《第1章 数控编程基础1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章 数控编程基础1（87页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数控编程技术及应用数控编程技术及应用 电子教案电子教案联系方式：联系方式： 电电 话：话：13994271665 孙旭东孙旭东 随着科技的发展，现代机械产品日趋精密复杂，改型换随着科技的发展，现代机械产品日趋精密复杂，改型换代日趋频繁。制造自动化是先进制造技术中的重要组成代日趋频繁。制造自动化是先进制造技术中的重要组成部分，其核心技术是数控技术。数控技术是综合运用计部分，其核心技术是数控技术。数控技术是综合运用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。目前，随着国内数控机床用量的剧增，急需能够熟物。目前，随着国内数控机床用量的剧增，急
2、需能够熟练掌握数控机床编程和操作以及维护的应用型人才。练掌握数控机床编程和操作以及维护的应用型人才。 1 1）机床操作）机床操作 2 2）工艺设计与编程，维修）工艺设计与编程，维修 3 3）机床操作、工艺设计与编程、维修及数控改造、管理）机床操作、工艺设计与编程、维修及数控改造、管理金领银领蓝领社会急需的数控加工人才类型：社会急需的数控加工人才类型：内容简介内容简介 数控编程技术数控编程技术 这门课是面向这门课是面向“机械工程及自动化机械工程及自动化”这个大专业开设的，即这个大专业开设的，即涵盖现有的机械工程各专业本科生的一门专业技术基础课。它涵盖现有的机械工程各专业本科生的一门专业技术基础课
3、。它以数控机床为对象，研究数控加工过程中有关工艺分析、数值以数控机床为对象，研究数控加工过程中有关工艺分析、数值计算、基本的编程功能指令，掌握数控车床、数控铣床、加工计算、基本的编程功能指令，掌握数控车床、数控铣床、加工中心、数控电火花线切割机床的程序编制方法及自动编程方法。中心、数控电火花线切割机床的程序编制方法及自动编程方法。通过本课程的学习我们应掌握数控加工的基本原理和基础知识通过本课程的学习我们应掌握数控加工的基本原理和基础知识，从而培养我们的编程和加工能力。，从而培养我们的编程和加工能力。目目 录录第第1章章 数控编程基础数控编程基础第第2章章 程序编制中的工艺分析处理程序编制中的工
4、艺分析处理第第3章章 程序编制中的数值计算程序编制中的数值计算第第4章章 数控车床编程数控车床编程第第5章章 数控铣床编程数控铣床编程第第6章章 加工中心编程加工中心编程第第7章章 其他数控机床编程其他数控机床编程第第8章章 自动编程自动编程第第9章章 刀位验证与轨迹编辑刀位验证与轨迹编辑第第2章章 编程系统的后置处理编程系统的后置处理学完本课程后学生应达到的要求：学完本课程后学生应达到的要求：1 1、合理制订数控加工的工艺方案。、合理制订数控加工的工艺方案。2 2、合理确定走刀路线、合理选择刀具及加工余量。、合理确定走刀路线、合理选择刀具及加工余量。3 3、掌握编程中数学处理的基本知识及一定
5、的计算机处理能力。、掌握编程中数学处理的基本知识及一定的计算机处理能力。4 4、掌握常用准备功能指令、辅助功能指令，手工编写一般复杂、掌握常用准备功能指令、辅助功能指令，手工编写一般复杂程度零件的数控加工程序。程度零件的数控加工程序。5 5、具有调试加工程序，参数设置、模拟调整的基本能力。、具有调试加工程序，参数设置、模拟调整的基本能力。6 6、掌握自动编程的基本知识，具有采用计算机自动编程的初步、掌握自动编程的基本知识，具有采用计算机自动编程的初步能力。能力。教学方法与考核方式课堂教学 自学考试平时成绩作业课堂提问教学方法考核方式考核方式本课程授课时数本课程授课时数2424学时，实验时数学时
6、，实验时数6 6学时（实验周）。学时（实验周）。第第1章章 数控编程基础数控编程基础1.1数控机床概述数控机床概述1.2插补原理插补原理1.3数控程序编制的基本概念数控程序编制的基本概念1.4数控编程几何基础数控编程几何基础1.5程序编制中的基本指令程序编制中的基本指令 数字控制（数字控制（Numerical Control）技术是用数字化信息对机械设备（机床）的运动及其）技术是用数字化信息对机械设备（机床）的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称为数控（加工过程进行控制的一种方法，简称为数控（NC）。数控技术）。数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术，在机械制造加工技术方是近代发展起来的
7、一种自动控制技术，在机械制造加工技术方面得到了广泛的应用。面得到了广泛的应用。1.1 数控机床概述数控机床概述 随着科学技术快速发展和市场竞争的日益激烈，社会化大生产对随着科学技术快速发展和市场竞争的日益激烈，社会化大生产对机械产品的要求越来越趋于机械产品的要求越来越趋于多样化、复杂化多样化、复杂化，尤其是在造船、航，尤其是在造船、航空航天、国防军工、重型机械以及计算机电子等工业重中，其空航天、国防军工、重型机械以及计算机电子等工业重中，其加加工批量小、零件形状复杂、改形频繁、精度要求高、加工困难、工批量小、零件形状复杂、改形频繁、精度要求高、加工困难、生产效率低、劳动强度大和质量难以保证生产
8、效率低、劳动强度大和质量难以保证的生产特点，已经不能的生产特点，已经不能靠传统的加工设备和制造方法来适应这种柔性化程度很高的加工靠传统的加工设备和制造方法来适应这种柔性化程度很高的加工要求。因此能有效解决复杂、精密、中小批量加工的数控机床在要求。因此能有效解决复杂、精密、中小批量加工的数控机床在近几十年来得到迅速发展和最广泛的应用。近几十年来得到迅速发展和最广泛的应用。 采用数控技术控制的机床，即装备了数控系统的机床称之为数字采用数控技术控制的机床，即装备了数控系统的机床称之为数字控制机床（控制机床（Numerically Controlled Machine Tool）简称数控（）简称数控（
9、NC）机床。国际信息处理联盟（）机床。国际信息处理联盟（IFIP）第五）第五技术委员会对数控机床作了如下定义：技术委员会对数控机床作了如下定义：数控机床是一种装有程序数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其他符号控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其他符号编码指令规定的程序。编码指令规定的程序。一、一、 数控机床的产生和发展数控机床的产生和发展 数控机床是采用数控装置或电子计算机来控机床运动，自动地取数控机床是采用数控装置或电子计算机来控机床运动，自动地取代一般通用机床上人工控制的各种操作，代一般通用机床上人工控制的各种操作，如启动、加工顺序、主如启
10、动、加工顺序、主轴变速、切削用量、松夹工件、选择刀具、进刀退刀、冷却液开轴变速、切削用量、松夹工件、选择刀具、进刀退刀、冷却液开停以及停车等停以及停车等。通常，数控机床将所需的全部机械动作、步骤和。通常，数控机床将所需的全部机械动作、步骤和控制功能，以及工件的形状尺寸预先按规定的字符和文字代码的控制功能，以及工件的形状尺寸预先按规定的字符和文字代码的形式编制数控程序，通过穿孔机或键盘等把程序上的信息以数字形式编制数控程序，通过穿孔机或键盘等把程序上的信息以数字代码的形式记载在控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）上，通过控代码的形式记载在控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）上，通过控制介质将加工信息送入数控
11、装置，数控装置或计算机对输入的信制介质将加工信息送入数控装置，数控装置或计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令性控制信号，去控制机床的伺息进行处理与运算，发出各种指令性控制信号，去控制机床的伺服系统或其他驱动元件的各种动作，从而使数控机床自动加工出服系统或其他驱动元件的各种动作，从而使数控机床自动加工出所需要的零件。所需要的零件。形数形图形数字化的代码零件编程的过程加工的过程整个过程实现了： 的转换过程 数控机床首先由美国率先发展，并且是为了适应航空工业制造数控机床首先由美国率先发展，并且是为了适应航空工业制造复杂零件的需要而产生的。复杂零件的需要而产生的。1948年，美国帕森斯公司与
12、美国麻省理工学院（年，美国帕森斯公司与美国麻省理工学院（MIT）开始共）开始共同研究，并于同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标年试制成功第一台三坐标数控铣床数控铣床，当时的，当时的数控装置采用数控装置采用电子管元件电子管元件。1959年，数控装置采用了年，数控装置采用了晶体管元件晶体管元件和印刷电路板，出现带自和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心（动换刀装置的数控机床，称为加工中心（MC Machining Center），），1965年，出现了年，出现了第三代第三代的的集成电路集成电路数控装置。数控装置。 60年代末，直接数控系统（简称年代末，直接数控系统（简称 D
13、NC），又称群控系统、计算机数控系统（简称），又称群控系统、计算机数控系统（简称CNC），使数），使数控装置进入了以小型计算机化为特征的控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称数控装置（简称 MNC），这是），这是第五代第五代数控系统。数控系统。20世纪世纪80年代初，出现了人机对话式自动编制程序的数控装置年代初，出现了人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化；具有自动监控刀具破损和自动检测工；数控装置愈趋小型化；具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能
14、。件等功能。20世纪世纪90年代后期，出现了年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，此种方式智能数控系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。系统维护方便，易于实现网络化制造。 我国数控机床开发的起步并不晚，大约与日本、德国、前苏联我国数控机床开发的起步并不晚，大约与日本、德国、前苏联同步。同步。1958年北京第一机床厂与清华大学合作试制成功我国第一台数年北京第一机床厂与清华大学合作试制成功我国第一台数控铣床。控铣床。1970年北京第一机床厂的年北京第一机床厂的XK5040型数控升降台铣床才作为商品，型数控升降台铣床才作为商品，1975年沈阳第一机床厂的年沈阳第一机床厂的CSK6163
15、型数控车床才真正进入商品型数控车床才真正进入商品化。化。19741976年间，虽然开发了加工中心、数控镗床、数控磨床年间，虽然开发了加工中心、数控镗床、数控磨床和数控钻床，多数机床没有在生产中发挥作用。和数控钻床，多数机床没有在生产中发挥作用。20世纪世纪80年代前期，年代前期， “六五六五”、“七五七五”、“八五八五”数控系统攻关。数控系统攻关。 目前我国已经有自主版权的数控系统，并能生产门类齐全的数目前我国已经有自主版权的数控系统，并能生产门类齐全的数控车、数控铣、数控钻、数控镗、数控磨、数控齿轮加工、数控车、数控铣、数控钻、数控镗、数控磨、数控齿轮加工、数控电加工等数控机床，数控加工中心
16、也相继研制成功。控电加工等数控机床，数控加工中心也相继研制成功。数控机床的加工功能数控车床的加工功能数控铣床的加工功能1.叶轮数控铣床的加工功能2.箱体数控铣床的加工功能3.异形件数控加工中心的加工功能1.端面铣削数控加工中心的加工功能2.攻丝数控加工中心的加工功能3.镗孔数控加工中心的加工功能4.钻孔数控加工中心的加工功能5.内外螺纹加工数控加工中心的加工功能6.特殊程序加工数控加工中心的加工功能7.铣内孔槽数控加工中心的加工功能8.铣曲面数控加工中心的加工功能9.铣曲线数控加工中心的加工功能10.铣箱体 数数控控机机床床是是机机电电一一体体化化的的典典型型产产品品，是是集集机机床床、计计算
17、算机机、电电机机及及拖拖动动、自自动动控控制制、检检测测等等技技术术为为一一体体的的自自动动化化设设备备。数数控控机机床床的的基基本本组组成成包包括括控控制制介介质质、数数控控装装置置、伺伺服服系系统统、反反馈馈系系统统及及机机床床本体本体组成，见图组成，见图1-1。二、数控机床的组成二、数控机床的组成控制介质控制介质数控装置数控装置伺服系统伺服系统机床本体机床本体MG测量反馈测量反馈图图1-1 1-1 数控机床组成数控机床组成 数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人数控机床工作时，不要人去直接操作机床，但又要执行人的意图，这就必须在任何数控机床之间建立某种联系，这的意图，这就必须
18、在任何数控机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物称之为控制介质。数控机床常用的控种联系的中间媒介物称之为控制介质。数控机床常用的控制介质和输入输出设备见表制介质和输入输出设备见表1。1.控制介质控制介质表表1 1 控制介质和输入输出设备表控制介质和输入输出设备表 对于用微机控制的数控机床，也可用操作面板上的按钮和对于用微机控制的数控机床，也可用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接用键盘输入，并在键盘将加工程序直接用键盘输入，并在CRT显示器上显示。显示器上显示。 数控装置是数控机床的核心。其功能是接受输入装置输入数控装置是数控机床的核心。其功能是接受输入装置输入的数控程序中的加工信息，经过
19、数控装置的系统软件或逻的数控程序中的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送辑电路进行译码、运算和逻辑处理后，发出相应的脉冲送给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控给伺服系统，使伺服系统带动机床的各个运动部件按数控程序预定要求动作。它具备的主要功能如下：程序预定要求动作。它具备的主要功能如下： 1多轴联动控制；多轴联动控制； 2直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补；直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补； 3输入、编辑和修改数控程序功能；输入、编辑和修改数控程序功能；2.数控装置数控装置 4数控加工信息的转换功能：数控加工信息的转换功能：IS
20、O/EIA代码转换，公英制代码转换，公英制转换，坐标转换，绝对值和相对值得转换，计数制转换等；转换，坐标转换，绝对值和相对值得转换，计数制转换等； 5刀具半径补偿、刀具长度补偿，传动间隙补偿，螺距刀具半径补偿、刀具长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能；误差补偿等补偿功能； 6实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择；选择； 7在在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。 机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统，它根据数控
21、装置发来的速度和位移指令控制执行部件统，它根据数控装置发来的速度和位移指令控制执行部件的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都的进给速度、方向和位移量。每个进给运动的执行部件都配有一套伺服系统。伺服系统的作用是把来自数控装置的配有一套伺服系统。伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，它相当于手工操作脉冲信号转换为机床移动部件的运动，它相当于手工操作人的手，使工作台（或溜板）精确定位或按规定的轨迹作人的手，使工作台（或溜板）精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。 伺服系统由伺服系统由
22、伺服驱动电动机伺服驱动电动机和和伺服驱动装置伺服驱动装置组成组成，它是数，它是数控系统的执行部分，驱动机床执行机构运动的驱动部件。控系统的执行部分，驱动机床执行机构运动的驱动部件。包括主轴驱动单元（速度控制）、进给驱动单元包括主轴驱动单元（速度控制）、进给驱动单元（速度控（速度控制和位置控制）、制和位置控制）、主轴电机主轴电机和和进给电机进给电机等。等。3.伺服系统伺服系统 反反馈馈装装置置是是闭闭环环（半半闭闭环环）数数控控机机床床的的检检测测环环节节，该该装装置置可可以以包包括括在在伺伺服服系系统统中中，它它由由检检测测元元件件和和相相应应的的电电路路组组成成，其其作作用用是是检检测测数数
23、控控机机床床坐坐标标轴轴的的实实际际移移动动速速度度和和位位移移，并并将将信信息息反反馈馈到到数数控控装装置置或或伺伺服服驱驱动动中中，构构成成闭闭环环控控制制系系统统；检检测测装装置置的的安安装装、检检测测信信号号反反馈馈的的位位置置，决决定定于于数数控控系系统统的的结结构构型式。无测量反馈装置的系统称为开环系统。型式。无测量反馈装置的系统称为开环系统。4.反馈装置反馈装置 随着数控技术的发展，对机床结构的技术性能要求更高了，在总随着数控技术的发展，对机床结构的技术性能要求更高了，在总体布局、外观造型、传动系统结构、刀具系统以及操作性能方面体布局、外观造型、传动系统结构、刀具系统以及操作性能
24、方面都已经发生很大的变化。都已经发生很大的变化。 数控机床主体，包括数控机床主体，包括床身床身、主轴主轴、进给机构进给机构等机械部件，以及等机械部件，以及辅辅助运动装置助运动装置、液压气动系统液压气动系统、冷却装置冷却装置等部分。数控机床的主机等部分。数控机床的主机结构有下面几个特点：结构有下面几个特点： （1）由于采用了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，数控机床）由于采用了高性能的主轴及进给伺服驱动装置，数控机床的机械传动结构得到了简化，传动链较短。的机械传动结构得到了简化，传动链较短。 （2）数控机床的机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、阻）数控机床的机械结构具有较高的动态特性、动态刚度、
25、阻尼精度、耐磨性以及抗热变形性能。适应连续地自动化加工。尼精度、耐磨性以及抗热变形性能。适应连续地自动化加工。 （3）较多地采用高效传动件，如精密滚珠丝杠、直线滚动导轨）较多地采用高效传动件，如精密滚珠丝杠、直线滚动导轨副、精密齿条、蜗母条、静压、磁浮导轨等。副、精密齿条、蜗母条、静压、磁浮导轨等。5.机床本体机床本体（3）较多地采用高效传动件，如精密滚珠丝杠、直线滚动导轨副、）较多地采用高效传动件，如精密滚珠丝杠、直线滚动导轨副、精密齿条、蜗母条、静压、磁浮导轨等。精密齿条、蜗母条、静压、磁浮导轨等。 滚珠丝杆副滚珠丝杆副 直线导轨副直线导轨副 从数控机床最终要完成的任务看，主要应对三方面进
26、行控制。从数控机床最终要完成的任务看，主要应对三方面进行控制。 1. 主运动控制主运动控制 和和通通用用机机床床一一样样，主主运运动动是是形形成成切切削削速速度度并并从从工工件件上上切切除除多多余余材材料料起起主主要要作作用用的的工工作作运运动动来来完完成成切切削削任任务务。机机床床功功率率主主要要消消耗耗于于主运动，其动力约占整台机床动力的主运动，其动力约占整台机床动力的70%80%。 2.进给运动控制进给运动控制 数数控控机机床床的的进进给给运运动动是是通通过过进进给给伺伺服服系系统统来来实实现现的的，这这是是数数控控机机床区别于通用机床的重要方面之一。床区别于通用机床的重要方面之一。 3
27、.输入输入/输出（输出（I/O）控制）控制 数数控控系系统统对对加加工工程程序序处处理理后后输输出出的的控控制制信信号号还还要要对对机机床床的的各各种种状状态态进进行行控控制制，这这些些状状态态包包括括主主轴轴的的变变频频控控制制，主主轴轴的的正正、反反转转及及停停止止，冷冷却却和和润润滑滑装装置置的的起起动动和和停停止止，刀刀具具自自动动交交换换，工工件件夹夹紧紧和放松及分度工作台转位等和放松及分度工作台转位等。三、数控机床的控制对象三、数控机床的控制对象机床的运动机床的运动动画显示：动画显示： 数控机床加工工件的过程见图数控机床加工工件的过程见图1-2。四、数控机床的工作原理四、数控机床的
28、工作原理零零件件图图纸纸程程序序设设计计编编写写程程序序单单穿穿孔孔纸纸带带数数控控介介质质伺伺服服系系统统机机床床加加工工零零件件成成品品图图1-2 1-2 数控机床加工工件过程数控机床加工工件过程 数数控控机机床床对对零零件件的的加加工工过过程程，是是严严格格按按照照加加工工程程序序所所规规定定的的参参数数及及动动作作执执行行的的。它它是是一一种种高高效效能能自自动动或或半半自自动动机机床床，与与普普通通机机床床相比，具有以下明显特点：相比，具有以下明显特点： 1适应性强，适应适应性强，适应70%以上多品种小批量零件自动加工；以上多品种小批量零件自动加工； 2加工质量稳定，无故障时间迅速增
29、加；加工质量稳定，无故障时间迅速增加； 3生产效率高，是普通机床效率的生产效率高，是普通机床效率的25倍；倍； 4加工精度高，加工精度高， 具有加工复杂形状零件的能力；具有加工复杂形状零件的能力； 5工序集中，一机多用；工序集中，一机多用； 6 自动化程度高，生产准备周期短；自动化程度高，生产准备周期短； 7 易于建立计算机通信网络；易于建立计算机通信网络； 8有利于生产管理的现代化。有利于生产管理的现代化。五、数控机床的特点五、数控机床的特点六、数控机床的分类六、数控机床的分类（1）金属切削类数控机床）金属切削类数控机床 金属切削类数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控金属切削类数控机
30、床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控插齿机、数控镗铣床、数控凸轮磨床、镗床、数控磨床、数控插齿机、数控镗铣床、数控凸轮磨床、数控磨刀机、数控曲面磨床等。磨削中心、加工中心数控磨刀机、数控曲面磨床等。磨削中心、加工中心MC是带是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。有刀库和自动换刀装置的数控机床。（2）金属成形类数控机床）金属成形类数控机床 金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控油压成金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控油压成型机和数控压力机等。型机和数控压力机等。（3）数控特种加工机床）数控特种加工机床 数控特种加工机床有数控线切割机床、数控电火花加工机
31、床、数控特种加工机床有数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控电脉冲机床、数控激光加工机床等。数控电脉冲机床、数控激光加工机床等。（4）其它类型的数控机床）其它类型的数控机床 如水射流切割机、鞋样切割机、雕刻机、数控三坐标测量机等。如水射流切割机、鞋样切割机、雕刻机、数控三坐标测量机等。1. 按用途分类按用途分类图图1-3 1-3 数控车床数控车床图图1-4 1-4 数控铣床数控铣床图图1-5 1-5 数控加工中心数控加工中心图图1-6 1-6 锥度电火花线切割机床锥度电火花线切割机床 （1）点位控制数控机床）点位控制数控机床 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数这类数控机床
32、主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机以及数控弯管机等。其相应的数控装置称之为点位数控点焊机以及数控弯管机等。其相应的数控装置称之为点位数控装置，点位数控装置的控制系统比较简单。控装置，点位数控装置的控制系统比较简单。2.按运动方式分类按运动方式分类图图1-7 1-7 点位控制数控机床点位控制数控机床（2）直线控制数控机床）直线控制数控机床 这类数控机床主要有简易数控车床，数控镗铣床和数控磨床等这类数控机床主要有简易数控车床，数控镗铣床和数控磨床等，相应的数控装置称之为直线控制装置。，相应的数控装置称之为直线控制装置。图图1-8 1-8 直线控制数控机床直线控制数控机床（3）轮廓控
33、制数控机床）轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床又称为连续控制数控机床或轨迹控制数控机轮廓控制数控机床又称为连续控制数控机床或轨迹控制数控机床。各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起床。各坐标的运动按规定的比例关系相互配合，精确地协调起来连续进行加工，以最小的误差逼近规定的直线、斜线或轮廓来连续进行加工，以最小的误差逼近规定的直线、斜线或轮廓曲线、曲面。图曲线、曲面。图1-5为坐标轮廓控制数控机床的工作原理图。为坐标轮廓控制数控机床的工作原理图。 图图1-9 1-9 轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床a a）数控车削）数控车削 b b）数控铣削）数控铣削 由控制坐标轴的数量可以有由控制
34、坐标轴的数量可以有2轴控制、轴控制、2.5轴控制、轴控制、3轴控制、轴控制、4轴控制、轴控制、5轴控制等（如图轴控制等（如图1-10、1-11、1-12所示）。所示）。图图1-10 2.51-10 2.5轴加工空间曲面轴加工空间曲面 图图1-11 31-11 3轴联动数控铣床加工图轴联动数控铣床加工图 图图1-12 51-12 5轴联动的数控加工轴联动的数控加工（1）开环控制数控机床）开环控制数控机床 没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置进给系统）进给系统），故系统稳定性好。，故系统稳定性好。3. 按控制原理分类按控制原理分类电机电机机械执行部件
35、机械执行部件A相、相、B相相C相、相、f、nCNC插补指令插补指令脉冲频率脉冲频率f脉冲个数脉冲个数n换算换算脉冲环脉冲环形分配形分配变换变换功率功率放大放大图图1-13 1-13 开环控制系统框图开环控制系统框图（2）闭环控制数控机床）闭环控制数控机床 全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部全闭环数控系统的位置采样点如图的虚线所示，直接对运动部件的实际位置进行检测。件的实际位置进行检测。位置控制调节位置控制调节器器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单检测与反馈单元元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+ + +- - -电机电机机械执行部件机械执行部件
36、CNCCNC插插补补指令指令实际实际位置位置反馈反馈实际实际速度速度反馈反馈图图1-14 1-14 闭环控制系统框图闭环控制系统框图（3）半）半闭环控制数控机床闭环控制数控机床 半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置半闭环数控系统的位置采样点如图所示，是从驱动装置(常用伺常用伺服电机服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。动部件的实际位置。位置控制调节位置控制调节器器速度控制速度控制调节与驱动调节与驱动检测与反馈单检测与反馈单元元位置控制单元位置控制单元速度控制单元速度控制单元+ + +- - -电机电
37、机机械执行部件机械执行部件CNCCNC插插补补指令指令实际实际位置位置反馈反馈实际实际速度速度反馈反馈图图1-15 1-15 半闭环控制系统框图半闭环控制系统框图经济型数控系统（又称简易数控系统）经济型数控系统（又称简易数控系统）普及型数控系统（通常称之为全功能数控系统）普及型数控系统（通常称之为全功能数控系统）高档数控系统高档数控系统基于基于PC的开放式数控系统的开放式数控系统4.按数控系统类型分类按数控系统类型分类 这种分类没有明确的定义和确切的界限，但可以给人们一这种分类没有明确的定义和确切的界限，但可以给人们一个清晰的水平概念。数控机床水平的高低由主要技术参数、个清晰的水平概念。数控机
38、床水平的高低由主要技术参数、功能指标和关键部件的功能水平来决定。通常可用下述指功能指标和关键部件的功能水平来决定。通常可用下述指标作为评价数控机床档次的参考条件。标作为评价数控机床档次的参考条件。（1）分辨率和进给速度）分辨率和进给速度 分辨率为分辨率为10m，进给速度为，进给速度为815m/min为低档；分辨率为为低档；分辨率为1m，进给速度为，进给速度为1524m/min为中档；分辨率为为中档；分辨率为0.1m，进给速度为，进给速度为15100m/min为高档；为高档；（2）多坐标联动功能）多坐标联动功能 低档数控机床最多联动轴数为低档数控机床最多联动轴数为23轴，中、高档为轴，中、高档为
39、3-5轴以上。轴以上。（3）显示功能）显示功能 低档数控一般只有简单的数码显示或简单的低档数控一般只有简单的数码显示或简单的CRT字符显示字符显示（Cathode Ray Tube阴极射线管）。中档有较齐全的阴极射线管）。中档有较齐全的CRT显示，不仅有显示，不仅有字符，而且还有图形，人机对话、自诊断等功能。高档数字符，而且还有图形，人机对话、自诊断等功能。高档数控还有三维动态图形显示。控还有三维动态图形显示。（4）通讯功能）通讯功能 低档数控无通讯功能。低档数控无通讯功能。中档数控有中档数控有RS32或或DNC接口。高接口。高档数控有档数控有MAP（制造自动化协议）等高性能通讯借口，（制造自
40、动化协议）等高性能通讯借口，具有联网功能。具有联网功能。（5）主）主CPU 低档数控一般采用低档数控一般采用8位位CPU，中、高档数控已经由，中、高档数控已经由16位位CPU发展到发展到32位、位、64位位CPU，并用具有精简指令集的，并用具有精简指令集的RISC中中央处理单元。央处理单元。全功能、可靠性全功能、可靠性CNC FANUCOC系列系列 CNC单元单元 显示装置与操作面板显示装置与操作面板 数控系统技术的突飞猛进为数控系统技术的突飞猛进为数控机床的技术进步提供了数控机床的技术进步提供了条件，为了满足市场的需要条件，为了满足市场的需要，达到现代制造技术对数控，达到现代制造技术对数控机
41、床提出的更高的要求，当机床提出的更高的要求，当前，数控技术及数控机床的前，数控技术及数控机床的发展方向主要体现为下述几发展方向主要体现为下述几方面方面l l运行高速化运行高速化l l加工高精化加工高精化l l高可靠性高可靠性l l功能复合化功能复合化l l控制智能化控制智能化l l体系开放化体系开放化l l驱动并联化驱动并联化l l交互网络化交互网络化七、数控机床的发展趋势七、数控机床的发展趋势运行高速化、加工高精化运行高速化、加工高精化 速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技速度和精度是数控设备的两个重要指标，它们是数控技术永恒追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。术永恒
42、追求的目标。因为它直接关系到加工效率和产品质量。新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更新一代数控设备在运行高速化、加工高精化等方面都有了更高的要求。高的要求。运行高速化运行高速化 进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高进给率、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化，并且具有高加（减）速率。加（减）速率。l 进给率高速化进给率高速化 在分辨率为在分辨率为1 m时，时，Fmax=240m/min。在在Fmax下可获得复杂型面的精下可获得复杂型面的精确加工；确加工；在程序段长度为在程序段长度为1mm时，时，Fmax=30m/min，并且具有并且具有1
43、.5g的加减速率；的加减速率；l主轴高速化主轴高速化 采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。采用电主轴（内装式主轴电机），即主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴最高转速达主轴最高转速达200000r/min。主轴转速的最高加（减）速为主轴转速的最高加（减）速为1.0g ，即仅需即仅需1.8秒即可从秒即可从0提速到提速到15000r/min。l换刀速度换刀速度0.9秒（刀到刀）秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）秒（切削到切削）l工作台（托盘）交换速度工作台（托盘）交换速度 6.3秒。秒。l甚至有人提出了达到甚至有人提出了达到“非切削时间为零非切削时间为零”的目标的目标 运行
44、高速化运行高速化高速切削机床的关键技术高速切削机床的关键技术 高速机床是实现高速加工的前提和基本条件，高速切削高速机床是实现高速加工的前提和基本条件，高速切削机床技术是高速切削技术中最基本的关键技术。高速机床技术是高速切削技术中最基本的关键技术。高速切削机床的关键技术包括以下几方面：切削机床的关键技术包括以下几方面：高速主轴单元高速主轴单元高速直线驱动进给单元高速直线驱动进给单元 高速切削刀具技术高速切削刀具技术CNC控制系统控制系统切屑处理和冷却系统切屑处理和冷却系统安全装置与实时监控系统安全装置与实时监控系统换刀装置换刀装置机床床体结构机床床体结构运行高速化运行高速化高速加工中心机床实例高
45、速加工中心机床实例 米克朗（米克朗（Mikron）公司生产的）公司生产的HSM 400U 5轴联动高速加工中心如图所示。轴联动高速加工中心如图所示。机床性能参数：工作范围400mm240mm350mm；主轴转速42000 r/min；主轴功率13kW；进给速度 X, Y, Z 方向40 m/min；回转速度 B、C摆 9001500o/sec；加速度 X, Y, Z 方向 17 m/s2；回转加速度 B、C摆 570017200o/s2；刀柄采用HSK40，刀库为18 76位。加工高精化加工高精化 提高机械设备的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿提高机械设备的制造和装配精度；
46、提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。技术。 提高提高CNC系统控制精度系统控制精度 采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化；控制单位精细化； 采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度（日本交流伺服电机已有装上上106 脉冲脉冲/转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到转的内藏位置检测器，其位置检测精度能达到0.01 m/脉冲）；脉冲）； 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。 采用误差补偿技术采用误
47、差补偿技术 采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术;设备的热变形设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少应用可将加工误差减少6080。三井精机的。三井精机的JidicH5D型超精密卧式加工型超精密卧式加工中心的定位精度为中心的定位精度为0.1 m。高可靠性高可靠性 数控机床要发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的数控机床要发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性。衡量可靠性
48、的重要量化指标是效益，关键取决于其可靠性。衡量可靠性的重要量化指标是平均故障时间（平均故障时间（MTBF），数控系统的无故障工作时间已由），数控系统的无故障工作时间已由20世纪世纪80年代的年代的10000h，提高到，提高到20世纪世纪90年代的年代的3000050000h。数控机床整机的可靠性水平也有显著提高，其数控机床整机的可靠性水平也有显著提高，其MTBF值已由值已由20世纪世纪80年代初期的年代初期的500800h，降低到目前的，降低到目前的100200h。功能复合化功能复合化 复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。在零件加
49、工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合化的机床成为近将不同的加工功能整合在同一台机床上，因此，复合化的机床成为近年来发展很快的机种。复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机年来发展很快的机种。复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工工序的概念。加工中心的出现，又把车、床的发展已模糊了粗精加工工序的概念。加工中心的出现，又把
50、车、铣、镗等工序集中到一台机床来完成，打破了传统的工序界限和分开铣、镗等工序集中到一台机床来完成，打破了传统的工序界限和分开加工的工艺规程。近年来，又相继出现了许多跨度更大的功能集中的加工的工艺规程。近年来，又相继出现了许多跨度更大的功能集中的超复合化数控机床，如日本池贝铁工所的超复合化数控机床，如日本池贝铁工所的TV4L立式加工中心，由于采立式加工中心，由于采用用U轴，亦可进行车加工。轴，亦可进行车加工。镗铣钻复合镗铣钻复合加工中心加工中心（ATC）、）、五面加工中心（五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）；主轴立卧转换）；车铣复合车铣复合车削中心（车削中心（ATC，动力刀头）；动力刀头）；铣
51、镗钻车复合铣镗钻车复合复合加工中心（复合加工中心（ATC，可自动装卸车刀架）；可自动装卸车刀架）；铣镗钻磨复合铣镗钻磨复合复合加工中心（复合加工中心（ATC，动力磨头）；动力磨头）；可更换主轴箱的数控机床可更换主轴箱的数控机床组合加工中心；组合加工中心；控制智能化控制智能化智能化是智能化是21世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、过程中模拟人类专家的智
52、能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：智能化的内容包括在数控系统中的各个方面： 1.加工过程自适应控制技术加工过程自适应控制技术 2.加工参数的智能优化与选择加工参数的智能优化与选择 3.智能故障诊断与自修复技术智能故障诊断与自修复技术 4.智能化交流伺服驱动装置智能化交流伺服驱动装置 5.智能智能4M数控系统（测量数控系统（测量Measurement、建模建模Modelling、加工加工Manufacturing、机器操作机器操作Manipulator）高柔性化高柔性化柔性自动化技术是制造业适应动
53、态市场需求及产品迅速更新的主柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。数控机床在提高单机柔性化的同时，正朝着单元柔性础技术。数控机床在提高单机柔性化的同时，正朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。如出现了可编程控制器（化和系统柔性化方向发展。如出现了可编程控制器（PLC）控）控制的可调组合机床、数控多轴加工中心、数控三坐标动力单元制的可调组合机床、数控多轴加工中心、数控三坐标动力单元等具有柔性的高效加工设备，还有柔性加工单元（等具有柔性的高效加工设备，还有柔性加工单元
54、（FMC）、）、柔性制造系统（柔性制造系统（FMS）以及介于传统自动线与）以及介于传统自动线与FMS之间的柔性之间的柔性制造线（制造线（FTL）。）。体系开放化体系开放化定义（定义（IEEE）：）：具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。以与其他的系统应用进行互操作的系统。开放式数控系统特点开放式数控系统特点系统构件（软件和硬件）具有标准化系统构件（软件和硬件）具有标准化(Standardization)与多与多样化样化( Diversification)和互换性和互换性(Interchangeability)
55、的特征的特征允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统允许通过对构件的增减来构造系统，实现系统“积木式积木式”的的集成。构造应该是可移植的和透明的；集成。构造应该是可移植的和透明的；开放体系结构开放体系结构CNC的优点的优点向未来技术开放：向未来技术开放：标准化的人机界面：标准化的人机界面：向用户特殊要求开放：向用户特殊要求开放：开放式数控装置的概念结构开放式数控装置的概念结构数控功能数控功能应用程序应用程序NC构件库构件库图图1-20 1-20 开放式数控装置的概念结构开放式数控装置的概念结构驱动并联化驱动并联化近年来出现了所谓六条腿结构的并联运动机床。这种新颖的机床是近年来出现了所谓六条腿结
56、构的并联运动机床。这种新颖的机床是采用以可伸缩的六条采用以可伸缩的六条“腿腿”（伺服轴）支撑并连接上平台（装有主（伺服轴）支撑并连接上平台（装有主轴头）与下平台（装有工作台）的构架结构形式，取代传统的床身、轴头）与下平台（装有工作台）的构架结构形式，取代传统的床身、立柱等支撑结构，而没有任何导轨与滑板的所谓立柱等支撑结构，而没有任何导轨与滑板的所谓“虚轴机床虚轴机床”。并联运动机床是并联运动机床是19941994年出现的新概念机床，是一种在结构上完全不年出现的新概念机床，是一种在结构上完全不同于传统机床的新型机床。同于传统机床的新型机床。19941994年，在美国国际制造技术展览会上年，在美国
57、国际制造技术展览会上（IMTS94IMTS94），美国），美国Giddings-Giddings-LewisLewis公司推出了公司推出了VariaxVariax加工中心（如图所示）。在这台机床上，加工中心（如图所示）。在这台机床上，看不到传统机床的床身、导轨、立柱和横粱等结构，它的基本结构看不到传统机床的床身、导轨、立柱和横粱等结构，它的基本结构是一个活动平台、一个固定平台和六根长度可变的连杆。活动平台是一个活动平台、一个固定平台和六根长度可变的连杆。活动平台上装有机床主轴和刀具，固定平台上安装工件，六根杆实际是六个上装有机床主轴和刀具，固定平台上安装工件，六根杆实际是六个滚珠丝杠副，它通过
58、万向铰链将两个平台连在一起，同时将伺服电滚珠丝杠副，它通过万向铰链将两个平台连在一起，同时将伺服电动机的旋转运动转换为直线运动。当不断改变六根杆的长度时，可动机的旋转运动转换为直线运动。当不断改变六根杆的长度时，可带动活动平台产生六自由度的空间运动，使刀具在工件上加工出复带动活动平台产生六自由度的空间运动，使刀具在工件上加工出复杂的三维曲面。杂的三维曲面。驱动并联化驱动并联化 并联加工中心并联加工中心（又称（又称6 6条条腿数控机床、虚轴机床腿数控机床、虚轴机床）是数控机床在结构上）是数控机床在结构上取得的重大突破。取得的重大突破。驱动杆驱动杆机架机架 动平台动平台主轴电机主轴电机伺服电机伺服
59、电机主轴主轴刀具刀具柔性夹具柔性夹具工件工件静平台静平台图图1-21 1-21 并联机床结构示意图并联机床结构示意图并联运动机床与传统机床的比较并联运动机床与传统机床的比较 并联运动机床与传统机床的结构见下图所示。并联运动机床与传统机床的结构见下图所示。并联运动机床是以机床框架为固定平台的若干个杆件组成空间并联机构并联运动机床是以机床框架为固定平台的若干个杆件组成空间并联机构，主轴部件安装在并联机构的动平台上，工作台与机床框架连接在一起。，主轴部件安装在并联机构的动平台上，工作台与机床框架连接在一起。改变杆件的长度或移动杆件的支点，按照并联运动学原理形成刀具相对改变杆件的长度或移动杆件的支点，
60、按照并联运动学原理形成刀具相对于被加工零件的运动轨迹。于被加工零件的运动轨迹。并联运动机床与传统机床相比，具有以下优异的性能：并联运动机床与传统机床相比，具有以下优异的性能：并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物；并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物；由于它没有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约机床性能由于它没有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约机床性能提高的结构，提高的结构，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。由于并联运动机床具有上述显著优点，目前已成为高速高效高柔性由于并联运动机床具有上述
61、显著优点，目前已成为高速高效高柔性加工设备的一个新的发展方向，但是它也存在一些缺点，如控制加工设备的一个新的发展方向，但是它也存在一些缺点，如控制计算极其复杂，杆件的热变形对机床的加工精度影响比较严重，计算极其复杂，杆件的热变形对机床的加工精度影响比较严重，机床加工的有效空间相对于机床本身体积所占比例较小。机床加工的有效空间相对于机床本身体积所占比例较小。特点特点并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物；并联结构机床是现代机器人与传统加工技术相结合的产物；由于它没有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约机床性能提由于它没有传统机床所必需的床身、立柱、导轨等制约机床性能提高的结构，高的
62、结构，具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。 鉴鉴于于并并联联机机床床具具有有许许多多传传统统机机床床所所无无法法比比拟拟的的卓卓越越性性能能，它它作作为为一一种种新新型型的的加加工工设设备备，已已成成为为当当前前机机床床技技术术的的一一个个重重要要研研究究方方向向。近近年年来来，受受到到了了国国际际机机床床行行业业的的高高度度重重视视。在在近近几几年年的的国国际际知知名名机机床床博博览览会会上上，一一些些世世界界著著名名的的机机床床厂厂商商都都展展出出了了他他们们研研制制的的并并联联机机床床，得得到到了了行行家家们们的的高高度
63、度评评价价，被被认认为为是是“自自发发明明数数控控技技术术以以来来在在机机床床行行业业中中最最有有意意义义的的进步进步”，“2121世纪新一代数控加工设备世纪新一代数控加工设备”。交互网络化交互网络化 支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足支持网络通讯协议，既满足单机需要，又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成对基层设备集成要求的数控系统，该系统是形成“全球制造全球制造”的基的基础单元。础单元。网络资源共享。网络资源共享。数控机床的远程（网络）监视、控制。数控机床的远程（网络）监视、控制。数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控）数控机床的远程（网络）
64、培训与教学（网络数控）数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程（网络）诊断、远数控装备的数字化服务（数控机床故障的远程（网络）诊断、远程维护、电子商务等）。程维护、电子商务等）。1.2 插补原理与计算机数控系统插补原理与计算机数控系统 1插补插补（Interpolation）的基本概念的基本概念 机床上进行轮廓加工的各种工件，一般都是由一些简单的、基机床上进行轮廓加工的各种工件，一般都是由一些简单的、基本的几何元素（直线、圆弧等）构成。若加工对象由其它二次曲本的几何元素（直线、圆弧等）构成。若加工对象由其它二次曲线和高次曲线组成，可以采用一小段直线或圆弧来拟合线和高次曲线组成，可以采用一小段直
65、线或圆弧来拟合(有些场有些场合，需要抛物线或高次曲线拟合合，需要抛物线或高次曲线拟合)，就可以满足精度要求。这种，就可以满足精度要求。这种拟合的方法就是拟合的方法就是“插补插补”（Interpolation）。）。 它实质上是根据有限的信息完成把它实质上是根据有限的信息完成把“填补空白填补空白”的的“数据密化数据密化”的工的工作。即数控装置依据编程时有限数据，按照一定方法产生基本线作。即数控装置依据编程时有限数据，按照一定方法产生基本线型（直线、圆弧等），并以此为基础完成所需要轮廓轨迹的拟合型（直线、圆弧等），并以此为基础完成所需要轮廓轨迹的拟合工作。工作。 可见数控系统根据零件轮廓线型的有限
66、信息，计算出刀具的一系可见数控系统根据零件轮廓线型的有限信息，计算出刀具的一系列加工点、完成所谓的数据列加工点、完成所谓的数据“密化密化”工作。插补有二层意思：工作。插补有二层意思：一是一是用小线段逼近产生基本线型（如直线、圆弧等）；二是用基本线用小线段逼近产生基本线型（如直线、圆弧等）；二是用基本线型拟和其它轮廓曲线型拟和其它轮廓曲线。1.2.1插补原理插补原理2插补方法插补方法 在在数数控控系系统统中中，常常用用的的插插补补方方法法有有逐逐点点插插补补法法、数数字字积积分分法法、时时间间 分分 割割 法法 等等 。 现现 将将 数数 控控 系系 统统 中中 用用 得得 最最 多多 的的 方
67、方 法法 逐点比较法的插补过程和直线圆弧插补运算方法简介如下。逐点比较法的插补过程和直线圆弧插补运算方法简介如下。 逐逐点点比比较较法法又又称称代代数数运运算算法法、醉醉步步法法，其其插插补补原原理理可可概概括括为为“逐逐点点比比较较，步步步步逼逼近近”八八个个字字。逐逐点点比比较较法法的的插插补补过过程程分分为为四四个个步步骤：骤： 偏偏差差判判别别 根根椐椐偏偏差差值值判判断断刀刀具具当当前前位位置置与与理理想想线线段段的的相相对对位位置置，以以确确定定下下一步的走向。一步的走向。 坐标进给坐标进给 根据判别结果，使刀具向根据判别结果，使刀具向x或或y方向移动一步。方向移动一步。 偏偏差差
68、计计算算 当当刀刀具具移移到到新新位位置置时时，再再计计算算与与理理想想线线段段间间的的偏偏差差以以确确定定下下一一步步的走向。的走向。 终终点点判判别别 判判断断刀刀具具是是否否到到达达终终点点。未未到到终终点点，则则继继续续进进行行插插补补。若若己己达达终终点，则插补结束。点，则插补结束。（1）直线插补）直线插补图图1-16 1-16 直线插补直线插补规定：当加工点在OA直线上方或在OA直线上，该点的偏差值Fn0，若在OA直线的下方，即偏差值Fn0，机床数控装置的逻辑功能，根据偏差值能自动判别走步。当Fn0时朝+x方向进给一步，当Fn0时，朝+y方向进给一步，每走一步自动比较一下，边判别边
69、走步，刀具依次以折线0-1-2-3-4A逼近OA直线。就这样，从O点起逐点穿插进给一直加工到A点为止。这种具有沿平滑直线分配脉冲的功能叫作直线插补。（2）圆弧插补）圆弧插补图图1-17 1-17 圆弧插补圆弧插补规定：当加工点在AB圆弧外侧或在AB圆弧上，偏差值（该点到原点O的距离与半径R的比值）Fn0；若该点在圆弧AB的内侧，即偏差值Fn0。 加工时，当Fn0时，朝-x方向进给一步；当Fn0时，朝+y方向进给一步，刀具沿折线A-1-2-3-4B依次逼近AB圆弧，从A点起逐点穿插进给一直加工到B点为止。这种沿圆弧分配脉冲的功能叫做圆弧插补，实现这种插补运算的装置叫做圆弧插补器。 （3）逐点比较
70、法的象限处理）逐点比较法的象限处理 1）分别处理法）分别处理法 四四个个象象限限的的直直线线插插补补，会会有有4组组计计算算公公式式，对对于于4个个象象限限的的逆逆时时针圆弧插补和针圆弧插补和4个象限的顺时针圆弧插补，会有个象限的顺时针圆弧插补，会有8组计算公式。组计算公式。直线直线顺圆顺圆逆圆逆圆F0F0F0F0F0F0F0F0图图1-18 1-18 直线插补和圆弧插补四个象限进给方向直线插补和圆弧插补四个象限进给方向 2 2）坐标变换法）坐标变换法 用用第第一一象象限限逆逆圆圆插插补补的的偏偏差差函函数数进进行行第第三三象象限限逆逆圆圆和和第第二二、四四象象限限顺顺圆圆插插补补的的偏偏差差
71、计计算算，用用第第一一象象限限顺顺圆圆插插补补的的偏偏差差函函数数进进行第三象限顺圆和第二、四象限逆圆插补的偏差计算。行第三象限顺圆和第二、四象限逆圆插补的偏差计算。 随着电子技术的发展，数控（随着电子技术的发展，数控（NC）系统有了较大的发展，从硬件）系统有了较大的发展，从硬件数控发展成计算机数控（数控发展成计算机数控（Computer Numerical Control即即CNC）。计算机数控系统）。计算机数控系统(简称简称CNC系统系统)是本世纪是本世纪70年年代发展起来的新的机床数控系统，它用一台计算机代替先前硬件数代发展起来的新的机床数控系统，它用一台计算机代替先前硬件数控所完成的功
72、能。控所完成的功能。 CNC与与NC系统的主要区别在于，系统的主要区别在于，CNC机床采用专用的或通用的计机床采用专用的或通用的计算机控制，系统软件常驻内存中，零件加工程序可以输入到内存中。算机控制，系统软件常驻内存中，零件加工程序可以输入到内存中。只要改变计算机的控制软件，就能实现一种新的控制方式，从而加只要改变计算机的控制软件，就能实现一种新的控制方式，从而加工出另一种新的工件。计算机数控系统（工出另一种新的工件。计算机数控系统（CNC），是采用通用计），是采用通用计算机元件与结构，并配备必要的输入算机元件与结构，并配备必要的输入/输出部件构成的。采用控制输出部件构成的。采用控制软件来实现
73、加工程序存储、译码、插补运算、辅助动作逻辑联锁以软件来实现加工程序存储、译码、插补运算、辅助动作逻辑联锁以及其它复杂功能。及其它复杂功能。1.2.2计算机数控系统计算机数控系统 CNC数控系统由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可数控系统由程序、输入输出设备、计算机数字控制装置、可编程控制器（编程控制器（PC）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。图）、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。图1-19为为CNC系统框图。系统框图。CNC装置装置程序程序输入设备输入设备输出设备输出设备PLC主轴控制单元主轴控制单元速度控制单元速度控制单元主轴电机主轴电机机床机床进给电机进给电机位置检测器位置检测
74、器图图1-19 1-19 CNCCNC系统框图系统框图 完整的完整的CNC系统分为系统分为NC部分部分与与PC部分部分。NC部分主要控制部分主要控制机床机床主运动和进给运动主运动和进给运动；PC部分称为部分称为可编程控制器可编程控制器，它主要接收程，它主要接收程序中辅助功能指令或操作控制面板的操作指令，控制各种辅助动序中辅助功能指令或操作控制面板的操作指令，控制各种辅助动作及其联锁等，并显示各种控制信号状态。作及其联锁等，并显示各种控制信号状态。 就目前应用来看，就目前应用来看，FANUC（日本）、（日本）、SIEMENS（德国）、（德国）、FAGOR（西班牙）、（西班牙）、HEIDENHAIN（德国）、（德国）、MITSUBISHI（日本（日本）等公司的数控系统及相关产品，在数控机床行业占据主导地位）等公司的数控系统及相关产品，在数控机床行业占据主导地位；我国数控产品以；我国数控产品以华中数控华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产业化。控系统产业化。
