應的處理程序，將故障的危害降到最低程度，并請求系統(tǒng)管理員排除故障。計算機在現(xiàn)場測試和控制、網絡通訊、人機對話時都具有強烈的實時性，中斷技術能確保實時信號的處理。第55頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月三、CNC系統(tǒng)的中斷控制方式（2）中斷的類型外部中斷主要有紙帶光電閱讀機讀孔中斷、外部監(jiān)控中斷（如緊急停、量儀到位等）和鍵盤操作面板輸入中斷。內部定時中斷主要有插補周期定時中斷和位置采樣中斷。硬件故障中斷是指各種硬件故障檢測裝置發(fā)出的中斷，如存儲器出錯、定時器出錯、插補運算超時等。程序性中斷是程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報警中斷，如各種溢出、清零等。第56頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月三、CNC系統(tǒng)的中斷控制方式（3）中斷的優(yōu)先級

優(yōu)先級是指CPU響應并處理中斷請求的先后秩序。它根據(jù)中斷事件的重要性和迫切性而定。在計算機硬件系統(tǒng)中，應賦予各設備以響應的優(yōu)先級。當幾個設備同時有中斷請求時，優(yōu)先級高的先響應，優(yōu)先級低的后響應。通常，硬件故障中斷屬于最高級，其次是程序錯誤中斷，再次是各種輸入輸出傳送中斷等。第57頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月三、CNC系統(tǒng)的中斷控制方式（4）中斷的處理過程（1）中斷響應將CPU最重要的兩個寄存器——指令計數(shù)器和程序狀態(tài)字寄存器的內容保存到存儲器中。中斷識別判斷是哪一個中斷源發(fā)出請求，并調出即將響應的中斷服務程序。保存現(xiàn)場中斷服務程序中要使用的通用寄存器原內容保存到存儲器中，中斷服務程序要動用哪個寄存器，就保存哪個寄存器中的內容。第58頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月三、CNC系統(tǒng)的中斷控制方式（5）中斷的處理過程（2）中斷服務是中斷處理的核心。不同的中斷要求配置不同的中斷服務程序。恢復現(xiàn)場在完成中斷服務后，將動用的寄存器中的原來內容從存儲器中取回來，恢復原樣。返回原程序原程序的斷點就是在中斷響應時保存起來的指令計數(shù)器的內容，此時恢復指令計數(shù)器和程序狀態(tài)字寄存器。第59頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月中斷處理過程圖例第60頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月四、數(shù)控系統(tǒng)的軟件結構（1）前后臺型軟件結構前后臺型軟件結構適合于采用集中控制的單微處理器CNC裝置。在這種軟件結構中，將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩部分：前臺程序和后臺程序。前臺程序是一個實時中斷服務程序，承擔了幾乎全部實時的功能，實現(xiàn)與機床動作直接相關的功能如插補運算、位置控制、機床I／O控制和軟硬件故障處理等實時性很強的任務，它們由不同優(yōu)先級的實時中斷服務程序處理。后臺程序則完成顯示、零件程序的輸入／輸出、人機界面管理（參數(shù)設置、程序編輯、文件管理等）和插補預處理（譯碼、刀補處理、速度預處理）等弱實時性的任務。第61頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月前后臺軟件結構圖例第62頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月四、數(shù)控系統(tǒng)的軟件結構（2）中斷型軟件結構沒有前后臺之分，其特點是除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各種任務模塊按輕重緩急分別安排在不同級別的中斷服務程序中。整個軟件就是一個大的中斷系統(tǒng)，由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷服務程序按照中斷的優(yōu)先級的高低實施調度管理。第63頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月中斷型軟件結構圖例第64頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控機床與可編程控制器（PLC）

第65頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月一、PLC的基本結構PLC的硬件結構

由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。CPU是PLC的核心部件，其上不僅有CPU集成芯片，而且還有一定數(shù)量的內存儲器RAM和系統(tǒng)程序存儲器EPROM，用戶程序存儲器EPROM，輸入輸出（I／O）模塊及電源等組成，其各部分均采用總線結構。第66頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月可編程控制器結構框圖例第67頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、PLC的工作原理（1）用戶程序通過編程器輸入到用戶存儲器，CPU對用戶程序循環(huán)掃描并順序執(zhí)行，這是PLC的基本工作原理。所謂掃描與順序執(zhí)行是指，只要PLC接通電源，CPU就對用戶存儲器的程序進行掃描，即從第一條用戶程序開始順序執(zhí)行，直到用戶程序最后一條，形成一個掃描周期，周而復始。用梯形圖形象地說就是從上至下，從左至右，逐行掃描執(zhí)行梯形圖所描述的邏輯功能。目前在PLC中，執(zhí)行每條指令的平均時間可達μs級。第68頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月二、PLC的工作原理（2）PLC對用戶程序的掃描執(zhí)行過程可分為三個階段，即輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新。輸入采樣

PLC以掃描方式將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)（ON／OFF狀態(tài)）讀入到輸入映像寄存器中寄存起來，稱為對輸入信號的采樣。程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描。如程序用梯形圖表示，則總是按先上后下、先左后右的順序掃描。每掃描到一條指令時，所需要的輸入狀態(tài)或其他元素的狀態(tài)分別從輸入映像寄存器或輸出映像寄存器中讀入，然后進行相應的邏輯或算術運算，運算結果再存入專用寄存器。若執(zhí)行程序輸出指令時，則將相應的運算結果存入輸出映像寄存器。輸出刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中的狀態(tài)就是欲輸出的狀態(tài)。第69頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月PLC執(zhí)行程序的一個掃描周期：第70頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月三、數(shù)控機床用可編程控制器的類型（1）內裝型PLC

內裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC與NC之間信號傳送在CNC裝置內部就可完成，而PLC與機床側的信息傳送則要通過輸入輸出接口來完成。第71頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月內裝型PLC數(shù)控系統(tǒng)圖例第72頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月三、數(shù)控機床用可編程控制器的類型（2）獨立型PLC

獨立型PLC又稱通用型PLC。獨立型PLC獨立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件，能獨立完成規(guī)定控制任務的裝置。數(shù)控機床用獨立型PLC，一般采用模塊化結構，裝在插板式籠箱內，它的CPU系統(tǒng)程序、用戶程序、輸入輸出電路、通信等均設計成獨立的模塊。獨立型PLC主要用于FMS、CIMS形式中的CNC機床，具有較強的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能，成為CNC與上級計算機聯(lián)網的重要設備。

第73頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月具有獨立型PLC的數(shù)控系統(tǒng)圖例第74頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月四、PLC在數(shù)控機床上的配置方式

PLC在數(shù)控機床上常見的有四種配置方式，如圖所示。

第75頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月PLC在數(shù)控機床上的配置方式圖例第76頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月五、可編程控制器與外部的信息交換

機床至PLC（MT→PLC）機床側的開關量信號通過I／O單元接口輸入至PLC中，PLC至機床（PLC→MT）PLC控制機床的信號通過PLC的開關量輸出接口送到機床側，所有開關量輸出信號的含義及所占用PLC的地址均可由PLC程序設計者自行定義。CNC至PLC（CNC→PLC）CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中，所有CNC送至PLC的信號含義和地址（開關量地址或寄存器地址）均由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用，不可改變和增刪。PLC至CNC（PLC→CNC）PLC送至CNC的信息也由開關量信號或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號地址與含義由CNC廠家確定，PLC編程者只可使用，不可改變和增刪。第77頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月六、數(shù)控機床用可編程控制器功能S功能處理

主軸轉速可以用S2位代碼或S4位代碼直接指定。T功能處理

數(shù)控機床通過PLC可管理刀庫，特別是對加工中心的自動換刀帶來了很大的方便。處理的信息包括選刀方式，刀具累計使用的次數(shù)，刀具剩余壽命和刀具刃磨次數(shù)等。M功能處理

M功能是輔助功能，根據(jù)不同的M代碼，可控制主軸的正、反轉和停止，主軸齒輪箱的換檔變速，主軸準停，切削液的開、關，卡盤的夾緊、松開及換刀機械手的取刀、歸刀等動作。第78頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月七插補原理第79頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月

逼近處理圖為欲加工的圓弧軌跡L，起點為P0，終點為Pe。CNC裝置首先對圓弧進行逼近處理。XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖數(shù)控加工軌跡控制原理第80頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)按插補時間⊿t和進給速度F的要求，將L分割成若干短直線

XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖⊿L1，⊿L2，…，⊿Li，…，

這里：⊿Li=F⊿t（i=1，2，…）F：用戶給定的進給速度⊿t：數(shù)控系統(tǒng)插補周期第81頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月用直線⊿Li逼近圓弧存在著逼近誤差δ，但只要δ足夠小（⊿Li足夠短），總能滿足零件的加工要求。當F為常數(shù)時，而⊿t對數(shù)控系統(tǒng)而言恒為常數(shù)，則⊿Li的長度也為常數(shù)⊿L，只是其斜率與其在L上的位置有關。XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖第82頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月將⊿Li分解為X軸及Y軸移動分量Xi和Yi（在ti時間內），要求滿足：

且有：Fx=Xi/ti

Fy=Yi

/ti⊿Li的斜率和F的分量Fx、Fy以及比值Fx/Fy都在不斷變化。XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖第83頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月指令輸出將計算出△ti在時間內的和作為指令輸出給X，Y軸，以控制它們聯(lián)動。即：

Xi

X軸；Yi

Y軸只要能連續(xù)自動地控制X，Y兩個進給軸在△ti時間內移動量，就可以實現(xiàn)曲線輪廓零件的加工。第84頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控裝置的插補原理一、插補的概念：

理解插補的前提：數(shù)控機床刀具軌跡不是連續(xù)的，因為它是數(shù)字量

如何控制刀具或工件的運動是數(shù)控機床的核心問題。數(shù)控機床的信息數(shù)字化就是把刀具與工件的運動坐標分割成一些最小單位量，即最小位移量。數(shù)控系統(tǒng)按照程序的要求，經過信息處理、分配，使坐標移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。第85頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月在數(shù)控機床中，刀具的運動軌跡是折線，因此刀具不能嚴格地沿著所加工的曲線運動，只能用折線以一定的精度要求逼近被加工曲線，當逼近誤差相當小時，這些折線之和就接近曲線了。數(shù)控機床是以脈沖當量為單位，計算輪廓起點與終點之間的坐標值，進行有限分段，以折代直，以弦代弧，以直代曲，分段逼近，相連成軌跡的。CNC裝置每發(fā)出一個脈沖，機床執(zhí)行部件的最小位移量稱為脈沖當量。常用機床的脈沖當量為0.01～0.001mm/脈沖，脈沖當量越小，數(shù)控機床精度越高。各種斜線、圓弧、曲線均可由以脈沖當量為單位的微小直線段擬合而成。第86頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月1沿著規(guī)定的輪廓、在輪廓的起點和終點之間一定的算法進行數(shù)據(jù)點密化、即“插入〃“補上〃運動中間點的坐標。通常把這個過程稱為插補。分直線插補和曲線插補，2

軟、硬件插補：（1）硬件（數(shù)字）電路來完成插補；（2）由軟件來完成插補功能稱為軟件插補。（3）軟+硬第87頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月1、基準脈沖插補(逐點比較插補法)2、數(shù)字積分法插補3、數(shù)據(jù)采樣法插補插補方法的分類第88頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月

逐點即每一個脈沖當量為一個點。用于沒有反饋的開環(huán)系統(tǒng)。1概念：是一種逐點計算、判別偏差，并糾正逼近理論軌跡的一種方法。在插補過程中，每走一步要完成以下四節(jié)拍。（1）偏差判別：判別當前點偏離理論點的位置。

（2）進給控制：確定進給坐標及進給方向，并產生移動。（3）新偏差計算：進給后到達新位置，計算出新的偏差作為下一次判別的依據(jù)。（4）終點判別：查詢是否到達終點。一、逐點比較插補法第89頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月2.在Ⅰ相限直線插補的基本原理

（1）偏差的判別

OE為理論軌跡：N”、N’為動點：當N在OE上時：Yi/Xi=Ye/Xe 即XeYi-XiYe=0當N”在OE上方時：Yi/Xi＞Ye/Xe即XeYi-XiYe＞0令F=XeYi-XiYe則：當F=0時，在直線上當F＞0時，N（Xi，Yi）在OE上方當F＜0時，N（Xi，Yi）在OE下方第90頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月（2)坐標進給當Fm≥0時，向X走一步。當Fm＜0時，向Y走一步

（3）新偏差計算Fm≥0，時下一點：Ym+1=Xm+1Ym+1=Ym新偏差：Fm+1=Ym+1×Xe-Xm+1×Ye=YmXe-（Xm+1）Ye=FM-Ye當Fm＜時，F(xiàn)下一點Xm+1=XmYm+1=Ym+1Fm+1=Fm+Xe（4）終點判別：根據(jù)刀具沿X、Y軸所走的總步數(shù)判別是否達到終點第91頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月例1

設要加工第I象限直線OE，起點在原點，終點為E(3，5)，試用逐點比較法進行插補。解

總步數(shù)Σ0=|Xe|+|Ye|=|3|+|5|=8。開始時刀具處于直線起點，即在直線上，所以F0=0。插補運算過程列于表中，插補軌跡如圖所示。第92頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第93頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第94頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月2.逐點比較法圓弧插補1）插補原理在圓弧加工過程中，刀具與編程圓弧之間的相對位置可用動點到圓心的距離大小來反映。如圖所示，假設編程輪廓為第Ⅰ象限逆圓弧SE，圓心為0(0，0)，半徑為R，刀具動點坐標為Ni(Xi，Yi)。第95頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第96頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）偏差判別函數(shù)。設經過i次插補后，當前刀具在Ni(Xi，Yi)點，則通過比較Ni點到圓心的距離與圓弧半徑的大小，就可反映出動點與圓弧之間的相對位置關系。即取

Fi＝X2i+Y2i-R2為圓弧插補時的偏差函數(shù)，則有：第97頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月當Ni正好落在圓弧SE上時X2i+Y2i=X2e+Y2e=R2即Fi＝X2i+Y2i-R2=0；當Ni落在圓弧SE外側時X2i+Y2i＞X2e+Y2e=R2即Fi＝X2i+Y2i-R2＞0；當Ni落在圓弧SE內側時X2i+Y2i＜X2e+Y2e=R2即Fi＝X2i+Y2i-R2＜0。第98頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)進給方向。進給方向由偏差判別的結果決定，即當F≥0時，向-X軸方向進給一步（-ΔX）；

當F＜0時，向+Y軸方向進給一步（+ΔY）。（3）偏差計算。開始時，刀具位于直線的起點O，因此F0=0。

設經過i次插補后，當前刀具在Ni(Xi，Yi)點，對應偏差函數(shù)為Fi＝X2i+Y2i-R2。第99頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）終點判別。和直線插補一樣，插補過程中也要進行終點判別。對于僅在一個象限內的圓弧，仍然可以采用直線插補終點判別的3種方法，只是公式稍有不同：

總步長法Σ=|Xe-Xs|+|Ye-Ys|

投影法Σ＝max(|Xe-Xs|，|Ye-Ys|)

終點坐標法Σ1=|Xe-Xs|；Σ2=|Ye-Ys|式中，(Xs，Ys)為圓弧起點坐標，(Xe，Ye)為圓弧終點坐標。第100頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月例2設要加工第Ⅰ象限逆圓弧SE，起點S(4，3)，終點為E(0，5)，試用逐點比較法進行插補。解總步數(shù)Σ0=|Xe-Xs|+|Ye-Ys|=|0-4|+|5-3|=6；開始時刀具處于起點S(4，3)處，所以F0=0；插補運算過程列于表中，插補軌跡如圖所示。第101頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第102頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第103頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月1.數(shù)字積分法基本原理從幾何意義上講，函數(shù)Y＝f(t)的積分運算就是求出此函數(shù)曲線與橫軸所圍成的面積，如圖所示。

數(shù)字積分法插補第104頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字積分的幾何描述

第105頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月當取Δt=“1”單位時，上式可表示為稱為函數(shù)Y＝f(t)在區(qū)間［t0，tn］內對t的數(shù)字積分。將其推廣到數(shù)控系統(tǒng)的輪廓插補中，則有第106頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月2.DDA法直線插補1）插補原理如圖所示，第I象限直線OE，起點O為坐標原點，終點為E(Xe，Ye)，刀具進給速度在兩個坐標軸上的速度分量為VX、VY，從而可求得刀具在X、Y方向上的位移增量分別為ΔX=VXΔt

ΔY=VYΔt

第107頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月DDA直線插補

第108頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)幾何關系可以得出

第109頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月經過m次插補后，到達（Xm、Ym）取Δt=“1”單位，則

第110頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月設經過n次插補，到達終點E（Xe、Ye），則從而nK=1或n=1/K。

第111頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月為了保證坐標軸上每次分配的進給脈沖不超過1個脈沖當量單位，則ΔX=KXe≤1ΔY=KYe≤1若系統(tǒng)字長為N位，則Xe、Ye的最大數(shù)為2N-1，代入上式可得

K（2N-1）≤1即K≤1/（2N-1）取K=1/2N，則n=1/K=2N。

第112頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第113頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月

例3設要插補第I象限直線OE，如圖所示，起點在原點，終點在E(4，6)，設寄存器位數(shù)為3位，試用DDA法進行插補。解寄存器位數(shù)N=3，則累加次數(shù)n=2N=8；插補前J∑=JRX=JRY=0，JVX=Xe=4，JVY=Ye=6。其插補運算過程如表所示，插補軌跡如圖所示。

第114頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第115頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第116頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月3.DDA法圓弧插補1）插補原理以第Ⅰ象限逆圓NR1為例，如圖所示，圓心在坐標原點O，起點為S(Xs，Ys)，終點為E(Xe，Ye)，圓弧半徑為R，進給速度為V，在兩坐標軸上的速度分量為VX和VY，動點為N(Xi，Yi)，則根據(jù)圖中幾何關系，有如下關系式:第117頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于第一象限順圓對應Y坐標值逐漸減小，所以式)中表達式中取負號，即Vx，Vy均取絕對值計算。2.數(shù)字積分法圓弧插補第一象限順圓，圓弧的圓心在坐標原點O，起點為A（Xa，Ya），終點為B（Xb，Yb）。圓弧插補時，要求刀具沿圓弧切線作等速運動，設圓弧上某一點P（X，Y）的速度為V，則在兩個坐標方向的分速度為Vx，Vy，根據(jù)圖中幾何關系，有如下關系式(3-20)對于時間增量而言，在X，Y坐標軸的位移增量分別為

第118頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月與DDA直線插補類似，也可用兩個積分器來實現(xiàn)圓弧插補Δt

○○

ΔxΔy

X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JRY第119頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月設有第一象限順圓AB，如圖3-23所示，起點A（0，5），終點B（5，0），所選寄存器位數(shù)n=3。若用二進制計算，起點坐標A（000，101），終點坐標B（101，000），試用DDA法對此圓弧進行插補。第120頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第121頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第122頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第123頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第124頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第125頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-23DDA圓弧插補實例第126頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月例4設有第Ⅰ象限逆圓弧SE，起點為S(4，0)，終點為E(0，4)，且寄存器位數(shù)N＝3。試用DDA法對其進行插補。解插補開始時，被積函數(shù)初值分別為JVX=Ys=0，JVY=Xs=4。寄存器位數(shù)N＝3，終點判別寄存器J∑X=|Xe-Xs|=4，J∑Y=|Ye-Ys|=4。其插補過程如表所示，插補軌跡如圖中折線所示。第127頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第128頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月第129頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月1.基本概念1）數(shù)據(jù)采樣法插補數(shù)據(jù)采樣法插補又叫時間分割法插補，它以系統(tǒng)的位置采樣周期的整數(shù)倍為插補時間間隔，根據(jù)編程進給速度將零件輪廓曲線分割成一系列微小直線段ΔL，然后計算出每次插補與微小直線段ΔL對應的各坐標位置增量ΔX、ΔY，并分別輸出到各坐標軸的伺服系統(tǒng)，用以控制各坐標軸的進給，完成整個輪廓段的插補。數(shù)據(jù)采樣法插補第130頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月2）插補周期TS與位置控制周期TC（1）插補周期TS。

插補周期是相鄰兩個微小直線段之間的插補時間間隔。（2）位置控制周期TC。

位置控制周期是每兩次位置采樣的時間間隔，即數(shù)控系統(tǒng)中位置控置環(huán)的采樣控制周期。（3）TS和TC的關系。對于給定的某個數(shù)控系統(tǒng)而言，TS和TC是兩個固定不變的時間參數(shù)。

第131頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月3）步長ΔL的計算現(xiàn)假設程編進給速度為F，系統(tǒng)的插補周期為TS，則可求得每次插補分割的微小直線段ΔL的長度為

ΔL＝FTS444)插補精度直線插補時，插補所形成的每段小直線與編程直線重合，不會造成插補輪廓誤差。圓弧插補時，一般用弦線來逼近圓弧，這些微小直線段不可能完全與圓弧互相重合，從而會造成輪廓誤差。

第132頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月圖數(shù)據(jù)采樣法直線插補第133頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月2.數(shù)據(jù)采樣法直線插補1）基本原理如圖所示，在XOY平面內的直線OE，其起點為O(0，0)，終點為E(Xe，Ye)，動點為

Ni-1(Xi-1，Yi-1)，編程進給速度為F，插補周期為TS。根據(jù)數(shù)據(jù)采樣法插補的有關定義，每個插補周期的進給步長為ΔL＝FTS。第134頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)幾何關系，可求得插補周期內刀具在各坐標軸方向上的位移增量分別為新的動點Ni的坐標為第135頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)采樣法直線插補流程圖第136頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月2)插補流程通過前面的分析可以看出，利用數(shù)據(jù)采樣法來插補直線的算法比較簡單，一般可分為以下三個步驟。

（1）插補準備。完成一些常量的計算工作，求出ΔL＝FTS，

（mm）和K=ΔL/L等的值，一般對每個零件輪廓段僅執(zhí)行一次。第137頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）插補計算。每個插補周期均執(zhí)行一次，求出該周期對應坐標增量值（ΔXi，ΔYi）以及新的動點坐標值(Xi，Yi)。（3）終點判別。

第138頁，課件共154頁，創(chuàng)作于2023年2月3.數(shù)據(jù)采樣法圓弧插補

1）基本原理數(shù)據(jù)采樣法圓