數(shù)控技術(shù)第四章(第三、四節(jié))課件

第四章計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)一、刀具位置補償尺寸不同的刀具加工零件或因換刀重調(diào)或磨損引起刀具尺寸變化，為了不改變程序，CNC具備刀具位置補償機能，將變化值通過撥碼開關(guān)或鍵盤手動輸入。1、位置補償計算1號刀尖B點為所有刀具的編程起點：1號刀從BA時，第三節(jié)刀具位置補償和半徑補償?shù)谒恼掠嬎銠C數(shù)控（CNC）系統(tǒng)一、刀具位置補償?shù)谌?jié)刀具1第四章計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)1、位置補償計算1號刀尖B點為所有刀具的編程起點：1號刀從BA時，第三節(jié)刀具位置補償和半徑補償?shù)谒恼掠嬎銠C數(shù)控（CNC）系統(tǒng)1、位置補償計算第三節(jié)刀具2換2號刀時，刀尖在C點，為實現(xiàn)CA時，用撥碼開關(guān)或鍵盤輸入，一般用4位數(shù)即最大補償值為99.99mm。2號刀尖A回C與1號刀尖從A點B點相差1個刀補值，即：所以，刀具復(fù)位過程中，需將補償值的正、負號取反，數(shù)值不變。補償一個反量的過程為刀具位置補償取消。換2號刀時，刀尖在C點，為實現(xiàn)CA時，用撥碼開32、刀具位置補償?shù)奶幚矸椒ǎ篹.g.T1:補償量＋0.50，T2:補償量＋0.35(1)把T1補償量撤銷，刀架前進0.50mm，然后，T2:補償要求退回0.35mm，刀架實際前進差值0.15。(2)差值補償法把原刀具補償量的撤銷和新刀具補償量的讀入復(fù)合，刀架按這個差值移動。邏輯設(shè)計思路不同，差值補償法編程簡化，減少了刀架移動的次數(shù)。2、刀具位置補償?shù)奶幚矸椒ǎ?刀具半徑補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?？杀苊庠诩庸ぶ杏捎诘毒甙霃降淖兓?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。刀具半徑補償功能的主要用途5二、刀具半徑補償

1、半徑補償?shù)淖饔?/p>

控制面板上設(shè)置選擇刀具半徑撥盤或鍵盤輸入，系統(tǒng)根據(jù)r值，自動使刀具沿輪廓偏移一個r值。

2、B刀補半徑的補償方法

補償具有處理刀具半徑矢量的能力，表現(xiàn)在補償矢量偏移的計算和補償矢量的旋轉(zhuǎn)兩方面。以上對刀具補償矢量的處理，通稱為“刀具偏移計算”。

對于兩個程序段之間輪廓的轉(zhuǎn)接（又稱拐角或過渡）是以圓弧方式進行，基本上沒有考慮轉(zhuǎn)接的其它各種實際情況，故稱其為一般刀具半徑補償或稱B機能刀具補償。

刀具半徑補償矢量的運動二、刀具半徑補償

1、半徑補償?shù)淖饔?/p>

控制面板上設(shè)置選擇刀具63、C型機能刀具半徑補償

B機能產(chǎn)生問題：

A、尖角處于切削狀態(tài)、工藝性差、外輪廓加工時尖角變成小圓角。

B、內(nèi)輪廓尖角不易編程

因刀具中心軌跡交點不易求得，須由編程人員人為地插入一個輔助加工的圓弧軌跡，此半徑須大于刀具半徑。對編程帶來麻煩。

（1）C機能刀補的設(shè)計思想

確定刀具中心軌跡時，采用讀一段、算一段、再走一段的方法，不能預(yù)計到下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響，——增設(shè)刀補緩沖器。它的主要特點是采用直線作為輪廓之間的過渡，因此，它的尖角性好，并且它可自動預(yù)報(在內(nèi)輪廓加工時)過切，以避免產(chǎn)生過切。3、C型機能刀具半徑補償

B機能產(chǎn)生問題：

A、尖角處于切削7數(shù)控技術(shù)第四章(第三、四節(jié))課件8（2）自動過渡的轉(zhuǎn)接方式

C機能：采用直線過渡(下圖為三種直線過渡的轉(zhuǎn)接情況)

其中，程編軌跡交點指向刀具中心軌跡交點的量為轉(zhuǎn)接矢量。

（2）自動過渡的轉(zhuǎn)接方式

C機能：采用直線過渡(下圖為三種直9C機能補償?shù)膸追N轉(zhuǎn)接情況：

縮短型轉(zhuǎn)接伸長型轉(zhuǎn)接插入型轉(zhuǎn)接C機能補償?shù)膸追N轉(zhuǎn)接情況：縮短型轉(zhuǎn)接伸長型轉(zhuǎn)接插10（3）C機能刀補的過切削判斷：尤其是縮短型轉(zhuǎn)接

編程矢量BC和刀具矢量B’C’的標量積如下式：即：過切（3）C機能刀補的過切削判斷：尤其是縮短型轉(zhuǎn)接

編程矢量BC11加工工過程中的過切判別原理

前面說過C刀補能避免過切現(xiàn)象，是指若編程人員因某種原因編制出了肯定要產(chǎn)生過切的加工程序時，系統(tǒng)在運行過程中能提前發(fā)出報警信號，避免過切事故的發(fā)生。下面將就過切判別原理進行討論。加工工過程中的過切判別原理前面說過C刀補能避免過切現(xiàn)象12直線加工時的過切判別

如右圖所示，當被加工的輪廓是直線段時，若刀具半徑選用過大，就將產(chǎn)生過切削現(xiàn)象。圖中，編程軌跡為ABCD，B′為對應(yīng)于AB、BC的刀具中心軌跡的交點。當讀入編程軌跡CD時，就要對上段刀具中心軌跡B’C’進行修正，確定刀具中心應(yīng)從B′點移到C′點。顯然，這時必將產(chǎn)生如圖陰影部分所示的過切削。A’D’CBC’DB’A編程軌跡刀具中心軌跡過切削部分發(fā)出報警程序段刀具直線加工時的過切判別如右圖所示，當被加工的輪廓是直13直線過切的判別方法在直線加工時，可以通過編程矢量與其相對應(yīng)的修正矢量的標量積的正負進行判別。在上圖中，BC為編程矢量，為BC對應(yīng)的修正矢量，α為它們之間的夾角。則：標量積顯然，當（即90o<α<270o）時，刀具就要背向編程軌跡移動，造成過切削。上圖中α=180o，所以必定產(chǎn)生過切削。直線過切的判別方法在直線加工時，可以通過編程矢量與14圓弧加工時的過切削判別

在內(nèi)輪廓圓弧加工（當圓弧加工的命令為G41G03或G42G02）時，若選用的刀具半徑rD過大，超過了所需加工的圓弧半徑R，那么就會產(chǎn)生過切削。G41G03G42G02rDrDRR圓弧加工時的過切削判別在內(nèi)輪廓圓弧加工（當圓弧加15（4）C機能刀補執(zhí)行過程

A、刀補建立，刀具接近工件，程序包含G41/G42。

B、刀補進行

C、刀補撤銷，刀具撤離工件。

它徹底消除輔助軌跡的編制，因而消除了常用刀補方法易于在程序段轉(zhuǎn)接處產(chǎn)生過切削的缺點。由于采用直線轉(zhuǎn)接（過渡）方式，工藝性好。起刀點刀補建立刀補進行刀補撤銷編程軌跡刀具中心軌跡（4）C機能刀補執(zhí)行過程

A、刀補建立，刀具接近工件，程序包16刀具半徑補償?shù)慕⒑统废毒甙霃窖a償?shù)慕⒑统废?7刀具半徑補償?shù)倪M行過程刀具半徑補償?shù)倪M行過程18刀具半徑補償?shù)膶嵗x入OA，判斷出是刀補建立，繼續(xù)讀下一段。讀入AB，因為∠OAB＜90o，且又是右刀補（G42），由表可知，此時段間轉(zhuǎn)接的過渡形式是插入型。則計算出a、b、c的坐標值，并輸出直線段oa、ab、bc，供插補程序運行。BcbAOCDEa刀具半徑補償?shù)膶嵗x入OA，判斷出是刀補建立，繼續(xù)讀下一段。19讀入BC，因為∠ABC＜90o，同理，由表可知，段間轉(zhuǎn)接的過渡形式是插入型。則計算出d、e點的坐標值，并輸出直線cd、de。讀入CD，因為∠BCD＞180o，由表可知，段間轉(zhuǎn)接的過渡形式是縮短型。則計算出f點的坐標值，由于是內(nèi)側(cè)加工，須進行過切判別（過切判別的原理和方法見前述），若過切則報警，并停止輸出，否則輸出直線段ef。BfedcbAOCDEa讀入BC，因為∠ABC＜90o，同理，由表可知，段間轉(zhuǎn)接的過20讀入DE（假定由撤消刀補的G40命令），因為90o＜∠CDE＜180o，由于是刀補撤消段，由表可知，段間轉(zhuǎn)接的過渡形式是伸長型。則計算出g、h點的坐標值，然后輸出直線段fg、gh、hE。刀具半徑補償處理結(jié)束。BfedcbAOCDEagh讀入DE（假定由撤消刀補的G40命令），因為90o＜∠CDE21

第四節(jié)進給速度和加減速控制要求：進給速度穩(wěn)定，有一定調(diào)速范圍，且起動迅速，停止準確。CNC對速度控制是通過對插補速度控制來實現(xiàn)。一種：mm/min——可設(shè)手動倍率開關(guān)，另一種——mm/r：螺紋加工。分為進給速度計算和控制。一、進給速度計算根據(jù)輪廓尺寸和F脈沖序列1、開環(huán)系統(tǒng)的速度計算：脈沖數(shù)提供了位置指令值，而脈沖的頻率確定了坐標軸進給的速度。F——mm/minf(Hz)：脈沖頻率第四節(jié)進給速度和加減速控制22兩軸聯(lián)動時：合成速度：要進給速度穩(wěn)定，故要選擇合適的插補算法及采取穩(wěn)速措施。2、閉合和半閉合系統(tǒng)的速度計算（1）直線插補的速度計算提供各軸在同一插補周期中的運動步長直線插補計算圖兩軸聯(lián)動時：合成速度：要進給速度穩(wěn)定，故要選擇合適的插補算法23一個插補周期步長為：F——合成速度（mm/min）T——插補周期（ms）L——每個插補周期子線段的長度（m）一個插補周期步長為：24二、進給速度控制用軟件或軟件與接口來實現(xiàn)上述進給速度計算式程序計時法A、時鐘中斷法B、v/L積分器以上2種適用數(shù)字脈沖增量法的CNC系統(tǒng)1、程序計時法（程序延時法）大多用于點位、直線控制系統(tǒng)計算每次插補運算所占用的時間；由F值計算出相應(yīng)的進給脈沖間隔時間；然后，由進給脈沖間隔－插補運算時間＝每次插補運算后的等待時間。軟件實現(xiàn)計時等待。延時子程序按基本計時單位，計時等待時間對基本時間單位的倍數(shù)。用不同的循環(huán)次數(shù)實現(xiàn)不同速度的控制。二、進給速度控制程序計時法A、時鐘中斷法以上2種適用數(shù)字脈沖25數(shù)控技術(shù)第四章(第三、四節(jié))課件26進給過程中的速度控制進給過程中的速度控制272、時鐘中斷法按f值預(yù)置適當?shù)膶崟r時鐘，產(chǎn)生頻率為f的定時中斷，當v較高時，CPU花費較大，合理選擇一個時鐘頻率，滿足最高插補進給速度要求，且換算方便。取一個特殊的速度為FP,使在該速度下每個時鐘周期進行一次插補，如實際給定的進給速度是FP的整數(shù)倍時，就表示了每次中斷進行的插補次數(shù)。非FP的整數(shù)倍時，相當于DDA法處理。2、時鐘中斷法28數(shù)控技術(shù)第四章(第三、四節(jié))課件293、數(shù)據(jù)采樣法的CNC系統(tǒng)加減速控制加減速控制在插補前進行——前加減速控制加減速控制在插補后進行——后加減速控制大多采用軟件實現(xiàn)。所謂穩(wěn)定速度——系統(tǒng)處于恒定進給狀態(tài)時，在T內(nèi)插補一次的進給量；瞬時速度——T內(nèi)的實際進給量。（1）前加減速控制對F控制計算穩(wěn)定速度FS和瞬時速度Fi。K——倍率開關(guān)再進行速度限制檢查，超過的話，取限制的最高速度為穩(wěn)定速度。加速狀態(tài)時，F(xiàn)i<FS；減速狀態(tài)時，F(xiàn)i>FS3、數(shù)據(jù)采樣法的CNC系統(tǒng)加減速控制K——倍率開關(guān)301)線性加減速處理F’S>FS或FS不變，F(xiàn)i<FS都要加速。計算的穩(wěn)定速度F’S>FS1)線性加減速處理F’S>FS或FS不變，F(xiàn)i<F31減速時，要計算出離終點的瞬時距離Si。S——減速區(qū)域，S——若要 提前一段距離開始減速，則把S預(yù)先設(shè)置好。減速時，要計算出離終點的瞬時距離Si。S——減速區(qū)域，322)終點判別處理

對直線：對圓弧：小于時，瞬時加工點離圓弧終點的直線距離越來越小。2)終點判別處理

對直線：對圓?。盒∮跁r，瞬時加工點離圓弧33大于時，AB，Si越來越大直至等于直徑。過B后，Si變小。Si變大，不處理；越過B點后，Si變小，再處理。大于時，AB，Si越來越大直34圓弧插補時終點判別處理原理框圖圓弧插補時終點判別處理原理框圖35（2）后加減速控制

這種控制對各運動坐標軸進行分別控制。

因為，實際進給遲后于插補運算進給，

只要運算終點到就進行減速處理。（2）后加減速控制

這種控制對各運動坐標軸進行分別控制。

因36誤差寄存器E將每個采樣周期的輸入速度vc與輸出速度v之差（vc-v）進行累加，累加結(jié)果一方面保存E中，另一方面與I/T相乘，乘積作為當前采樣周期加減速控制的輸出速度v。迭代公式：初值：v0、e=0