第二章機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)

第二章機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)第1頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)導(dǎo)論本章以機(jī)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(xué)習(xí)，可以掌握機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的工作原理、數(shù)控系統(tǒng)常見的硬件結(jié)構(gòu)形式、數(shù)控系統(tǒng)常用的軟件結(jié)構(gòu)模式以及數(shù)控機(jī)床用可編程控制器的結(jié)構(gòu)、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(duì)FANUC數(shù)控系統(tǒng)、SIEMENSE數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。

第2頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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

機(jī)

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(qū)動(dòng)裝置

、

進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)

床

電

器

邏

輯

控

制

裝

置

等部

分

組

成，如圖所示。

第4頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控系統(tǒng)組成圖例第5頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、機(jī)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(jì)算機(jī)程序編輯器、自動(dòng)編程器、CAD／CAM系統(tǒng)或上位機(jī)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(dòng)編程系統(tǒng)或CAD／CAM系統(tǒng)，只需采用鍵盤輸入相應(yīng)的信息，數(shù)控裝置本身就能生成數(shù)控加工程序。

第6頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、機(jī)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(jì)算機(jī)式微處理器，它靠執(zhí)行存儲(chǔ)軟件來實(shí)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(bǔ)功能、輔助功能（M代碼）、主軸速度功能、進(jìn)給功能、刀具功能、準(zhǔn)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(bǔ)償功能、通信功能、其他的準(zhǔn)備功能（G代碼）、人機(jī)對(duì)話編程功能、圖形顯示功能等?；竟δ苁菙?shù)控系統(tǒng)必備的功能，選擇功能是供用戶根據(jù)機(jī)床特點(diǎn)和用途進(jìn)行選擇的功能。第7頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成（4）數(shù)控系統(tǒng)實(shí)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(shí)控制的軸(坐標(biāo))的數(shù)量。一般加工中心都必須對(duì)三軸或三軸以上的軸（坐標(biāo)）進(jìn)行控制，同時(shí)控制軸數(shù)不低于兩軸（即兩軸聯(lián)動(dòng)）。主軸功能也稱主軸轉(zhuǎn)速功能即S功能。它是用來指令機(jī)床主軸轉(zhuǎn)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(zhǔn)備功能

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

第8頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成（5）數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能（2）：輔助功能也稱M功能，它是用來指令機(jī)床輔助動(dòng)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(jìn)給功能是用來指令坐標(biāo)軸的進(jìn)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(tái)進(jìn)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(bǔ)功能CNC系統(tǒng)通過軟件進(jìn)行插補(bǔ)。一般數(shù)控裝置都有直線和圓弧插補(bǔ)，高檔數(shù)控裝置還具有拋物線插補(bǔ)、螺旋線插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、正弦插補(bǔ)等。第9頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成（6）數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能（3）：自診斷功能

CNC裝置設(shè)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(jī)時(shí)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(yù)先編入程序并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，形成固定循環(huán)功能。第10頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成（7）數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能（4）：補(bǔ)償功能一是刀具長(zhǎng)度、刀具半徑和刀尖圓弧的補(bǔ)償，這些功能可以補(bǔ)償?shù)毒吣p以便換刀時(shí)對(duì)準(zhǔn)正確位置；二是工藝量的補(bǔ)償，包括坐標(biāo)軸的反向間隙補(bǔ)償、進(jìn)給傳動(dòng)件的傳動(dòng)誤差補(bǔ)償、進(jìn)給齒條齒距誤差補(bǔ)償、機(jī)件的溫度變形補(bǔ)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(jìn)制格式輸入，進(jìn)行高速傳輸。有的CNC系統(tǒng)還可以與MAP（制造自動(dòng)化協(xié)議）)相連，接入通信網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)FMS和CIMS的要求。第11頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)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(chǔ)在數(shù)控裝置的零件程序存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。加工時(shí)，操作者用菜單命令調(diào)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(dòng)”指令后，即對(duì)加工緩沖區(qū)內(nèi)的零件程序進(jìn)行自動(dòng)處理（如運(yùn)動(dòng)軌跡處理、機(jī)床輸入／輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），加工出符合圖樣要求的零件。數(shù)控機(jī)床的工作流程可用圖表示

。

第12頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控機(jī)床的工作流程圖機(jī)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(bǔ)償?shù)毒哐a(bǔ)償進(jìn)給速度處理插補(bǔ)工作寄存器插補(bǔ)插補(bǔ)結(jié)果寄存器位置控制伺服驅(qū)動(dòng)第13頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（2）程序的存儲(chǔ)

CNC系統(tǒng)一般在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中開辟一個(gè)零件程序區(qū)，輸入時(shí)將零件整個(gè)加工程序一次送入存儲(chǔ)區(qū)。零件加工程序在零件程序存儲(chǔ)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(chǔ)區(qū)中設(shè)有一個(gè)零件程序目錄表和取程序指針單元，該指針單元的內(nèi)容永遠(yuǎn)指向下一步存入或取出單元的地址。第14頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)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(jì)算機(jī)處理的格式，其中包括數(shù)據(jù)信息和控制信息。第15頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（4）刀具半徑補(bǔ)償

刀具半徑補(bǔ)償分為兩種類型：刀具半徑左補(bǔ)償和刀具半徑右補(bǔ)償。沿著加工方向，當(dāng)?shù)毒呶挥诠ぜ髠?cè)時(shí)稱為刀具半徑左補(bǔ)償。如用某數(shù)控系統(tǒng)加工工件時(shí)，用G41指令調(diào)用時(shí)表示刀具半徑左補(bǔ)償；沿著加工方向，當(dāng)?shù)毒呶挥诠ぜ覀?cè)時(shí)，稱為刀具半徑右補(bǔ)償。如用某數(shù)控系統(tǒng)加工工件時(shí)用G42指令調(diào)用時(shí)表示刀具半徑右補(bǔ)償。刀具半徑補(bǔ)償?shù)念愋腿鐖D所示

第16頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月刀具半徑補(bǔ)償示意圖例第17頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（5）刀具半徑的補(bǔ)償，一般分三步進(jìn)行：建立刀具半徑補(bǔ)償如圖所示，刀具由起刀點(diǎn)以進(jìn)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(bǔ)償、右補(bǔ)償指令確定。執(zhí)行刀具半徑補(bǔ)償一旦建立刀補(bǔ)，刀具中心軌跡始終偏離程序描述軌跡一個(gè)刀具半徑值，直到取消刀補(bǔ)為止。取消刀具半徑補(bǔ)償?shù)毒叱冯x工件，回到退刀點(diǎn)，由數(shù)控系統(tǒng)的取消刀具半徑補(bǔ)償指令確定。退刀點(diǎn)應(yīng)位于零件輪廓之外，可以與起刀點(diǎn)相同，也可以不相同。第18頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月刀具半徑補(bǔ)償建立示意圖例第19頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（6）直線B刀補(bǔ)計(jì)算如圖所示，在直角坐標(biāo)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(bǔ)的計(jì)算，就是要建立O，A，的直線方程。第20頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（7）圓弧B刀補(bǔ)計(jì)算如圖所示，在所建立的直角坐標(biāo)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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的基本原理（8）C刀具補(bǔ)償能自動(dòng)地處理兩段程序之間的刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)接進(jìn)行左刀補(bǔ)的情況，編程軌跡為OA→AF。

第22頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C刀補(bǔ)示意圖例第23頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第24頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第26頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)硬件第28頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、單微處理器結(jié)構(gòu)（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(chǔ)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(gè)任務(wù)。有的CNC裝置雖然有兩個(gè)以上的微處理器，但其中只有一個(gè)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(chǔ)器。它們之間構(gòu)成主從結(jié)構(gòu)，也屬于單微處理器結(jié)構(gòu)。如圖所示為單微處理器數(shù)控裝置典型框圖。

第29頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、單微處理器結(jié)構(gòu)（2）單CPU結(jié)構(gòu)的CNC裝置具有如下特點(diǎn)：CNC系統(tǒng)內(nèi)只有一個(gè)CPU，對(duì)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(yù)處理、插補(bǔ)計(jì)算、數(shù)據(jù)輸入／輸出、位置控制、人機(jī)交互處理和診斷等功能都只有依靠它集中控制，分時(shí)處理。CPU通過總線與存儲(chǔ)器、各種接口（包括紙帶閱讀機(jī)等輸入設(shè)備接口、開關(guān)量接口、MDI/CRT接口）、位置控制器等相連，構(gòu)成CNC系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹挥袉蜟PU集中控制，其功能將受到微處理器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)尋址能力和運(yùn)算速度等因素限制。由于插補(bǔ)等功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，因此進(jìn)給速度受到較大的影響

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

多微處理器由兩個(gè)或兩個(gè)以上的CPU構(gòu)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(jìn)行連接。每個(gè)CPU都可享用系統(tǒng)公用存儲(chǔ)器或I／O接口，并分擔(dān)一部分?jǐn)?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(zhuǎn)變?yōu)槎辔⑻幚砥鞑⑿?、同時(shí)完成的工作，因而大大增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的性能。第32頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結(jié)構(gòu)（2）多微處理器結(jié)構(gòu)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(gè)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(cuò)識(shí)別和處理、系統(tǒng)軟硬件診斷等。CNC插補(bǔ)模塊對(duì)工件加工程序進(jìn)行譯碼、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)位移量計(jì)算和進(jìn)給速度處理等插補(bǔ)前的預(yù)處理工作。然后按給定的插補(bǔ)類型和軌跡坐標(biāo)進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算，向各個(gè)坐標(biāo)軸發(fā)出位置指令值。位置控制模塊將插補(bǔ)后的坐標(biāo)位置指令值與位置檢測(cè)單元反饋回來的實(shí)際位置值進(jìn)行比較，并進(jìn)行自動(dòng)加減速、回基準(zhǔn)點(diǎn)、伺服系統(tǒng)滯后量的監(jiān)視和漂移補(bǔ)償，得到速度控制的模擬電壓，驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。第33頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結(jié)構(gòu)（3）多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的基本功能模塊（2）

PLC模塊對(duì)加工程序中的開關(guān)功能和來自機(jī)床的信號(hào)進(jìn)行邏輯處理，實(shí)現(xiàn)各功能與操作方式之間的連鎖，如機(jī)床電氣設(shè)備的起動(dòng)與停止、刀具交換、回轉(zhuǎn)臺(tái)分度、工件數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間的計(jì)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(jī)、鍵盤或上級(jí)計(jì)算機(jī)等）和輸出（如通過打印機(jī)、紙帶穿孔機(jī)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(chǔ)器模塊既可以是存放程序和數(shù)據(jù)的主存儲(chǔ)器，也可以是各功能模塊間傳送數(shù)據(jù)用的共享存儲(chǔ)器。第34頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結(jié)構(gòu)（4）多微處理器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1）計(jì)算處理速度高多微處理機(jī)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)微處理器完成系統(tǒng)中指定的一部分功能，獨(dú)立執(zhí)行程序，并行運(yùn)行，比單微處理機(jī)提高了計(jì)算處理速度。它適應(yīng)多軸控制、高進(jìn)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(jià)格比也較高?？煽啃愿哂捎谙到y(tǒng)中每個(gè)微處理器分管各自的任務(wù)，形成若干模塊插件，模塊更換方便，可使故障對(duì)系統(tǒng)影響減到最小。共享資源省去了重復(fù)機(jī)構(gòu)，不但降低造價(jià)，也提高了可靠性。第35頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結(jié)構(gòu)（5）多微處理器結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（2）有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性多微處理機(jī)的CNC裝置大都采用模塊化結(jié)構(gòu)?？蓪⑽⑻幚頇C(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出控制組成獨(dú)立微計(jì)算機(jī)級(jí)的硬件模塊，相應(yīng)的軟件也是模塊結(jié)構(gòu)，固化在硬件模塊中。硬軟件模塊形成一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)或工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，彼此可以進(jìn)行信息交換。于是可以積木式組成CNC裝置，使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，有良好的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。硬件易于組織規(guī)模生產(chǎn)一般硬件是通用的，容易配置，只要開發(fā)新軟件就可構(gòu)成不同的CNC裝置，便于組織硬件規(guī)模生產(chǎn)，保證質(zhì)量，形成批量。第36頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結(jié)構(gòu)（6）多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)（1）共享總線結(jié)構(gòu)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(bǔ)模塊是主模塊。所有主、從模塊共享是嚴(yán)格定義的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)總線。第37頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共享總線示意圖例第38頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多微處理器結(jié)構(gòu)（7）多微處理器結(jié)構(gòu)CNC裝置的典型結(jié)構(gòu)（2）共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)是面向公共存儲(chǔ)器來沒計(jì)的，即采用多端口來實(shí)現(xiàn)各主模塊之間的互聯(lián)和通訊，同共享總線結(jié)構(gòu)一樣，該系統(tǒng)在同一時(shí)刻也只能允許有一主模塊對(duì)多端口存儲(chǔ)器進(jìn)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(chǔ)器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，而目對(duì)兩個(gè)以上的主模塊，會(huì)因爭(zhēng)用存儲(chǔ)器可能造成存儲(chǔ)器傳輸信息的阻塞，降低系統(tǒng)效率，給擴(kuò)展功能造成困難，所以一般采用雙端口存儲(chǔ)器（雙端口RAM）。第39頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共享存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)示意圖例第40頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)軟件第41頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成（1）數(shù)控系統(tǒng)的軟件主要分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。應(yīng)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(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)各項(xiàng)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(bǔ)運(yùn)算程序、速度控制程序、管理程序和診斷程序。第42頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)軟件構(gòu)成圖例第43頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，或?yàn)椴逖a(bǔ)運(yùn)算和速度控制等進(jìn)行預(yù)計(jì)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(xiàng)內(nèi)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(chǔ)器中；從工件程序存儲(chǔ)器中把零件加工程序逐段往外調(diào)出，進(jìn)入緩沖區(qū)，以便譯碼時(shí)使用。譯碼程序?qū)⒓庸ば畔⒎g成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的語(yǔ)言。數(shù)據(jù)處理程序

它一般包括刀具半徑補(bǔ)償、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償、反向間隙補(bǔ)償、絲杠螺距補(bǔ)償、過象限及進(jìn)給方向判斷、速度計(jì)算、加減速控制以及輔助功能的處理等。第44頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成（3）插補(bǔ)計(jì)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(diǎn)、終點(diǎn)等進(jìn)行運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，分別向各坐標(biāo)軸發(fā)出進(jìn)給脈沖。這個(gè)過程稱為插補(bǔ)運(yùn)算．進(jìn)給脈沖通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)或刀具作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，完成程序規(guī)定的加工任務(wù)。CNC系統(tǒng)是一邊插補(bǔ)進(jìn)行運(yùn)算，一邊進(jìn)行加工，是一種典型的實(shí)時(shí)控制方式。插補(bǔ)運(yùn)算的快慢直接影響機(jī)床的進(jìn)給速度。

第45頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)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(bǔ)運(yùn)算的頻率，以保證預(yù)定的進(jìn)給速度。在速度變化較大時(shí)，需要進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，以避免因速度突變而造成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)失步。第46頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、數(shù)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成（5）管理程序

管理程序負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)運(yùn)算等為加工過程服務(wù)的各種程序進(jìn)行調(diào)度管理。管理程序還要對(duì)面板命令、時(shí)鐘信號(hào)、故障信號(hào)等引起的中斷進(jìn)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(bǔ)運(yùn)算與速度控制的空閑時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入處理，即調(diào)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(zhǔn)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(bǔ)加工。

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

診斷程序的功能是在程序運(yùn)行中及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障，并指出故障的類型。也可以在運(yùn)行前或故障發(fā)生后，檢查系統(tǒng)各主要部件（CPU、存儲(chǔ)器、接口、開關(guān)、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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多任務(wù)并行處理（1）

CNC系統(tǒng)的多任務(wù)性及并行工作方式

數(shù)控加工時(shí)，CNC系統(tǒng)要完成許多任務(wù)，有的任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，有的任務(wù)無(wú)實(shí)時(shí)性要求。在多數(shù)情況下，幾個(gè)任務(wù)必須同時(shí)進(jìn)行。第49頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控系統(tǒng)多任務(wù)性圖例第50頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、多任務(wù)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(gè)零件程序段處理完以后再處理第二個(gè)程序段，依此類推。兩個(gè)程序段的輸出之間將有一個(gè)時(shí)間間隔t1；重疊的執(zhí)行方式是指當(dāng)現(xiàn)行程序段尚未執(zhí)行完畢，就去取后續(xù)指令。因?yàn)樵谌〕龅贜1條指令執(zhí)行時(shí)，存儲(chǔ)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(yīng)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(gè)子過程，每個(gè)子過程由獨(dú)立的功能部件完成，構(gòu)成一條流水線。經(jīng)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(gè)程序段的輸出之間不再有間隔，從而保證了電動(dòng)機(jī)和刀具工作的連續(xù)性。第51頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月指令的執(zhí)行方式圖例（1）第52頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月指令的執(zhí)行方式圖例（2）第53頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月指令的執(zhí)行方式圖例（3）第54頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(dāng)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)某種非預(yù)期的事件，CPU暫時(shí)停下現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)向?yàn)樵撌录?wù)，待事件處理完畢，再恢復(fù)執(zhí)行原程序，這個(gè)過程稱為中斷。中斷賦予數(shù)控系統(tǒng)中的CPU應(yīng)變能力，把有序的運(yùn)行和無(wú)序的事件統(tǒng)一起來，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的處理能力。中斷具有以下作用：中斷能實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外部設(shè)備的并行工作；中斷系統(tǒng)能在故障出現(xiàn)時(shí)發(fā)出中斷信號(hào)，調(diào)用相應(yīng)的處理程序，將故障的危害降到最低程度，并請(qǐng)求系統(tǒng)管理員排除故障。計(jì)算機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、人機(jī)對(duì)話時(shí)都具有強(qiáng)烈的實(shí)時(shí)性，中斷技術(shù)能確保實(shí)時(shí)信號(hào)的處理。第55頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(jī)讀孔中斷、外部監(jiān)控中斷（如緊急停、量?jī)x到位等）和鍵盤操作面板輸入中斷。內(nèi)部定時(shí)中斷主要有插補(bǔ)周期定時(shí)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(cè)裝置發(fā)出的中斷，如存儲(chǔ)器出錯(cuò)、定時(shí)器出錯(cuò)、插補(bǔ)運(yùn)算超時(shí)等。程序性中斷是程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報(bào)警中斷，如各種溢出、清零等。第56頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(jí)

優(yōu)先級(jí)是指CPU響應(yīng)并處理中斷請(qǐng)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(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，應(yīng)賦予各設(shè)備以響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)幾個(gè)設(shè)備同時(shí)有中斷請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的先響應(yīng)，優(yōu)先級(jí)低的后響應(yīng)。通常，硬件故障中斷屬于最高級(jí)，其次是程序錯(cuò)誤中斷，再次是各種輸入輸出傳送中斷等。第57頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(yīng)將CPU最重要的兩個(gè)寄存器——指令計(jì)數(shù)器和程序狀態(tài)字寄存器的內(nèi)容保存到存儲(chǔ)器中。中斷識(shí)別判斷是哪一個(gè)中斷源發(fā)出請(qǐng)求，并調(diào)出即將響應(yīng)的中斷服務(wù)程序。保存現(xiàn)場(chǎng)中斷服務(wù)程序中要使用的通用寄存器原內(nèi)容保存到存儲(chǔ)器中，中斷服務(wù)程序要?jiǎng)佑媚膫€(gè)寄存器，就保存哪個(gè)寄存器中的內(nèi)容。第58頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(wù)是中斷處理的核心。不同的中斷要求配置不同的中斷服務(wù)程序。恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)在完成中斷服務(wù)后，將動(dòng)用的寄存器中的原來內(nèi)容從存儲(chǔ)器中取回來，恢復(fù)原樣。返回原程序原程序的斷點(diǎn)就是在中斷響應(yīng)時(shí)保存起來的指令計(jì)數(shù)器的內(nèi)容，此時(shí)恢復(fù)指令計(jì)數(shù)器和程序狀態(tài)字寄存器。第59頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中斷處理過程圖例第60頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)（1）前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)前后臺(tái)型軟件結(jié)構(gòu)適合于采用集中控制的單微處理器CNC裝置。在這種軟件結(jié)構(gòu)中，將CNC系統(tǒng)軟件劃分成兩部分：前臺(tái)程序和后臺(tái)程序。前臺(tái)程序是一個(gè)實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序，承擔(dān)了幾乎全部實(shí)時(shí)的功能，實(shí)現(xiàn)與機(jī)床動(dòng)作直接相關(guān)的功能如插補(bǔ)運(yùn)算、位置控制、機(jī)床I／O控制和軟硬件故障處理等實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的任務(wù)，它們由不同優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序處理。后臺(tái)程序則完成顯示、零件程序的輸入／輸出、人機(jī)界面管理（參數(shù)設(shè)置、程序編輯、文件管理等）和插補(bǔ)預(yù)處理（譯碼、刀補(bǔ)處理、速度預(yù)處理）等弱實(shí)時(shí)性的任務(wù)。第61頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月前后臺(tái)軟件結(jié)構(gòu)圖例第62頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)（2）中斷型軟件結(jié)構(gòu)沒有前后臺(tái)之分，其特點(diǎn)是除了初始化程序之外，整個(gè)系統(tǒng)軟件的各種任務(wù)模塊按輕重緩急分別安排在不同級(jí)別的中斷服務(wù)程序中。整個(gè)軟件就是一個(gè)大的中斷系統(tǒng)，由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對(duì)各級(jí)中斷服務(wù)程序按照中斷的優(yōu)先級(jí)的高低實(shí)施調(diào)度管理。第63頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中斷型軟件結(jié)構(gòu)圖例第64頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控機(jī)床與可編程控制器（PLC）

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

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(nèi)存儲(chǔ)器RAM和系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器EPROM，用戶程序存儲(chǔ)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(jié)構(gòu)。第66頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可編程控制器結(jié)構(gòu)框圖例第67頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(chǔ)器，CPU對(duì)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(duì)用戶存儲(chǔ)器的程序進(jìn)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(gè)掃描周期，周而復(fù)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(shí)間可達(dá)μs級(jí)。第68頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、PLC的工作原理（2）PLC對(duì)用戶程序的掃描執(zhí)行過程可分為三個(gè)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(hào)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(duì)輸入信號(hào)的采樣。程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)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(shí)，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(jìn)行相應(yīng)的邏輯或算術(shù)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入專用寄存器。若執(zhí)行程序輸出指令時(shí)，則將相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PLC執(zhí)行程序的一個(gè)掃描周期：第70頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、數(shù)控機(jī)床用可編程控制器的類型（1）內(nèi)裝型PLC

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

獨(dú)立型PLC又稱通用型PLC。獨(dú)立型PLC獨(dú)立于CNC裝置，具有完備的硬件和軟件，能獨(dú)立完成規(guī)定控制任務(wù)的裝置。數(shù)控機(jī)床用獨(dú)立型PLC，一般采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝在插板式籠箱內(nèi)，它的CPU系統(tǒng)程序、用戶程序、輸入輸出電路、通信等均設(shè)計(jì)成獨(dú)立的模塊。獨(dú)立型PLC主要用于FMS、CIMS形式中的CNC機(jī)床，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、通信和診斷功能，成為CNC與上級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的重要設(shè)備。

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

PLC在數(shù)控機(jī)床上常見的有四種配置方式，如圖所示。

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

機(jī)床至PLC（MT→PLC）機(jī)床側(cè)的開關(guān)量信號(hào)通過I／O單元接口輸入至PLC中，PLC至機(jī)床（PLC→MT）PLC控制機(jī)床的信號(hào)通過PLC的開關(guān)量輸出接口送到機(jī)床側(cè)，所有開關(guān)量輸出信號(hào)的含義及所占用PLC的地址均可由PLC程序設(shè)計(jì)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(hào)含義和地址（開關(guān)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(guān)量信號(hào)或寄存器完成，所有PLC送至CNC的信號(hào)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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、數(shù)控機(jī)床用可編程控制器功能S功能處理

主軸轉(zhuǎn)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(jī)床通過PLC可管理刀庫(kù)，特別是對(duì)加工中心的自動(dòng)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(jì)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(zhuǎn)和停止，主軸齒輪箱的換檔變速，主軸準(zhǔn)停，切削液的開、關(guān)，卡盤的夾緊、松開及換刀機(jī)械手的取刀、歸刀等動(dòng)作。第78頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七插補(bǔ)原理第79頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(diǎn)為P0，終點(diǎn)為Pe。CNC裝置首先對(duì)圓弧進(jìn)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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)按插補(bǔ)時(shí)間⊿t和進(jìn)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(jìn)給速度⊿t：數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)周期第81頁(yè)，課件共154頁(yè)，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?。èSLi足夠短），總能滿足零件的加工要求。當(dāng)F為常數(shù)時(shí)，而⊿t對(duì)數(shù)控系統(tǒng)而言恒為常數(shù)，則⊿Li的長(zhǎng)度也為常數(shù)⊿L，只是其斜率與其在L上的位置有關(guān)。XLY△Li△Xi△YiT0δP0Pe數(shù)控加工原理圖第82頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月將⊿Li分解為X軸及Y軸移動(dòng)分量Xi和Yi（在ti時(shí)間內(nèi)），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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月指令輸出將計(jì)算出△ti在時(shí)間內(nèi)的和作為指令輸出給X，Y軸，以控制它們聯(lián)動(dòng)。即：

Xi

X軸；Yi

Y軸只要能連續(xù)自動(dòng)地控制X，Y兩個(gè)進(jìn)給軸在△ti時(shí)間內(nèi)移動(dòng)量，就可以實(shí)現(xiàn)曲線輪廓零件的加工。第84頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)控裝置的插補(bǔ)原理一、插補(bǔ)的概念：

理解插補(bǔ)的前提：數(shù)控機(jī)床刀具軌跡不是連續(xù)的，因?yàn)樗菙?shù)字量

如何控制刀具或工件的運(yùn)動(dòng)是數(shù)控機(jī)床的核心問題。數(shù)控機(jī)床的信息數(shù)字化就是把刀具與工件的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)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(jīng)過信息處理、分配，使坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件的加工。第85頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在數(shù)控機(jī)床中，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡是折線，因此刀具不能嚴(yán)格地沿著所加工的曲線運(yùn)動(dòng)，只能用折線以一定的精度要求逼近被加工曲線，當(dāng)逼近誤差相當(dāng)小時(shí)，這些折線之和就接近曲線了。數(shù)控機(jī)床是以脈沖當(dāng)量為單位，計(jì)算輪廓起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的坐標(biāo)值，進(jìn)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(gè)脈沖，機(jī)床執(zhí)行部件的最小位移量稱為脈沖當(dāng)量。常用機(jī)床的脈沖當(dāng)量為0.01～0.001mm/脈沖，脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床精度越高。各種斜線、圓弧、曲線均可由以脈沖當(dāng)量為單位的微小直線段擬合而成。第86頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1沿著規(guī)定的輪廓、在輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)密化、即“插入〃“補(bǔ)上〃運(yùn)動(dòng)中間點(diǎn)的坐標(biāo)。通常把這個(gè)過程稱為插補(bǔ)。分直線插補(bǔ)和曲線插補(bǔ)，2

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

逐點(diǎn)即每一個(gè)脈沖當(dāng)量為一個(gè)點(diǎn)。用于沒有反饋的開環(huán)系統(tǒng)。1概念：是一種逐點(diǎn)計(jì)算、判別偏差，并糾正逼近理論軌跡的一種方法。在插補(bǔ)過程中，每走一步要完成以下四節(jié)拍。（1）偏差判別：判別當(dāng)前點(diǎn)偏離理論點(diǎn)的位置。

（2）進(jìn)給控制：確定進(jìn)給坐標(biāo)及進(jìn)給方向，并產(chǎn)生移動(dòng)。（3）新偏差計(jì)算：進(jìn)給后到達(dá)新位置，計(jì)算出新的偏差作為下一次判別的依據(jù)。（4）終點(diǎn)判別：查詢是否到達(dá)終點(diǎn)。一、逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法第89頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.在Ⅰ相限直線插補(bǔ)的基本原理

（1）偏差的判別

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

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

設(shè)要加工第I象限直線OE，起點(diǎn)在原點(diǎn)，終點(diǎn)為E(3，5)，試用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行插補(bǔ)。解

總步數(shù)Σ0=|Xe|+|Ye|=|3|+|5|=8。開始時(shí)刀具處于直線起點(diǎn)，即在直線上，所以F0=0。插補(bǔ)運(yùn)算過程列于表中，插補(bǔ)軌跡如圖所示。第92頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第93頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第94頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)1）插補(bǔ)原理在圓弧加工過程中，刀具與編程圓弧之間的相對(duì)位置可用動(dòng)點(diǎn)到圓心的距離大小來反映。如圖所示，假設(shè)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(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)為Ni(Xi，Yi)。第95頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第96頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）偏差判別函數(shù)。設(shè)經(jīng)過i次插補(bǔ)后，當(dāng)前刀具在Ni(Xi，Yi)點(diǎn)，則通過比較Ni點(diǎn)到圓心的距離與圓弧半徑的大小，就可反映出動(dòng)點(diǎn)與圓弧之間的相對(duì)位置關(guān)系。即取

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

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

設(shè)經(jīng)過i次插補(bǔ)后，當(dāng)前刀具在Ni(Xi，Yi)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)偏差函數(shù)為Fi＝X2i+Y2i-R2。第99頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）終點(diǎn)判別。和直線插補(bǔ)一樣，插補(bǔ)過程中也要進(jìn)行終點(diǎn)判別。對(duì)于僅在一個(gè)象限內(nèi)的圓弧，仍然可以采用直線插補(bǔ)終點(diǎn)判別的3種方法，只是公式稍有不同：

總步長(zhǎng)法Σ=|Xe-Xs|+|Ye-Ys|

投影法Σ＝max(|Xe-Xs|，|Ye-Ys|)

終點(diǎn)坐標(biāo)法Σ1=|Xe-Xs|；Σ2=|Ye-Ys|式中，(Xs，Ys)為圓弧起點(diǎn)坐標(biāo)，(Xe，Ye)為圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)。第100頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2設(shè)要加工第Ⅰ象限逆圓弧SE，起點(diǎn)S(4，3)，終點(diǎn)為E(0，5)，試用逐點(diǎn)比較法進(jìn)行插補(bǔ)。解總步數(shù)Σ0=|Xe-Xs|+|Ye-Ys|=|0-4|+|5-3|=6；開始時(shí)刀具處于起點(diǎn)S(4，3)處，所以F0=0；插補(bǔ)運(yùn)算過程列于表中，插補(bǔ)軌跡如圖所示。第101頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第102頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第103頁(yè)，課件共154頁(yè)，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(yùn)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(bǔ)第104頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字積分的幾何描述

第105頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)取Δt=“1”單位時(shí)，上式可表示為稱為函數(shù)Y＝f(t)在區(qū)間［t0，tn］內(nèi)對(duì)t的數(shù)字積分。將其推廣到數(shù)控系統(tǒng)的輪廓插補(bǔ)中，則有第106頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.DDA法直線插補(bǔ)1）插補(bǔ)原理如圖所示，第I象限直線OE，起點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為E(Xe，Ye)，刀具進(jìn)給速度在兩個(gè)坐標(biāo)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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月DDA直線插補(bǔ)

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

第109頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)過m次插補(bǔ)后，到達(dá)（Xm、Ym）取Δt=“1”單位，則

第110頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)經(jīng)過n次插補(bǔ)，到達(dá)終點(diǎn)E（Xe、Ye），則從而nK=1或n=1/K。

第111頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了保證坐標(biāo)軸上每次分配的進(jìn)給脈沖不超過1個(gè)脈沖當(dāng)量單位，則ΔX=KXe≤1ΔY=KYe≤1若系統(tǒng)字長(zhǎng)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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第113頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例3設(shè)要插補(bǔ)第I象限直線OE，如圖所示，起點(diǎn)在原點(diǎn)，終點(diǎn)在E(4，6)，設(shè)寄存器位數(shù)為3位，試用DDA法進(jìn)行插補(bǔ)。解寄存器位數(shù)N=3，則累加次數(shù)n=2N=8；插補(bǔ)前J∑=JRX=JRY=0，JVX=Xe=4，JVY=Ye=6。其插補(bǔ)運(yùn)算過程如表所示，插補(bǔ)軌跡如圖所示。

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

由于第一象限順圓對(duì)應(yīng)Y坐標(biāo)值逐漸減小，所以式)中表達(dá)式中取負(fù)號(hào)，即Vx，Vy均取絕對(duì)值計(jì)算。2.數(shù)字積分法圓弧插補(bǔ)第一象限順圓，圓弧的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)O，起點(diǎn)為A（Xa，Ya），終點(diǎn)為B（Xb，Yb）。圓弧插補(bǔ)時(shí)，要求刀具沿圓弧切線作等速運(yùn)動(dòng)，設(shè)圓弧上某一點(diǎn)P（X，Y）的速度為V，則在兩個(gè)坐標(biāo)方向的分速度為Vx，Vy，根據(jù)圖中幾何關(guān)系，有如下關(guān)系式(3-20)對(duì)于時(shí)間增量而言，在X，Y坐標(biāo)軸的位移增量分別為

第118頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月與DDA直線插補(bǔ)類似，也可用兩個(gè)積分器來實(shí)現(xiàn)圓弧插補(bǔ)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(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)有第一象限順圓AB，如圖3-23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(duì)此圓弧進(jìn)行插補(bǔ)。第120頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第121頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第122頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第123頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第124頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第125頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖3-23DDA圓弧插補(bǔ)實(shí)例第126頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例4設(shè)有第Ⅰ象限逆圓弧SE，起點(diǎn)為S(4，0)，終點(diǎn)為E(0，4)，且寄存器位數(shù)N＝3。試用DDA法對(duì)其進(jìn)行插補(bǔ)。解插補(bǔ)開始時(shí)，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(diǎn)判別寄存器J∑X=|Xe-Xs|=4，J∑Y=|Ye-Ys|=4。其插補(bǔ)過程如表所示，插補(bǔ)軌跡如圖中折線所示。第127頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第128頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第129頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.基本概念1）數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)又叫時(shí)間分割法插補(bǔ)，它以系統(tǒng)的位置采樣周期的整數(shù)倍為插補(bǔ)時(shí)間間隔，根據(jù)編程進(jìn)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(jì)算出每次插補(bǔ)與微小直線段ΔL對(duì)應(yīng)的各坐標(biāo)位置增量ΔX、ΔY，并分別輸出到各坐標(biāo)軸的伺服系統(tǒng)，用以控制各坐標(biāo)軸的進(jìn)給，完成整個(gè)輪廓段的插補(bǔ)。數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)第130頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）插補(bǔ)周期TS與位置控制周期TC（1）插補(bǔ)周期TS。

插補(bǔ)周期是相鄰兩個(gè)微小直線段之間的插補(bǔ)時(shí)間間隔。（2）位置控制周期TC。

位置控制周期是每?jī)纱挝恢貌蓸拥臅r(shí)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(guān)系。對(duì)于給定的某個(gè)數(shù)控系統(tǒng)而言，TS和TC是兩個(gè)固定不變的時(shí)間參數(shù)。

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

ΔL＝FTS444)插補(bǔ)精度直線插補(bǔ)時(shí)，插補(bǔ)所形成的每段小直線與編程直線重合，不會(huì)造成插補(bǔ)輪廓誤差。圓弧插補(bǔ)時(shí)，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(huì)造成輪廓誤差。

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

Ni-1(Xi-1，Yi-1)，編程進(jìn)給速度為F，插補(bǔ)周期為TS。根據(jù)數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)的有關(guān)定義，每個(gè)插補(bǔ)周期的進(jìn)給步長(zhǎng)為ΔL＝FTS。第134頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)幾何關(guān)系，可求得插補(bǔ)周期內(nèi)刀具在各坐標(biāo)軸方向上的位移增量分別為新的動(dòng)點(diǎn)Ni的坐標(biāo)為第135頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)據(jù)采樣法直線插補(bǔ)流程圖第136頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)插補(bǔ)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(bǔ)直線的算法比較簡(jiǎn)單，一般可分為以下三個(gè)步驟。

（1）插補(bǔ)準(zhǔn)備。完成一些常量的計(jì)算工作，求出ΔL＝FTS，

（mm）和K=ΔL/L等的值，一般對(duì)每個(gè)零件輪廓段僅執(zhí)行一次。第137頁(yè)，課件共154頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）插補(bǔ)計(jì)算。每個(gè)插補(bǔ)周期均執(zhí)行一次，求出該周期對(duì)應(yīng)坐標(biāo)增量值（ΔXi，ΔYi）以及新的動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)值(Xi，Yi)。（3）終點(diǎn)判別。

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

1）基本原理數(shù)據(jù)采樣法圓