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1、第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法一、点位一、点位/直线切削控制原理直线切削控制原理点位控制机床只控制机床移动部件的终点点位控制机床只控制机床移动部件的终点位置，而不管移动所走的轨迹如何，可以一个位置，而不管移动所走的轨迹如何，可以一个坐标移动，也可以二坐标同时移动，在移动过坐标移动，也可以二坐标同时移动，在移动过程中不进行切削。这类控制称点位控制。程中不进行切削。这类控制称点位控制。点位点位/直线切削控制系统的结构直线切削控制系统的结构 如图如图3-15是点位控制系统的结构框图是点位控制系统的结构框图第三章第三章 数数 控控 系系 统统 图图3-15点位控制系统的结构框图点位控制系
2、统的结构框图 第三章第三章 数数 控控 系系 统统 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法位置计算与比较的实现位置计算与比较的实现 位置计算与比较，是将刀具相对于工件的位置计算与比较，是将刀具相对于工件的位置或偏移量与程序中给定的位置或移动量相位置或偏移量与程序中给定的位置或移动量相比较，适时地发出降速信号或停止信号。比较，适时地发出降速信号或停止信号。位置计算与比较的软件控制流程如图位置计算与比较的软件控制流程如图3-16所示。所示。 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法第三章第三章 数数 控控 系系 统统 如图如图3-16所示所示位置计位置计算与比算与比较的软较的软件控制件控
3、制流程流程第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法第三章第三章 数数 控控 系系 统统 减法计数减法计数在位置计数器中预置给定在位置计数器中预置给定的位移量，坐标移动时进行减法计数。在接的位移量，坐标移动时进行减法计数。在接近目标点之前，计数值与预定的数值进行比近目标点之前，计数值与预定的数值进行比较，符合时发出降速指令，到达目标点时发较，符合时发出降速指令，到达目标点时发出停止进给信号。出停止进给信号。比较计算比较计算将给定的位移量存入指令寄将给定的位移量存入指令寄存器，坐标移动时位置计数器从零开始进行存器，坐标移动时位置计数器从零开始进行加法计数，二者相比较，当计数值与给定值加法计数，
4、二者相比较，当计数值与给定值相符合时停止进给。相符合时停止进给。 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法第三章第三章 数数 控控 系系 统统 二、轮廓控制切削原理二、轮廓控制切削原理 在机床上进行加工的零件，不管形状多在机床上进行加工的零件，不管形状多么复杂，其轮廓大部分由直线和圆弧这种简么复杂，其轮廓大部分由直线和圆弧这种简单、基本的曲线构成。若加工的轮廓由其他单、基本的曲线构成。若加工的轮廓由其他二次曲线或高次曲线组成，也可以采用一小二次曲线或高次曲线组成，也可以采用一小段直线或圆弧来拟合，只要小线段足够小，段直线或圆弧来拟合，只要小线段足够小，足够密就可满足加工精度要求。从本质上讲
5、足够密就可满足加工精度要求。从本质上讲圆弧也可通过小段直线拟合而成圆弧也可通过小段直线拟合而成 。第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法第三章第三章 数数 控控 系系 统统 逐点比较法逐点比较法 逐点比较法常用于开环控制系统，其原逐点比较法常用于开环控制系统，其原理是计算机在控制加工过程中，能逐点地计理是计算机在控制加工过程中，能逐点地计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，按规算和判别加工偏差，以控制坐标进给，按规定图形加工出所需要的工件，用步进电动机定图形加工出所需要的工件，用步进电动机拖动机床，其进给是步进式的，插补器控制拖动机床，其进给是步进式的，插补器控制机床各个坐标，每走一步都要
6、完成四个工作机床各个坐标，每走一步都要完成四个工作节拍，如图节拍，如图3-17所示所示 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法第三章第三章 数数 控控 系系 统统 图图3-17逐点比较法的工作节拍逐点比较法的工作节拍 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法第三章第三章 数数 控控 系系 统统 逐点比较法直线插补原理逐点比较法直线插补原理 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法图图318第三章第三章 数数 控控 系系 统统 1）偏差判别）偏差判别设设P（xi，yi）为加工动点，则：）为加工动点，则：若若P位于该加工直线上，有位于该加工直线上，有xeyixiye0若若P位于该直线
7、上方，有位于该直线上方，有 xeyixiye0若若P位于该直线下方，有位于该直线下方，有xeyixiye0时，在时，在X的正向进给一步，使点接近的正向进给一步，使点接近直线直线OE；当当Fi0时，在时，在Y的正向进给一步，使点接近的正向进给一步，使点接近直线直线OE；当当Fi=0时，通常是按时，通常是按X的正向进给一的正向进给一处理处理。第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法3）偏差计算）偏差计算通常采用递推公式进行计算，即新加工通常采用递推公式进行计算，即新加工点的偏差可用前一加工点的偏差推算出来。点的偏差可用前一加工点的偏差推算出来。而起点是给定直线上的点，即而起点是给定直线上的点，
8、即F0=0。这。这样所有加工点的偏差都可以从起点开始一步样所有加工点的偏差都可以从起点开始一步步推算出来。步推算出来。4）终点判别）终点判别：终点判别的方法一般有两种终点判别的方法一般有两种:第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法设设X、Y两坐标所要走的总步数为两坐标所要走的总步数为，当，当x或或y每进给一步时，均进行每进给一步时，均进行1计算，当计算，当减减止零时即到终点，停止插补。止零时即到终点，停止插补。另一种是比较另一种是比较xe和和ye的大小，的大小，取其大者为取其大者为，当沿该方向进给一步时，进行，当沿该方向进给一步时，进行1计算，直至计算，直至=0时停止插补。时停止插补。逐
9、点比较法圆弧插补原理逐点比较法圆弧插补原理第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法根据加工偏差确定加工点相对与规定圆弧根据加工偏差确定加工点相对与规定圆弧的位置，以决定进给方向。的位置，以决定进给方向。2）坐标进给）坐标进给控制电动机向判定的方向进给一步，以便控制电动机向判定的方向进给一步，以便于加工点逼近规定的圆弧。于加工点逼近规定的圆弧。 1）误差判别）误差判别第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法3）偏差与坐标计算）偏差与坐标计算计算进给一步后加工点的加工偏差和坐标计算进给一步后加工点的加工偏差和坐标值，为下一次判别和计算提供依据。值，为下一次判别和计算提供依据。4）终点判别）
10、终点判别判断是否到达终点，若已到达终点，则停判断是否到达终点，若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述过程。止插补；若未到达终点，则重复上述过程。第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法2数据采样插补数据采样插补 在采用闭环伺服系统的数控系统中，一般用在采用闭环伺服系统的数控系统中，一般用数据采样插补数据采样插补 数据采样插补是根据用户程序的进给速度，数据采样插补是根据用户程序的进给速度，将给定轮廓线分割为每一插补周期的进给段。将给定轮廓线分割为每一插补周期的进给段。每一个插补周期，执行一次插补运算，计算出每一个插补周期，执行一次插补运算，计算出下一个插补点坐标，从而计算出下一个
11、周期各下一个插补点坐标，从而计算出下一个周期各个坐标的进给量，如个坐标的进给量，如 x、 y等，得出下一个等，得出下一个插补点的指令位置插补点的指令位置 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法数据采样插补算法得出的是进给量，也数据采样插补算法得出的是进给量，也就是在下一个插补周期中，轮廓线上的进给段就是在下一个插补周期中，轮廓线上的进给段在各坐标轴上的分矢量。在各坐标轴上的分矢量。计算机定时对坐标的实际位置进行采样，计算机定时对坐标的实际位置进行采样，达到消除误差、使实际位置跟随指令位置的目达到消除误差、使实际位置跟随指令位置的目的。的。三、数控系统的刀具补偿三、数控系统的刀具补偿数控系
12、统的刀具补偿（简称刀补）功能，用数控系统的刀具补偿（简称刀补）功能，用来修正程序规定的值与刀具实际切削成型值之来修正程序规定的值与刀具实际切削成型值之差。差。 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法刀具半径补偿刀具半径补偿见图见图321刀具长度补偿刀具长度补偿见图见图320第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法 刀补的建立、刀补的执行和撤消刀补的建立、刀补的执行和撤消 1）刀补建立）刀补建立如图如图3-22所示所示第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法2）刀具补偿进行）刀具补偿进行一旦建立刀补，则刀补状态一直维持到一旦建立刀补，则刀
13、补状态一直维持到刀补撤消。这期间，刀具中心运动轨迹始终刀补撤消。这期间，刀具中心运动轨迹始终偏离一个刀具半径的距离，见图偏离一个刀具半径的距离，见图3-22的的OB。3）刀具补偿撤消）刀具补偿撤消刀具运行到轮廓线的终点，用刀具运行到轮廓线的终点，用G40指令指令使刀具撤消刀补命令。此过程与刀补建立相使刀具撤消刀补命令。此过程与刀补建立相反。反。 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法B型刀具半径补偿型刀具半径补偿B型刀具半径补偿为基本刀具半径补偿，型刀具半径补偿为基本刀具半径补偿，它根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，它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。数控系统的轮廓控计算刀具中心的运动轨迹。数控系统的轮廓控制通常仅限于直线和圆弧，对直线进行刀补后制通常仅限于直线和圆弧，对直线进行刀补后的刀具中心轨迹为平行于轮廓的直线。对圆弧的刀具中心轨迹为平行于轮廓的直线。对圆弧进行刀补后的刀具中心轨迹为与圆弧同心的一进行刀补后的刀具中心轨迹为与圆弧同心的一段圆弧。段圆弧。B型半径补偿要求轮廓的过渡为圆角过渡型半径补偿要求轮廓的过渡为圆角过渡图图3-23圆弧圆弧B型刀补型刀补 第三节第三节数控系统运算方法数控系统运算方法
