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1、武汉纺织大学机电学院 教师：胡峰 Email: ,数控加工工艺与编程,课程简介,一、课程内容,课程简介,二、课程的性质及要求,1 性质：考察课 2 要求： 掌握数控编程的基本概念、指令、工艺分析的方法； 掌握数控车床、铣床、加工中心的编程方法； 了解Mastercam软件编程方法。,课程简介,三、教材及参考资料 数控加工工艺与编程 华中科技大学出版社 吴晓光主编 2 现代数控编程技术及应用 国防工业出版社 王爱玲主编 3 数控加工工艺与编程 西安电子科技大学出版社 宋瑞芳主编,课程简介,四、学习目的 1、合理制定数控加工的工艺方案。 2、合理选择机床、刀具及加工余量。 3、掌握编程中数学处理的
2、基本知识及一定的计算机处 理能力。 4、掌握常用准备功能指令、辅助功能指令，手工编写 中等复杂程度零件的数控加工程序。,第一章 数控编程基础,第一节 数控机床概述 第二节 插补原理与计算机数控系统 第三节 程序编制的基本概念 第四节 数控编程几何基础 第五节 程序编制中的基本指令 第六节 程序编制中的数值计算,教学内容,第一节 数控机床概述,1.1 数控机床的组成及工作原理,数控机床与普通机床的区别：程序控制装置,第一节 数控机床概述,1.1.1 数控机床的组成,第一节 数控机床概述,1.1.1 数控机床的组成,第一节 数控机床概述,1.1.2 数控机床工作原理,第一节 数控机床概述,1.1.
3、3 数控加工过程,第一节 数控机床概述,1.2 数控机床的分类 1.2.1 按加工工艺类型的分类,普通数控机床 加工中心 金属成型类数控机床 数控特种加工机床,第一节 数控机床概述,1.2.2 按工作过程运动轨迹分类 点位控制数控机床 点位直线控制数控机床 轮廓控制的数控机床,第一节 数控机床概述,点位控制数控机床,数控钻床 数控冲床 数控镗床,第一节 数控机床概述,点位直线控制数控机床,横向、纵向与坐标轴平行 点与点之间任一点的位置和 速度都要精确控制 两坐标轴间没有联动,第一节 数控机床概述,轮廓控制的数控机床,第一节 数控机床概述,1.2.3 按伺服系统控制方式分类 开环控制数控机床 全
4、闭环控制数控机床 半闭环控制的数控机床,第一节 数控机床概述,开环控制数控机床,第一节 数控机床概述,全闭环控制数控机床,第一节 数控机床概述,半闭环控制数控机床,一、插补的概念 所谓插补就是根据进给速度和给定轮廓线形的要求,在轮廓的已知点之间,确定一些中间点的方法,这种方法称为插补方法或插补原理。而对于每种方法(原理)又可能用不同的计算方法来实现,这种具体的计算方法称为插补计算法。,第二节 插补原理与计算机数控系统,实际加工中的零件形状各式各样： 有由直线、圆弧组成的零件轮廓 有由诸如自由曲线、曲面、方程曲线和曲面体构成的轮廓， ，,对于这些复杂的轮廓最终还要用直线或者圆弧进行逼近，以便数控
5、加工。,为满足几何尺寸精度要求，刀具中心轨迹应与零件轮廓一致，但实际应用时，往往用一小段、一小段的直线或圆弧去逼近，从而使控制算法简单，计算量减少。,第二节 插补原理与计算机数控系统,第二节 插补原理与计算机数控系统,第二节 插补原理与计算机数控系统,对插补概念的理解：,（编程）,（计算中间点）,（座标进给）,根据图41来理解：,第二节 插补原理与计算机数控系统,由于插补方法的重要性, 不少学者都致力于插补方法的研究,使之不断有新的、更有效的插补方法应用于CNC系统。目前常用的插补计算法大致分为两类:,1、脉冲增量插补法(基准脉冲插补),这类插补法的特点是:,1)每次插补的结果仅产生一个单位的
6、行程增量(一个脉冲当量)。以一个脉冲的方式输出给步进电机。其基本思想是用折线来逼近曲线(包括直线)。,2)插补速度与进给速度密切相关,而且还受到步进电机最高运行频率的限制。,3)脉冲增量插补的实现方法较简单,通常仅用加法和移位运算方法就可以完成插补。,脉冲增量插补法有:逐点比较法、数字积分法等。,二、插补方法的分类,脉冲增量插补法主要用在采用步进电机驱动的加工系统。,第二节 插补原理与计算机数控系统,2、数字增量插补法(时间增量 ,数据采样插补),这类插补法的特点是:,1)插补程序以一定的时间间隔(插补周期)定时运行,在每个周期内根据进给速度计算出各坐标轴在下一插补周期内的位移增量(数字量)。
7、其基本思想是:用直线(内接玄线、切线等)来逼近曲线(包括直线)。,2)插补运算速度与进给速度无严格的关系。因此采用这类算法可以达到较高的速度。,3)数字增量插补法较脉冲增量插补法复杂,并对计算机的运算速度有一定的要求 。,第二节 插补原理与计算机数控系统,这类算法主要用于交、直流伺服电机为驱动系统的闭环系统及半闭环系统,目前CNC系统中大多采用这种插补算法。,第二节 插补原理与计算机数控系统,逐点比较法的基本思路是被控制对象在按要求的轨迹运动时，每走一步都要和要求的轨迹相比较，由比较结果决策下一步移动的方向。这种算法的特点是运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变
8、化小，调节方便，因此在两座标数控机床中应用较为普片。逐点比较法既可作直线插补，又可作圆弧插补。,逐点比较法的特点在于；每控制机床座标（拖板）走一步时都要完成四个工作节拍，即：,偏差判别。判别加工点对规定几何轨迹的偏离位置，然后决定拖板的走向；,进给。控制某座标工作台进给一步，向规定轨迹靠拢，缩小偏差；,偏差计算。计算新的加工点对规定轨迹的偏差，作为下一步判别走向的依据；,终点判断。判断是否到达程序规定的加工终点？若到达终点，则停止插补，否则再回到第一拍。,第二节 插补原理与计算机数控系统,（以第一象限为例进行分析）,(4-1),令 Fi,jxeyjxiye (4-1),1、位置判别 (如图41
9、所示) 根据式41分析知：,如果 Fi,j0，则点P在直线OA上；,如果 Fi,j0，则点P在直线OA上方；,如果 Fi,j0，则点P在直线OA下方；,因此，可将式（41）作为点P所在区域的判别式，常称为偏差判别式。,第二节 插补原理与计算机数控系统,2、座标进给,如图31所示为使加工点向规定的图形轨迹逼近，那么,如果点P在直线OA上方即Fi,j0时，应向X方向走一步，以逼近直线AB ；,如果点P在直线OA下方即Fi,j0时，应向Y方向走一步，以逼近直线AB ；,如果点P在直线OA上即Fi,j0时，为逼近直线AB 既可以向X方向走一步，也可以向Y方向走一步。,P (xi，yj),第二节 插补原
10、理与计算机数控系统,据上分析，为使加工点向规定的图形轨迹逼近，规定如下：,如果点P在直线OA上方时，向X方向走一步；,如果点P在直线OA下方时向Y方向走一步；,如果点P在直线OA上时，向X方向走一步。,P (xi，yj),第二节 插补原理与计算机数控系统,3、偏差计算,如果直接按偏差公式计算偏差，需作两次乘法、一次减法。由于在数控加工过程中，每一步都需要计算偏差，工作量大，为此采用递推的方法来计算偏差。,偏差判别公式 Fi,jxeyjxiye,如果点P在直线OA上方时， Fi,j0应向X方向走一步，此时新加工点的座标值为 xi+1 xi+1 , yj=yj 新加工点的偏差为 Fi1,jxeyj
11、（xi+1）ye xeyjxiyeye 即 Fi1,j Fi,j ye （4-2）,第二节 插补原理与计算机数控系统,偏差判别公式 Fi,jxeyjxiye,如果点P在直线OA下方时， Fi,j0应向Y方向走一步，此时新加工点的座标值为 xix , yj=yj+1 新加工点的偏差为 Fi,j1 xeyj+1xiye xeyj+xe-xiye 即 Fi,j 1 Fi,j +xe （4-3）,第二节 插补原理与计算机数控系统,4、终点判别 确定加工点是否到达终点。若已到达，则应发出停机或转换新程序段信号。,终点判别用X和Y座标要走的总步数来判断。 令 j xe+ye ,每走一步J1，直到 J0。,由上分析知用逐点比较法进行直线插补每走一步都需要完成四个步骤即：, 位置判别, 座标进给, 偏差计算, 终点判别,第二节 插补原理与计算机数控系统,
