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1、第三章第三章 数控系统的硬件与软件数控系统的硬件与软件3.1 CNC3.1 CNC装置的硬件结构装置的硬件结构装置的硬件结构装置的硬件结构3.2 3.2 CNCCNC装置的软件结构装置的软件结构装置的软件结构装置的软件结构3.3 3.3 插补原理与算法插补原理与算法插补原理与算法插补原理与算法3.4 3.4 刀具补偿原理刀具补偿原理刀具补偿原理刀具补偿原理3.5 3.5 速度与加减速控制速度与加减速控制速度与加减速控制速度与加减速控制3.6 3.6 数控机床参数数控机床参数数控机床参数数控机床参数1PPTPPT课件课件课件课件插插 补补译码译码预处理预处理加减速控制加减速控制位置前馈位置前馈位
2、置位置指令指令刀具补偿刀具补偿误差补偿误差补偿位置反馈位置反馈位置环位置环PID控制器控制器速度速度控制控制电流电流控制控制速度反馈速度反馈电流反馈电流反馈速度前馈速度前馈扭矩前馈扭矩前馈伺服系统伺服系统3.3 插补原理与算法插补原理与算法3.3.1插补的概念插补的概念一、插补的作用一、插补的作用2PPTPPT课件课件课件课件二、插二、插补的概念补的概念沿着规定的轮廓、在轮廓的起点和终点之间确定若干个中沿着规定的轮廓、在轮廓的起点和终点之间确定若干个中间点的方法。即间点的方法。即“插入插入”“”“补上补上”运动中间点的坐标。实质上运动中间点的坐标。实质上是完成是完成“数据点的密化数据点的密化”
3、工作。工作。插补精度和插补速度直接决定了数控系统的控制精度和控插补精度和插补速度直接决定了数控系统的控制精度和控制速度，所以插补程序是制速度，所以插补程序是CNCCNC系统控制软件的核心。系统控制软件的核心。 理解插补：理解插补：数控机床刀具轨迹不是连续的，因为它是数字数控机床刀具轨迹不是连续的，因为它是数字量。量。插补插补分直线插补和曲线插补分直线插补和曲线插补: :直线和圆弧是构成工件轮廓的基本线条，大多数直线和圆弧是构成工件轮廓的基本线条，大多数CNCCNC系统都系统都具有具有直线和圆弧的插补功能直线和圆弧的插补功能。高档。高档CNCCNC系统还具有抛物线、螺旋系统还具有抛物线、螺旋线等
4、插补功能。线等插补功能。3.3 插补原理与算法插补原理与算法3PPTPPT课件课件课件课件三、插补算法：三、插补算法：实现插补的具体计算方法实现插补的具体计算方法 四、常见插补算法分类：四、常见插补算法分类： 插补算法的好坏，直接影响系统的控制速度和零件的加工插补算法的好坏，直接影响系统的控制速度和零件的加工精度。人们不断探求计算速度快、稳定性好、精度高的插补精度。人们不断探求计算速度快、稳定性好、精度高的插补算法。算法。脉冲增量插补法脉冲增量插补法 数字增量插补法数字增量插补法逐点比较法逐点比较法数字积分法数字积分法最小偏差法最小偏差法目标点跟踪法目标点跟踪法单步追综法单步追综法（用于开环系
5、统）（用于开环系统）（用于闭环系统）（用于闭环系统）时间分割时间分割法法扩展扩展DDADDA法法角度逼近插补法角度逼近插补法3.3 插补原理与算法插补原理与算法4PPTPPT课件课件课件课件 该插补为该插补为行程标量行程标量插补，常用于开环系统。每次插补结束产生插补，常用于开环系统。每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。一个脉冲所产生的坐标轴移一个行程增量，以脉冲的方式输出。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做动量叫做脉冲当量脉冲当量，通常用，通常用 表示。表示。 普通精度机床普通精度机床 =0.01mm =0.01mm，较精密机床取，较精密机床取 =1um =1um或或0.5um0.5
6、um。2.数字增量插补算法数字增量插补算法该插补为该插补为时间标量时间标量插补，分两步进行。首先计算出插补周期内插补，分两步进行。首先计算出插补周期内各坐标轴的增量值，称为各坐标轴的增量值，称为粗插补粗插补；然后再跟据采样得到的实际位；然后再跟据采样得到的实际位置增量计算跟随误差，得到速度指令输出给伺服驱动系统，称为置增量计算跟随误差，得到速度指令输出给伺服驱动系统，称为精插补精插补。适用于闭环或半闭环系统。适用于闭环或半闭环系统。1.脉冲增量插补算法脉冲增量插补算法3.3 插补原理与算法插补原理与算法5PPTPPT课件课件课件课件 数字增量插补算法中，粗插补由软件完成，精插补可以由软数字增量
7、插补算法中，粗插补由软件完成，精插补可以由软件，也可以由硬件完成。件，也可以由硬件完成。 精插补由硬件完成：精插补由硬件完成：如日本如日本FANUCFANUC公司的公司的FANUCFANUC3 3、6 6，见图，见图4 41 1 粗、精插补由软件粗、精插补由软件完成：如美国完成：如美国Allen-Allen-Bradley(ABradley(A-B-B公司公司) ) 的的9/2609/260，见图，见图4 42 23.3 插补原理与算法插补原理与算法6PPTPPT课件课件课件课件3.3.2 脉冲脉冲脉冲脉冲增量插补算法增量插补算法增量插补算法增量插补算法特点：特点：特点：特点： 行程标量插补行
8、程标量插补行程标量插补行程标量插补 每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量（一个脉冲当量）。在计算过程中，不断向各个坐标轴发出（一个脉冲当量）。在计算过程中，不断向各个坐标轴发出（一个脉冲当量）。在计算过程中，不断向各个坐标轴发出（一个脉冲当量）。在计算过程中，不断向各个坐标轴发出互相协调的进给脉冲。以脉冲的方式输出给步进电机。其基互相协调的进给脉冲。以脉冲的方式输出给步进电机。其基互相协调的进给脉冲。以脉冲的方式输出给步进电机。其基互相协调的进给脉冲。以脉冲的方式输出给步进电机。
9、其基本思想是：用折线来逼近曲线（包括直线）。本思想是：用折线来逼近曲线（包括直线）。本思想是：用折线来逼近曲线（包括直线）。本思想是：用折线来逼近曲线（包括直线）。 插补速度与进给速度密切相关插补速度与进给速度密切相关插补速度与进给速度密切相关插补速度与进给速度密切相关 进给速度难以提高，当脉进给速度难以提高，当脉进给速度难以提高，当脉进给速度难以提高，当脉冲当量为冲当量为冲当量为冲当量为10m10m10m10m时，采用该插补算法所能获得最高进给速度是时，采用该插补算法所能获得最高进给速度是时，采用该插补算法所能获得最高进给速度是时，采用该插补算法所能获得最高进给速度是4 4 4 45m/mi
10、n5m/min5m/min5m/min。 脉冲增量插补算法的实现方法较简单脉冲增量插补算法的实现方法较简单脉冲增量插补算法的实现方法较简单脉冲增量插补算法的实现方法较简单 常用于开环系统。常用于开环系统。常用于开环系统。常用于开环系统。3.3 插补原理与算法插补原理与算法7PPTPPT课件课件课件课件一、逐一、逐点比较法点比较法基本思路：基本思路：基本思路：基本思路：当刀具按要求的轨迹移动时，每走一步都要与规定的轨迹比较，当刀具按要求的轨迹移动时，每走一步都要与规定的轨迹比较，当刀具按要求的轨迹移动时，每走一步都要与规定的轨迹比较，当刀具按要求的轨迹移动时，每走一步都要与规定的轨迹比较，根据比
11、较的结果决定下一步的移动方向，使刀具向减小偏差的方根据比较的结果决定下一步的移动方向，使刀具向减小偏差的方根据比较的结果决定下一步的移动方向，使刀具向减小偏差的方根据比较的结果决定下一步的移动方向，使刀具向减小偏差的方向并趋向终点移动。向并趋向终点移动。向并趋向终点移动。向并趋向终点移动。特点：特点：特点：特点：运算直观，插补误差小于运算直观，插补误差小于运算直观，插补误差小于运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，一个脉冲当量，输出脉冲均匀，一个脉冲当量，输出脉冲均匀，一个脉冲当量，输出脉冲均匀，速度变化小，调节方便。速度变化小，调节方便。速度变化小，调节方便。速度变化小，调节方便
12、。(0,0)(0,0)X XY Y(1,0)(1,0)(1,1)(1,1)(2,1)(2,1)(2,2)(2,2)(3,2)(3,2)(0,0)(0,0)X XY Y(1,0)(1,0)(1,1)(1,1)(2,1)(2,1)(2,2)(2,2)(3,2)(3,2)3.3插补原理与算法插补原理与算法8PPTPPT课件课件课件课件 插补原理插补原理: : 设设P P点为直线上一点为直线上一 点点, ,则公式则公式: :Y Yi i / X/ Xi i=Y=Ye e / / X Xe e 成立成立, , 动点动点P P与直线的位置关系与直线的位置关系: : 动点动点P P在直线上在直线上 F=0F
13、=01. 1. 逐点比较法直线插补算法逐点比较法直线插补算法A(XA(Xe e,Y,Ye e) )(0,0)(0,0)X XY YP(XP(Xi i,Y,Yi i) )F F000F=0F=0 根据偏差函数根据偏差函数F F的计算值，可确定加工点相对于直线的计算值，可确定加工点相对于直线的位置，然后，让动点的位置，然后，让动点P P沿减小误差的方向进给一步。沿减小误差的方向进给一步。 动点动点动点动点P P P P在直线上方在直线上方在直线上方在直线上方 F0 F0 F0 F0 动点动点动点动点P P P P在直线下方在直线下方在直线下方在直线下方 F0 F0 F0 F0 当当当当 F F F
14、 F0 +X0 +X0 +X0 +X向进一步；向进一步；向进一步；向进一步； 当当当当F F00+Y+Y+Y+Y向进一步向进一步向进一步向进一步定义偏差函数定义偏差函数( (偏差判别式偏差判别式) )：3.3插补原理与算法插补原理与算法9PPTPPT课件课件课件课件 F Fi+1,ii+1,i= =x xe e y yi i - (x- (xi i+1) y+1) ye e= =F Fi,i i,i - y- ye e 向向+Y+Y向进给一步：向进给一步：y yi+1i+1= =y yi i+1+1 F Fi i , i +1 , i +1 = =x xe e (y (yi i+1)+1) -
15、 x- xi i y ye e= =F Fi,i i,i+x+xe e 终点判别：判别是否到达终点，未到达则返回终点判别：判别是否到达终点，未到达则返回 ，继，继续插补；到终点则停止。续插补；到终点则停止。 偏差判别：根据偏差函数值判别加工点相对直线的位置。偏差判别：根据偏差函数值判别加工点相对直线的位置。 坐标进给：沿减小误差的方向进给一步。坐标进给：沿减小误差的方向进给一步。 偏差计算：计算新加工点相对直线的位置。偏差计算：计算新加工点相对直线的位置。P(P(x xi i, , y yi i) )P(P(x xi+1i+1, ,y yi i) )递推算法：递推算法：递推算法：递推算法：向向
16、向向+X+X+X+X向进给一步：向进给一步：向进给一步：向进给一步：x x x xi+1i+1i+1i+1= = = =x x x xi i i i+1+1+1+1 插补的步骤插补的步骤：A(A(x xe e, ,y ye e) )(0,0)(0,0)X XY Y3.3插补原理与算法插补原理与算法10PPTPPT课件课件课件课件逐点比较法直线逐点比较法直线插补步骤插补步骤：（每进一步需要四个节拍）（每进一步需要四个节拍） 1. 1. 偏差判别偏差判别：根据刀具当前位置，确：根据刀具当前位置，确定进给方向。定进给方向。 2. 2. 坐标进给坐标进给：使加工点向给定轨迹趋：使加工点向给定轨迹趋进，即向减少误差方向移动。进，即向减少误差方向移动。 3. 3. 偏差计算偏差计算：计算新加工点与给定轨：计算新加工点与给定轨迹之间的偏差，作为下一步判别依迹之间的偏差，作为下一步判别依据。据。 4. 4. 终点判别终点判别：判断是否到达终点，若：判断是否到达终点，若到达，结束插补；否则，继续以上到达，结束插补；否则，继续以上四个步骤。四个步骤。 YN3.3插补原理与算法插补原理与算法11PPTPPT
