《数控编程与实训 第2版 普通高等教育十一五 国家级规划教材 教学课件 ppt 周虹 2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控编程与实训 第2版 普通高等教育十一五 国家级规划教材 教学课件 ppt 周虹 2（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课题2 数控机床的工作原理,2.1 实训目的,了解计算机数控系统的工作流程，熟悉刀具补偿原理，掌握插补的概念及用逐点比较法插补直线和圆弧的过程。,2.2 相关知识,计算机数控系统的工作流程 刀具补偿原理 插补原理,2.2.1 计算机数控系统的工作流程,1计算机数控系统的组成 计算机数控系统简称CNC系统，它由零件加工程序，输入输出设备，CNC装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。,2计算机数控系统的工作过程,（1）CNC装置的组成 CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。,硬件组成,软件组成,（2）CNC装置 的工作过程,3
2、CNC装置可执行的功能,（1）基本功能 控制功能 主轴功能 准备功能 辅助功能 插补功能 字符显示功能 进给功能 自诊断功能 刀具功能 补偿功能及固定循环功能,（2）选择功能 图形显示功能 通信功能 人机对话编程功能,2.2.2 刀具补偿原理,数控系统的刀具补偿功能主要是为简化编程，方便操作而设置的，包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。,1刀具半径补偿,（1）刀具半径补偿的概念,（2）刀具半径补偿的执行过程 刀补建立 刀补进行 刀补撤消,（3）B功能刀具半径补偿 B功能刀具半径补偿为基本的刀具半径补偿，它仅根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，计算刀具中心的运动轨迹。,C刀补能自动地处理两个程序
3、段刀具中心轨迹的转换，编程人员可完全按工件的轮廓编程。 下图所示为直线与直线连接时各种转接的情况，编程轨迹为OAAF。,（4）C功能刀具半径补偿,2刀具长度补偿的概念,长度补偿是用来补偿刀具长度差额的一种功能。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须修改数控机床中刀具长度补偿的数值，通过刀具长度补偿这一功能实现对刀具长度差额的补偿。,2.2.3 插补原理,（）插补的基本概念 插补就是按规定的函数曲线或直线，对其起点和终点之间，按照一定的方法进行数据点的密化计算和填充，并给出相应的位移量，使其实际轨迹和理论轨迹之间的误差小于一个脉冲当量的过程。,1概述,（2）插补方法的分类,脉冲增量插补 脉冲增量
4、插补亦称行程增量插补，它适应于以步进电机为驱动装置的开环数控系统。脉冲增量插补在计算过程中不断向各坐标发出相互协调的进给脉冲，每一个脉冲对应一个行程增量，即脉冲当量，每次插补结束只产生一个行程增量，以一个个脉冲的方式输出给步进电机，从而使个各坐标轴作相应移动，实现轨迹控制。脉冲增量插补算法适合于一些中等精度（0.01mm）和中等速度（13m/min）的机床控制。,数字增量插补 特点是插补运算分两步完成。第一步是粗插补，即在给定起点和终点的曲线之间插入若干点，用若干条微小直线段来逼近给定曲线，每一微小直线段的长度相等，且与给定的进给速度有关，粗插补在每个插补运算周期中计算一次。第二步为精插补，它
5、是在粗插补时算出的每一微小直线段上再做“数据点的密化”工作，这一步相当于对直线的脉冲增量插补。这种插补算法可以实现高速、高精度控制，因此适于以直流伺服电机或交流伺服电机为驱动装置的半闭环或闭环数控系统。,3逐点比较法,基本原理是：计算机在控制加工轨迹的过程中，每走一步都要和规定的轨迹相比较，由比较结果决定下一步的移动方向。逐点比较法既可以做直线插补又可以做圆弧插补。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化小，调节方便，因此在两坐标数控机床中应用较为普遍，这种方法每控制机床坐标进给一步，都要完成四个工作节拍: 偏差判别 坐标进给偏差计算终点判别,
6、（）直线插补,以第一象限直线段为例。用户编程时，给出要加工直线的起点和终点。如果以直线的起点为坐标原点，终点坐标为（Xe,Ye），插补点坐标为（X，Y），如右图所示，则以下关系成立：,若点（X，Y）在直线上，则,XeY - YeX = 0,若点（X，Y）位于直线上方，则Xe Y- Ye X0 若点（X，Y）位于直线下方，则 XeY - Ye X0,因此取偏差函数F = XeY - YeX。,事实上，计算机并不善于做乘法运算，在其内部乘法运算是通过加法运算完成的。因此判别函数F的计算实际上是由以下递推迭加的方法实现的。,设点（Xi，Yi）为当前所在位置，其F值为F = XeYi -YeXi 若沿
7、+X方向走一步，则Xi+1=Xi+1 Yi+1=Yi Fi+1=XeYi+1Ye Xi+1=XeYiYe(Xi+1) = FiYe 若沿+Y方向走一步，则Xi+1=Xi Yi+1=Yi+1 Fi+1=XeYi+1Ye Xi+1=Xe(Yi +1)YeYi= Fi+Xe 由逐点比较法的运动特点可知，插补运动总步数n = Xe+Ye，可以利用n来判别是否到达终点。每走一步使n = n - 1，直至n = 0为止。终上所述第一象限直线插补软件流程如图2.11所示。,例如，插补直线段的起点为（0，0），终点为（4，2），整个计算流程与节拍如表2.1所示。插补轨迹如图2.12所示。,表2.1 直线插补计
8、算表,图2.12 直线插补轨迹,前面我们讨论了第一象限直线插补偏差的递推公式，至于其它象限的直线插补偏差递推公式可同理推导。在插补计算中可以使坐标值带有符号，使插补计算为有符号数学运算，此时四个象限的直线插补偏差计算递推公式见表2.2，也可以使坐标值不带符号，用坐标的绝对值进行计算，此时偏差计算递推公式见表2.3。,表2.2 直线插补公式（坐标值带符号）,F,F,F,F,表2.3 直线插补公式（坐标值为绝对值）,F,F,F,F,（2）圆弧插补,以第一象限逆圆为例，圆弧起点坐标为（Xo，Yo），终点坐标为（Xe，Ye），对于圆弧上任一点（Xi，Yi），有：,Xi2 + Yi2= R2,令 F =
9、（Xi2 + Yi2）- R2为偏差函数。,当F0时，该点在圆外，向-X方向运动一步；当F0的情况，插补运动始终沿着圆弧并向终点运动。与直线插补的判别类似，圆弧插补的判别计算可采用如下的迭加运算。,设当前点为（Xi，Yi），对应的偏差函数为Fi =（Xi2 + Yi2）- R2 当点沿-X方向走一步后Fi+1 =（Xi-1）2 + Yi2 - R2= Fi 2Xi + 1 当点沿+Y方向走一步后Fi +1 =Xi2 + (Yi+1)2 - R2= Fi + 2Yi + 1,终点判别可由n = | Xe - Xo | + | Ye - Yo | 判别，每走一步使n = n - 1，直至n = 0
10、为止。其插补软件流程如图2.14所示。,图2.14 逐点比较法逆圆插补流程,例如，插补起点（Xo = 4，Y o = 1）至终点（Xe = 1，Y e = 4）的一段圆弧，整个计算流程如表2.4所示，插补轨迹如图2.15所示。,表2.4 圆弧插补计算表,图2.15 圆弧插补轨迹,图2.16分别给出了不同象限内8种圆弧和4种直线的插补运动方式，据此可以得到表2.5的进给脉冲分配表。,（3）象限处理,图2.16 不同象限直线圆弧进给方向,表2.5 象限与进给脉冲分配对照,表2.6 顺圆逆圆偏差计算公式表,F,2.3 实训内容,1用逐点比较法插补直线OA，画出动点轨迹图。,2用逐点比较法插补直线OA，画出动点轨迹图。,3. 用逐点比较法插补圆弧AB，画出动点轨迹图。,
