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1、第一章 引言制造业是是国民经经济的基基础，它它的发展展程度突突出反映映了一个个国家、地地区的经经济实力力和综合合国力，人人民的生生活水平平和生活活质量，国国防能力力和社会会发展程程度。近近年来，工工业发达达国家和和一些新新兴工业业化国家家已把发发展制造造业作为为一项极极其重要要的发展展战略和和政策，投投入巨大大的财力力、人力力和物力力，进行行先进制制造技术术的研究究。先进进制造技技术逐步步成为国国家中长长期发展展的重大大关键技技术和经经济增长长的根本本动力。数控加工工技术是是先进制制造技术术的重要要组成部部分和基基础之一一，在数数控机床床上加工工非圆曲曲面和其其它复杂杂曲面一一直是数数控加工工
2、的难题题，而市市场竞争争日益激激烈，要要求加工工周期越越来越短短，如何何提高这这些复杂杂零件的的加工效效率和加加工质量量已成为为数控加加工技术术的一个个重要课课题。11 数控技技术的现现状数控技术术是用数数字程序序控制数数控机床床实现自自动加工工的技术术。它综综合了应应用数学学、计算算机、通通讯、微微电子、自自动控制制、传感感测试、机机械制造造等多门门技术。自上世纪50年代第一台数控机床诞生以来，经历半个多世纪的发展，数控系统由最初的电子管、晶体管、集成电路到超大规模集成电路，尤其自20世纪80年代以来，数控装置广泛采用32位到64位CPU组成的微处理器，极大地提高了系统的集成度，使体积缩小，
3、机构模块化；驱动装置广泛采用交流伺服、数字化；CNC系统人工智能化，并有多种通信功能，数控系统可靠性不断提高。近年，随着计算机技术的迅猛发展，不同层次的开放式数控系统应运而生，目前正朝标准化开放体系结构前进。12 发展数数控技术术的目的的和重要要性数控技术术和数控控装备是是制造工工业现代代化的重重要基础础。这个个基础直直接影响响国家的的经济发发展和综综合国力力，关系系到国家家的战略略地位。因因此，世世界各工工业发达达国家均均采取特特别措施施来发展展自己的的数控技技术及其其产业。我我国数控控技术虽虽然起步步晚，但但国家非非常重视视。近年年来，我我国数控控机床制制造业取取得了快快速发展展，数控控机
4、床的的产量以以年超过过30的速度度递增，数数控机床床的可供供品种达达15000余种种，20007年年产量预预计100万台。目目前全国国在役数数控机床床20多多万台。充充分发挥挥数控机机床在制制造业中中的作用用，需要要大量的的数控机机床编程程和加工工人才，尤尤其是对对复杂零零件的编编程及加加工，各各行业急急需大批批这样高高水平人人才。13 设计的的目的和和要求在数控车车床上加加工常规规零件，如如圆柱面面、圆锥锥面、圆圆弧面，现现在系统统已比较较成熟，但但在加工工非圆曲曲面和其其它的复复杂曲面面就缺乏乏统一性性、成熟熟性和系系统性。本本文通过过对复杂杂零件的的工艺设设计和非非圆曲面面的刀具具轨迹优
5、优化算法法设计，编制出复杂零件的加工程序，并利用此程序对零件进行加工。第二章 数控机机床加工工的原理理在数控机机床上自自动加工工零件，首首先根据据被加工工零件的的图样，将将工件的的形状、尺尺寸及技技术要求求数字化化，采用用手工或或计算机机按运动动顺序和和所用数数控机床床规定的的指令代代码及程程序格式式编制加加工程序序。并将将该程序序输入到到数控系系统，系系统读出出信息，并并送入数数字控制制装置。数数控装置置就依照照指令上上的代码码进行一一系列的的处理和和运算，变变成脉冲冲信号，并并将其输输入驱动动装置，驱驱动机床床主运动动、进给给运动及及辅助运运动，并并使其相相互协调调来实现现对零件件的自动动
6、加工。CNC系系统对数数控机床床的控制制分为“轨迹控控制”和“逻辑控控制”。21 轨迹控控制轨迹控制制是对机机床各坐坐标轴的的速度和和位置控控制，它它通过插插补实现现。实际加工工中零件件的形状状各式各各样，有有由直线线、圆弧弧组成的的零件轮轮廓；也也有由诸诸如自由由曲线、曲曲面、方方程曲线线和曲面面体构成成的零件件轮廓。对对这些复复杂的零零件轮廓廓最终还还是要用用直线和和圆弧进进行逼近近以便数数控加工工。插补补计算就就是对数数控系统统输入基基本数据据（如直直线的起起点、终终点坐标标，圆弧弧的起点点、终点点及圆心心坐标等等），运运用一定定的算法法计算，并并根据计计算结果果向相应应的坐标标发出进进
7、给指令令，对应应着每一一个进给给指令，机机床在相相应的坐坐标方向向上移动动一定距距离，最最终将工工件加工工出所需需的轮廓廓形状。数控系统中最常用的插补方法是逐点比较法。2.1.1逐点点比较法法直线插插补如图2-1所示示，设直直线OAA为第一一象限的的直线，起起点为坐坐标原点点O（00，0），终终点为AA（Xee,Yee）,PP（Xii,Yjj）为加加工点。令令：Fii,j=XeYYj-XXiYee 。根据加工工点位置置的不同同有以下下三种情情况：（1） 如Fi,j= 0, 则点PP在直线线OA上上；（2） 如Fi,j00, 则则点P在在直线OOA上方方；（3） 如Fi,j0, 则点PP在直线线
8、OA下下方；图2-11 逐点点比较法法第一象象限直线线插补为了逼近近直线，规定Fi,j0 时，刀具向+X方向进给一步（一个脉冲当量）；Fi,j0 时，刀具向+Y方向进给一步。每走一步利用递推公式计算出新加工点的Fi,j 值，以决定下一步进给方向。总步数 J=Xe+Ye ,每走一步J减1，当J为0时刀具到达直线终点，插补结束。第一象限限的直线线插补算算法流程程图如图图2-22所示。图2-22 第一一象限直直线插补补算法流程程图其它三个个象限的的直线插插补可根根据相同同原理得得到其插插补计算算方法。根据以上上算法，每每个象限限可设计计一个子子程序。下下面是第第一象限限的子程程序，其其它象限限只须加
9、加以修改改即可。该该程序用用MCSS-511指令编编写，电电机采用用步进电电机，采采用82255并并行接口口的A、BB两端口口进行控控制。图图2-33是直线线插补程程序的流流程图。内存分分配表见见表2-1。开始设栈指针，8255初始化，A口、B口输出，清内存，送控制电极代码进内存确定控制字初值#0AH70H循环次数 #14R3各坐标值及偏差值送内存Xe28H X2AH F2EH Ye29H Y2BHF0？置控制字为03H置控制字为0CH调环分子程序沿+X走一步，调延时程序调环分子程序沿+Y走一步，调延时程序F=F-YeX=X+1F=F+XeY=Y+1Y=Ye？结束终点判别NNY图2-33 直线
10、线插补流流程图表2-11 内内存分配配表内存单元元地址存放内容容28H终点坐标标SE值值29H终点坐标标SE值值2AH插补值XX2BH插补值YY2CH偏差值AA70H控制电机机正、反反转的控控制字14H计数器直线插补补的程序序清单如如下：ORGG23000HMAINN：MOVVSP，#60HH；主程程序开始始MOVVR0，#T82255；82255初初始化MOVVA，#80HHMOVVR00,ALOP44：MOVV28HH，#00C8HH；XeeMOVV29HH，#00C8HH；YeeMOVV2AHH，#000H；XMOVV2BHH，#000H；YMOVV2EHH，#000H；FMOVV70H
11、H，#00AHLOP33：MOVVA，22EHJBACCC.7，LLOP11MOVVA，770HSETTBACCC.0CLRRACCC.2MOVV70HH，A；OB+XXLCAALLMOTTR；调环环行分配配器，xx方向走走一步LCAALLDELLAGMOVVA，22EHSUBBBA，229H；F-YeINCC2AHH；X+1AJMMPLOPP2LOP11：MOVVA，770HSETTBACCC.2CLRRACCC.0MOVV70HH，A；OFF+YLCAALLMOTTR；Y方方向走一一步LCAALLDELLAYMOVVA，22EHADDDA，228H；F+XeINCC2BHH；Y+1LOP2
12、2：MOVV2EHH，AMOVVA，228HCJNNEA，22AH，LLOP33；Xe=X？ST：MOVVR0，#T82255；关882555MOVVA，#00HHMOVVXR00,ALJMPPST2.1.2逐点点比较法法圆弧插插补如图2-4所示，设设逆圆弧弧AB在在第一象象限，原原点为圆圆心O，起起点A（XXo，Yo），终终点B（XXe，Ye），半半径为RR，瞬时时加工点点为P（Xi，Yj），令Fi,j=Xi2+Yj2-R2 。根据加工工点位置置的不同同有以下下三种情情况：（1） 如Fi,j= 0, 则点PP在圆弧弧AB上上；（2） 如Fi,j00, 则则点P在在圆弧AAB外侧侧；（3） 如
13、Fi,j0, 则点PP在圆弧弧AB内内侧；图2-44 逐点点比较法法第一象象限圆弧弧插补为了逼近近圆弧，规规定Fii,j0 时时，刀具具向-X方向向进给一一步（一一个脉冲冲当量）；Fi,j0 时时，刀具具向+YY方向进进给一步步。每走走一步利利用递推推公式计计算出新新加工点点的Fii,j 值，以以决定下下一步进进给方向向。总步步数 JJ=|XXe-XXo|+|Yee-Yoo| ,每走一一步J减减1，当当J为00时刀具具到达圆圆弧终点点，插补补结束。第一象限限的逆圆圆弧插补补算法流程程图如图图2-55所示。图2-55 第一一象限逆逆圆弧插插补算法法流程图图对于第一一象限的的顺圆及及其第二二、三、
14、四四象限的的顺逆圆圆弧插补补，可根根据相同同原理得得到其插插补计算算方法。根据以上上算法，每每个象限限可设计计顺、逆圆弧两两个子程程序。下下面是第第一象限限逆圆的子子程序，其其它象限限只须加加以修改改即可。该该程序用用MCSS-511指令编编写，电电机采用用步进电电机，采采用82255并并行接口口的A、BB两端口口进行控控制。图2-66是圆弧插补补程序的的流程图图。程序序清单如如下：XLEEQU18HHXHEEQU19HHYLEEQU28HHYHEEQU29HHXeLEQUU1AHHXeHEQUU1BHHYeLEQUU2AHHYeHEQUU2BHHFLEEQU2CHHFHEEQU2DHHORG224000H开始设栈指针，8255初始化清内存，送控制电极代码进内存确定控制字初值#08H70H各坐标值及偏差值送内存FA检测最高位F0？置控制字为09H置控制字为0CH调环分子程序沿-X走一步，调延时程序调环分子程序沿+Y走一步，调延时程序F-2X+1F
