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1、数控加工程序输入及预处理数控加工程序输入及预处理第一节数控加工程序输入第二节数控加工程序的译码与诊断第三节刀具补偿原理第四节其他预处理1 1、纸带阅读机输入、纸带阅读机输入 自学自学2 2、键盘方式输入、键盘方式输入3 3、存储器方式输入、存储器方式输入4 4、通信方式输入、通信方式输入5 5、数控加工程序的存储、数控加工程序的存储第一节数控加工程序输入第一节数控加工程序输入纸带阅读机其它输入方式零件程序存储器MDI键盘零件程序缓冲器MDI缓冲器译 码2、键盘方式输入键盘是一种常用的输入方式。在现代数控机床上，一键盘是一种常用的输入方式。在现代数控机床上，一般都配有键盘，供数控机床操作者输入数
2、控加工程序般都配有键盘，供数控机床操作者输入数控加工程序( (一般为部分或简单的数控加工程序一般为部分或简单的数控加工程序) )和控制信息，例和控制信息，例如控制参数、补偿数据等。这种输入方式称为手动数如控制参数、补偿数据等。这种输入方式称为手动数据输入据输入(MDI)(MDI)方式。方式。第一节数控加工程序输入第一节数控加工程序输入n n键盘分为全编码键盘和非编码键盘两种类型。n n数控机床中使用较多的非编码键盘由一组排列成矩阵方式的按键开关组成。2.1、键盘输入功能n n一般要求显示器同步显示键盘输入内容。一般要求显示器同步显示键盘输入内容。n n不同工作方式下，键盘输入功能不同：不同工作
3、方式下，键盘输入功能不同：n n编辑方式下：输入加工程序、编辑、存储编辑方式下：输入加工程序、编辑、存储n n运行方式下：输入各种有关命令，对机床及外围运行方式下：输入各种有关命令，对机床及外围设备进行控制，修改刀具参数以及工艺参数，使设备进行控制，修改刀具参数以及工艺参数，使数控机床加工更符合实际需要数控机床加工更符合实际需要第一节数控加工程序输入第一节数控加工程序输入2.2、键盘的输入处理图2-4键盘中断服务程序流程框图第一节数控加工程序输入第一节数控加工程序输入n n键盘各种输入信息是通过中断键盘各种输入信息是通过中断方式实现。方式实现。n nCPUCPU响应中断，中断服务程序响应中断，
4、中断服务程序读入从键盘输入的内容读入从键盘输入的内容输入加工程序：输入加工程序：输入加工程序：输入加工程序：n n中断将输入的字符转换成内码中断将输入的字符转换成内码并存入并存入MDIMDI缓冲器；缓冲器；输入命令：输入命令：输入命令：输入命令：n n转入相应的键盘处理程序转入相应的键盘处理程序3、存储器方式输入图2-5数控加工程序存储器第一节数控加工程序输入第一节数控加工程序输入n n外存储器软盘或硬盘n n内存储器：RAMn n1.数控加工程序缓冲器：容量小n n2.数控加工程序存储器：存放整个数控加工程序，容量大。建立程序目录区（存放程序名称、建立程序目录区（存放程序名称、存放的首末地址
5、等）存放的首末地址等）4、通信方式输入第一节第一节数控加工程序输入数控加工程序输入n n现代数控装置一般配置标准通信接口，与编程机或微机相连，进行点对点通信，实现程序、工艺参数的传送。n n网络通信：与DNC计算机或上位机、网络通信n n通信方式：通信方式：n n并行通信：把一个字符的各数位用几条线同时并行通信：把一个字符的各数位用几条线同时进行传输，传输速度快，信息率高。但它比串进行传输，传输速度快，信息率高。但它比串行通信所用的电缆多，故常用在传输距离较短行通信所用的电缆多，故常用在传输距离较短（几米至几十米）、数据传输率较高的场合。（几米至几十米）、数据传输率较高的场合。n n串行通信是
6、指数据串行通信是指数据一位一位地依次传输一位一位地依次传输，每一，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只要少数位数据占据一个固定的时间长度。其只要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设之间的计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离远距离通信通信。5、数控加工程序的存储表2-1常用数控加工代码及对应内码第一节数控加工程序输入第一节数控加工程序输入n n直接存放译码速度受限n n转成内码存放译码速度加快内码的使用，使内码的使用，使内码的使用，使内码的使用，使ISOISO码、码、码、码、EIAEIA码在译码前具有码在译码前具有
7、码在译码前具有码在译码前具有统一的格式，加快译码速度统一的格式，加快译码速度统一的格式，加快译码速度统一的格式，加快译码速度数控加工程序存储区内部信息（假如首地址2000H）第一节数控加工程序输入第一节数控加工程序输入例如：ISO代码程序1 1、数控加工程序的译码、数控加工程序的译码2 2、数控加工程序的诊断、数控加工程序的诊断3 3、软件实现、软件实现第二节第二节数控加工程序的译码与诊断数控加工程序的译码与诊断14603B一、数控加工程序的译码( (一一) )代码识别代码识别( (二二) )功能码翻译功能码翻译第二节第二节数控加工程序的译码与诊断数控加工程序的译码与诊断(一)代码识别代码识别
8、是通过软件将数控加工程序缓冲器中的内码读代码识别是通过软件将数控加工程序缓冲器中的内码读出，并判断该数据的属性。如果是数字码，则立即设置出，并判断该数据的属性。如果是数字码，则立即设置相应的标志并转存；如果是字母码，则进一步判断该码相应的标志并转存；如果是字母码，则进一步判断该码的具体功能，然后设置代码标志并转入相应的处理。在的具体功能，然后设置代码标志并转入相应的处理。在判断字母码功能时一般按查寻方式进行，即串行比较各判断字母码功能时一般按查寻方式进行，即串行比较各个字符，因此处理速度较慢。由于译码的实时性要求不个字符，因此处理速度较慢。由于译码的实时性要求不高，可以安排在数控系统软件的后台
9、程序中完成，利用高，可以安排在数控系统软件的后台程序中完成，利用其空闲时间进行译码，一般来讲仍是能满足要求的。其空闲时间进行译码，一般来讲仍是能满足要求的。第二节第二节数控加工程序的译码与诊断数控加工程序的译码与诊断n n译码：将输入的数控加工程序翻译成译码：将输入的数控加工程序翻译成CNCCNC装置装置能够识别的代码形式能够识别的代码形式n n（一）代码识别（一）代码识别 （二）功能码翻译（二）功能码翻译n n将缓冲器中数据（内码）逐个读出，先识别其将缓冲器中数据（内码）逐个读出，先识别其属性，然后作相应的处理（判断其是字母码、属性，然后作相应的处理（判断其是字母码、功能码、数字码）。功能码
10、、数字码）。n n数字码：立即设置相应的标志并转存n n字母码：将其后续数字码送到相应译码结果缓冲器单元。n n功能码：需进一步判断该码功能，再处理。n n判断字母码功能时按查寻方式串行比较，速度慢安排在软件的后台程序中完成，利用空闲时间进行译码一、数控加工程序的译码一、数控加工程序的译码图2-7代码识别流程图第二节第二节数控加工程序的译码与诊断数控加工程序的译码与诊断图2-7代码识别流程图第二节第二节数控加工程序的译码与诊断数控加工程序的译码与诊断n n CNC CNC系统软件分系统软件分前台程序前台程序和和后台程序后台程序两部分。前台两部分。前台程序是一个程序是一个实时中断实时中断服务程序
11、，承担几乎全部的实时服务程序，承担几乎全部的实时功能，实现与机床动作直接相关的功能，如插补、位功能，实现与机床动作直接相关的功能，如插补、位置控制、机床监控等。置控制、机床监控等。n n 译码程序主要处理一些实时性不高的问题，因此又译码程序主要处理一些实时性不高的问题，因此又可以叫做背景程序。运动控制程序是前台程序。在背可以叫做背景程序。运动控制程序是前台程序。在背景程序循环运行的过程中，前台的实时程序不断地定景程序循环运行的过程中，前台的实时程序不断地定时插入，二者密切配合，共同完成加工任务。时插入，二者密切配合，共同完成加工任务。一、数控加工程序的译码(二)功能码翻译第二节数控加工程序的译
12、码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断n n1. 1.建立一个与数控加工程序缓冲器对应的译码结果缓冲器；建立一个与数控加工程序缓冲器对应的译码结果缓冲器；n n在在CNCCNC存储器中划出一块存储区，供数控加工程序中可存储器中划出一块存储区，供数控加工程序中可能出现的各个功能代码设置存储单元，存放对应的特征字或能出现的各个功能代码设置存储单元，存放对应的特征字或数字，后续的处理软件根据需要到对应的存储单元取出数控数字，后续的处理软件根据需要到对应的存储单元取出数控加工程序信息并予以执行。加工程序信息并予以执行。n n2. 2.考虑缓冲器的规模考虑缓冲器的规模n n针对每个字符和代码都设置存储区
13、会形成庞大的表格，针对每个字符和代码都设置存储区会形成庞大的表格，浪费内存且影响译码速度。浪费内存且影响译码速度。n n有些代码的功能属性相同或相近，不可能出现在同一个程序有些代码的功能属性相同或相近，不可能出现在同一个程序段中，具有互斥性。段中，具有互斥性。一、数控加工程序的译码(二)功能码翻译第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断n n2. 2.考虑缓冲器的规模考虑缓冲器的规模n n将将GG代码、代码、MM代码按功能属性分组，每一组代码只需要代码按功能属性分组，每一组代码只需要设置一个独立的内存单元即可，并以特征字来区分本组中的设置一个独立的内存单元即可，并以特征字来
14、区分本组中的不同代码。不同代码。n n对于尚未定义功能的代码，不必设置内存单元，这样可对于尚未定义功能的代码，不必设置内存单元，这样可以大大压缩译码结果存储器的规模，保证译码速度和效率。以大大压缩译码结果存储器的规模，保证译码速度和效率。其他功能代码如S、F、T在一个程序段中只可能出现一次，在内存中的地址可以指定。一、数控加工程序的译码(二)功能码翻译表2-3常用G代码、M代码的分组第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断一、数控加工程序的译码(二)功能码翻译第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断n n3.约定存储格式n n不同的CNC装置译码结果缓冲
15、器的规模和存储格式是不一样的。n n但对某一个具体的CNC装置而言，译码结果缓冲器的规模和存储格式是固定不变的一、数控加工程序的译码(二)功能码翻译第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断n n3.约定存储格式n nN、T代码设计为一个字节，使用压缩型代码设计为一个字节，使用压缩型BCD码码n n坐标值用两字节带符号的二进制数表示坐标值用两字节带符号的二进制数表示,范围：范围：-3276832767n nS、F功能用两字节无符号二进制数表示，功能用两字节无符号二进制数表示，范围为：范围为：065535n n如如G90代码：首先确定代码：首先确定G90属于属于Gf组，组，一、
16、数控加工程序的译码(二)功能码翻译图2-8数控加工程序译码过程示意图第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断一、数控加工程序的译码存储存储译码译码n n1.读入字符（N）n n2.（为N）设立标志n n3.读入N后字符，进行合并n n4.检查错误？存入译码结果缓冲器中N代码对应的内存单元。n nLFLF结束，进行有关的结束处理，并返回主程序；结束，进行有关的结束处理，并返回主程序；n n一个完整数控加工程序段中的所有功能代码连同一个完整数控加工程序段中的所有功能代码连同他们后面的数字码，都被依次对应地存入到相应的译他们后面的数字码，都被依次对应地存入到相应的译码结果缓冲器中
17、码结果缓冲器中(二)功能码翻译第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断一、数控加工程序的译码译码过程译码过程二、数控加工程序的诊断( (一一) )语法错误现象语法错误现象( (二二) )逻辑错误现象逻辑错误现象第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断( (一一) )语法错误现象语法错误现象1)1)程序段的第一个代码不是程序段的第一个代码不是N N代码。代码。2)N2)N代码后的数值超过了代码后的数值超过了CNCCNC系统规定的取值范围。系统规定的取值范围。3)N3)N代码后出现负数。代码后出现负数。4)4)在数控加工程序中出现不认识的功能代码。在数控加工
18、程序中出现不认识的功能代码。5)5)坐标值代码后的数据超越了机床的行程范围。坐标值代码后的数据超越了机床的行程范围。6)S6)S代码所设置的主轴转速超过了代码所设置的主轴转速超过了CNCCNC系统规定的取值范围。系统规定的取值范围。7)F7)F代码所设置的进给速度超过了代码所设置的进给速度超过了CNCCNC系统规定的取值范围。系统规定的取值范围。8)T8)T代码后的刀具号不合法。代码后的刀具号不合法。9)9)出现出现CNCCNC系统中未定义的系统中未定义的G G代码，一般的数控系统只能实现代码，一般的数控系统只能实现ISOISO标准或标准或EIAEIA标准中标准中G G代码的子集。代码的子集。
19、10)10)出现出现CNCCNC系统中未定义的系统中未定义的MM代码，一般的数控系统只能实现代码，一般的数控系统只能实现ISOISO标准或标准或EIAEIA标准中标准中MM代码的子集。代码的子集。第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断二、数控加工程序的诊断( (二二) )逻辑错误现象逻辑错误现象第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断二、数控加工程序的诊断n n1) 1)在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组在同一个数控加工程序段中先后
20、出现两个或两个以上的同组G G代码。数控系统约定，同组代码。数控系统约定，同组代码。数控系统约定，同组代码。数控系统约定，同组G G代码具有互斥性，同一程序段中代码具有互斥性，同一程序段中代码具有互斥性，同一程序段中代码具有互斥性，同一程序段中不允许出现多个同组不允许出现多个同组不允许出现多个同组不允许出现多个同组G G代码。例如，在同一程序段中不允许代码。例如，在同一程序段中不允许代码。例如，在同一程序段中不允许代码。例如，在同一程序段中不允许G41G41与与与与G42G42同时出现。同时出现。同时出现。同时出现。n n2)2)在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组在同一个数控
21、加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组MM代码。同一程序段中不允许代码。同一程序段中不允许代码。同一程序段中不允许代码。同一程序段中不允许M03M03与与与与M04M04同时出现。同时出现。同时出现。同时出现。n n3)3)在同一数控加工程序段中先后编入相互矛盾的尺寸代码。在同一数控加工程序段中先后编入相互矛盾的尺寸代码。在同一数控加工程序段中先后编入相互矛盾的尺寸代码。在同一数控加工程序段中先后编入相互矛盾的尺寸代码。n n4)4)违反系统约定，在同一数控加工程序段中超量编入违反系统约定
22、，在同一数控加工程序段中超量编入违反系统约定，在同一数控加工程序段中超量编入违反系统约定，在同一数控加工程序段中超量编入MM代码。代码。代码。代码。例如，数控系统只允许在一个程序段内最多编入三个例如，数控系统只允许在一个程序段内最多编入三个例如，数控系统只允许在一个程序段内最多编入三个例如，数控系统只允许在一个程序段内最多编入三个MM代码，代码，代码，代码，但实际却编入了四个或更多，这是不允许的。但实际却编入了四个或更多，这是不允许的。但实际却编入了四个或更多，这是不允许的。但实际却编入了四个或更多，这是不允许的。三、软件实现第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断n n
23、CNC CNC系统软件分系统软件分前台程序前台程序和和后台程序后台程序两部分。前台两部分。前台程序是一个程序是一个实时中断实时中断服务程序，承担几乎全部的实时服务程序，承担几乎全部的实时功能，实现与机床动作直接相关的功能，如插补、位功能，实现与机床动作直接相关的功能，如插补、位置控制、机床监控等。置控制、机床监控等。n n 译码程序主要处理一些实时性不高的问题，因此又译码程序主要处理一些实时性不高的问题，因此又可以叫做背景程序。运动控制程序是前台程序。在背可以叫做背景程序。运动控制程序是前台程序。在背景程序循环运行的过程中，前台的实时程序不断地定景程序循环运行的过程中，前台的实时程序不断地定时
24、插入，二者密切配合，共同完成加工任务。时插入，二者密切配合，共同完成加工任务。对于对于CNCCNC装置而言，数控加工程序的输入、译码装置而言，数控加工程序的输入、译码和诊断是其必需的操作。由于译码结果缓冲器对和诊断是其必需的操作。由于译码结果缓冲器对某种数控系统来说是固定不变的，因此，可采用某种数控系统来说是固定不变的，因此，可采用变址寻址的方式来确定译码结果在内存中的存放变址寻址的方式来确定译码结果在内存中的存放地址。为了寻址方便，在地址。为了寻址方便，在ROMROM中可设置一个译中可设置一个译码结果缓冲器格式表格，并规定每种类型功能代码结果缓冲器格式表格，并规定每种类型功能代码在该表中的位
25、置，即相对表头的地址偏移量，码在该表中的位置，即相对表头的地址偏移量，以及该功能字的字节数、数据格式等。以及该功能字的字节数、数据格式等。第二节数控加工程序的译码与诊断第二节数控加工程序的译码与诊断三、软件实现数控加工程序译码与诊断流程图第二节第二节数控加工程序的译码与诊断数控加工程序的译码与诊断三、软件实现1 1、刀具补偿计算的意义、刀具补偿计算的意义2 2、刀具长度补偿计算、刀具长度补偿计算3 3、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理3.1、刀具补偿计算的意义1)1)由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具相关尺寸变化不必重新由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具相
26、关尺寸变化不必重新编写程序，只需修改相应的刀补参数即可。编写程序，只需修改相应的刀补参数即可。2)2)当被加工零件在同一机床上经历粗加工、半精加工、精加工多当被加工零件在同一机床上经历粗加工、半精加工、精加工多道工序时，不必编写三种加工程序，可将各工序预留的加工余量道工序时，不必编写三种加工程序，可将各工序预留的加工余量加入刀补参数即可。加入刀补参数即可。第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n控制对象：刀架参考点或刀具中心n n切削部位：刀尖或刀刃边缘n n刀具补偿n n长度补偿；半径补偿图2-10不同类型刀具的补偿示意图a)立铣刀b)钻头c)外圆车刀第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n
27、 n半径半径 长度长度 半径，长度半径，长度补偿中使用的刀具参数主要有：补偿中使用的刀具参数主要有：刀具半径、刀具长度、刀具中心偏移量刀具半径、刀具长度、刀具中心偏移量3.2、刀具长度补偿计算、刀具长度补偿计算图2-11数控车床刀具结构参数示意图第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理实现刀尖圆弧中心轨迹与刀架相关点的转换实现刀尖圆弧中心轨迹与刀架相关点的转换3.2、刀具长度补偿计算、刀具长度补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n由于在实际操作过程中由于在实际操作过程中F F与与S S之间的距离难以直接之间的距离难以直接测得，而理论刀尖点测得，而理论刀尖点P P相对刀架参考点相对刀架参
28、考点F F的距离容的距离容易测得，故先计算易测得，故先计算P P相对相对F F的偏移量，再根据情况的偏移量，再根据情况计算。计算。n n令令RsRs0 0可得刀具长度补偿的计算公式为：可得刀具长度补偿的计算公式为：零件轮廓轨迹经补偿后，通过控制零件轮廓轨迹经补偿后，通过控制F F点来实现点来实现n n当当当当Rs0Rs0Rs0Rs0时时时时n n刀尖圆弧半径补偿刀尖圆弧半径补偿刀尖圆弧半径补偿刀尖圆弧半径补偿RsRsRsRs很小，引起零件轮很小，引起零件轮很小，引起零件轮很小，引起零件轮廓的误差可以不考虑；调试过程及对刀过程廓的误差可以不考虑；调试过程及对刀过程廓的误差可以不考虑；调试过程及对
29、刀过程廓的误差可以不考虑；调试过程及对刀过程已经将已经将已经将已经将RsRsRsRs引起的误差包含在内。引起的误差包含在内。引起的误差包含在内。引起的误差包含在内。3.2、刀具长度补偿计算、刀具长度补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n钻床的刀具：刀具安装方式的刀钻床的刀具：刀具安装方式的刀钻床的刀具：刀具安装方式的刀钻床的刀具：刀具安装方式的刀具长度补偿具长度补偿具长度补偿具长度补偿 ( (一一) )刀具半径补偿原理刀具半径补偿原理( (二二) )刀具半径补偿类型刀具半径补偿类型( (三三) )方向矢量和刀具半径矢量方向矢量和刀具半径矢量( (四四) )转接类型的判别转接类型的判
30、别( (五五) )刀具半径补偿计算刀具半径补偿计算( (六六) ) 特殊情况处理特殊情况处理( (七七) )刀具半径补偿计算小结刀具半径补偿计算小结3.3、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n数控机床在连续轮廓加工过程中，数控系统所控制的运动轨迹不是零件的轮廓，而是加工刀具的中心轨迹。由于用户总是按零件的轮廓编写加工程序，因此，要加工出合格的零件，就必须使加工刀具中心在零件轮廓的法矢量方向上偏移一个刀具半径值，这种偏移就称为刀具半径补偿。1)1)刀具半径补偿建立。刀具半径补偿建立。2)2)刀具半径补偿进行。刀具半径补偿进行。3)3)刀具半径补偿撤消。刀具
31、半径补偿撤消。3.3.1、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理左补偿左补偿不补偿不补偿右补偿右补偿图2-12刀具半径补偿示意图3.3.1、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n粗实线为所需加工的零件轮廓粗实线为所需加工的零件轮廓n n虚线为刀具中心轨迹虚线为刀具中心轨迹n n为了便于分析问题，IS0标准规定：n n沿编程轨迹(零件轮廓)前进方向看去，当刀具中心轨迹始终在编程轨迹的左边时称为左刀补，用指令G41表示，如图。n n当刀具中心轨迹在编程轨迹的右边时称为右刀补，用指令G42表示。n n当不需要进行刀具半径补偿时，可
32、用指令G40来撤消由G41或G42建立的刀具半径补偿。图2-13刀具半径补偿过程示意图3.3.1、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理1. 1.刀具半径补偿建立刀具半径补偿建立刀具半径补偿建立刀具半径补偿建立n n从起刀点运动到工件刀具半径补偿起始点的过程。从起刀点运动到工件刀具半径补偿起始点的过程。n n根据根据G41G41或或G42G42指定的刀补方向，控制刀具中心轨迹相指定的刀补方向，控制刀具中心轨迹相对刀具半径补偿起始点偏移一个刀具半径值。对刀具半径补偿起始点偏移一个刀具半径值。刀具半径补偿建立刀具半径补偿建立只能在只能在G00G00或或G01G01的
33、的程序段中进行程序段中进行3.3.1、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理2. 2.刀具半径补偿进行刀具半径补偿进行刀具半径补偿进行刀具半径补偿进行n n控制刀具中心轨迹在工件轮廓的法矢量方向上始终偏移一个刀具半径值的过程。刀具半径补偿一旦建立，便一直维持补偿状态，直到被撤销为止。3.3.1、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理3. 3.刀具半径补偿撤消刀具半径补偿撤消刀具半径补偿撤消刀具半径补偿撤消n n刀具撤离工件表面返回到起刀点位置的过程。根据刀补刀具撤离工件表面返回到起刀点位置的过程。根据刀补撤销前撤销前G41G41和
34、和G42G42的情况，控制刀具中心轨迹相对刀具的情况，控制刀具中心轨迹相对刀具半径补偿终点偏移一个刀具半径半径补偿终点偏移一个刀具半径 值，使刀具回到起刀值，使刀具回到起刀点。点。刀具半径补偿撤销刀具半径补偿撤销只能在只能在G00G00或或G01G01的的程序段中进行程序段中进行3.3.1、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n上述刀具半径补偿算法只适用于自定的二维坐标平上述刀具半径补偿算法只适用于自定的二维坐标平面内面内, ,而平面的指定是通过而平面的指定是通过G17/G18/G19G17/G18/G19来设定的。来设定的。n n硬件数控采用读一段，算一
35、段，再走一段的数据流硬件数控采用读一段，算一段，再走一段的数据流方式，无法考虑到两个轮廓段之间刀具中心轨迹的方式，无法考虑到两个轮廓段之间刀具中心轨迹的过渡问题，靠编程员解决。过渡问题，靠编程员解决。n nCNCCNC中，增设了两组刀补缓冲器，以便让至少两个中，增设了两组刀补缓冲器，以便让至少两个含有零件轮廓信息的加工程序段（一般保证含有零件轮廓信息的加工程序段（一般保证3 3个段）个段）的信息同时在的信息同时在CNCCNC系统内部被处理，从而可对刀具系统内部被处理，从而可对刀具中心轨迹及时修正，回避了刀具干涉现象的发生。中心轨迹及时修正，回避了刀具干涉现象的发生。刀具半径补偿执行过程相关问题
36、：刀具半径补偿执行过程相关问题：刀具半径补偿执行过程相关问题：刀具半径补偿执行过程相关问题：3.3.1、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n刀具半径补偿功能，可以大大简化编程的工作量：刀具半径补偿功能，可以大大简化编程的工作量：n n1. 1.加工过程中，刀具的磨损和更换是不可避免的，加工过程中，刀具的磨损和更换是不可避免的，因此刀具的半径也经常变化。采用刀具半径补偿因此刀具的半径也经常变化。采用刀具半径补偿后，不必重新编程，只需要对相应的参数进行修后，不必重新编程，只需要对相应的参数进行修改即可。改即可。n n2. 2.由于轮廓加工往往不是一道工序就能
37、完成的，由于轮廓加工往往不是一道工序就能完成的，在粗加工时，要为精加工预留一定的加工余量。在粗加工时，要为精加工预留一定的加工余量。加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，不必加工余量的预留可通过修改偏置参数实现，不必为粗加工和精加工分别编程。为粗加工和精加工分别编程。3.3.1、刀具半径补偿原理、刀具半径补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理走直线、走圆角走直线、走圆角n n圆弧过渡可使刀具中心轨迹或工件轮廓光滑过渡，但圆弧过渡可使刀具中心轨迹或工件轮廓光滑过渡，但在尖角处的加工误差可能变大，尖角不尖。在尖角处的加工误差可能变大，尖角不尖。n n插入直线过渡的加工误差在尖角处较小，并避免
38、在尖插入直线过渡的加工误差在尖角处较小，并避免在尖角处出现加工停顿现象或刀具干涉现象。角处出现加工停顿现象或刀具干涉现象。图2-14拐角的定义a)外拐角b)内拐角n n转接部分的过渡处理与相邻两轮廓段的夹角转接部分的过渡处理与相邻两轮廓段的夹角 ( (拐角拐角/ /转接角）有关转接角）有关n n拐角：相邻两轮廓交接点处的切线在工件实体一拐角：相邻两轮廓交接点处的切线在工件实体一侧的夹角。侧的夹角。036003600 00 00 01801800 0 外拐角外拐角1801800 0 3603600 0 内拐角内拐角3.3.2、刀具半径补偿类型、刀具半径补偿类型第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理
39、n n轨迹连接方式：轨迹连接方式：n n 直线接直线；直线接直线；n n 直线接圆弧；直线接圆弧；n n 圆弧接圆弧；圆弧接圆弧；n n 圆弧接直线。圆弧接直线。1)1)当当00 9090时，刀具半径补偿在此处的转接方式为时，刀具半径补偿在此处的转接方式为插入型。插入型。2)2)当当9090 180180时，刀具半径补偿在此处的转接方式时，刀具半径补偿在此处的转接方式为伸长型。为伸长型。3)3)当当180180 360360时，刀具半径补偿在此处的转接方时，刀具半径补偿在此处的转接方式为缩短型。式为缩短型。3.3.2、刀具半径补偿类型、刀具半径补偿类型第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理 缩短
40、型缩短型1801800 0 3603600 0 伸长型伸长型90900 01801800 0 插入型插入型0090900 0 3.3.2、刀具半径补偿类型、刀具半径补偿类型第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n直线矢量直线矢量直线矢量直线矢量方向由起点指向终点方向由起点指向终点n n圆弧矢量圆弧矢量圆弧矢量圆弧矢量半径矢量（矢径）、弦长矢量半径矢量（矢径）、弦长矢量n n半径矢量半径矢量半径矢量半径矢量方向方向由圆弧中心指向圆弧上动点，弦长矢由圆弧中心指向圆弧上动点，弦长矢量则由圆弧起点指向终点量则由圆弧起点指向终点n n刀具半径矢量：加工过程中始终垂直
41、于工件的编程刀具半径矢量：加工过程中始终垂直于工件的编程轮廓，大小等于刀具半径值，方向指向刀具中心的轮廓，大小等于刀具半径值，方向指向刀具中心的一个矢量。一个矢量。n n方向矢量：与零件轮廓上任意动点运动方向（切线）一致的单位矢量，ld3.3.3、方向矢量方向矢量和刀具半径矢量和刀具半径矢量图2-18方向矢量的定义a)直线b)圆弧第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n1.方向矢量n n与零件轮廓上任意动点运动方向（切线）一致的单位矢量，ld3.3.3、方向矢量方向矢量和刀具半径矢量和刀具半径矢量n n直线的方向矢量直线的方向矢量l ld d在在X X、Y Y轴上的投影分量：轴上的投影分量：
42、3.3.3、方向矢量方向矢量和刀具半径矢量和刀具半径矢量第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n对于圆弧而言，其走向有对于圆弧而言，其走向有顺逆之分，故圆弧的方向顺逆之分，故圆弧的方向矢量也分顺圆和逆圆两种矢量也分顺圆和逆圆两种情况。情况。n n圆弧的方向矢量圆弧的方向矢量l ld d在在X X、Y Y轴上的投影分量：轴上的投影分量：图2-19刀具半径矢量与方向矢量a)左刀补b)右刀补3.3.3、方向矢量和、方向矢量和刀具半径矢量刀具半径矢量第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n加工过程中始终垂直于编程轨迹且指向刀具中心，加工过程中始终垂直于编程轨迹且指向刀具中心，大小等于刀具半径的矢量
43、，大小等于刀具半径的矢量，r rd d方向矢量方向矢量ld=X1i+Y1j刀具半径矢量刀具半径矢量rd=Xdi+Ydj图2-20转接类型判别示意图3.3.4、转接类型的判别、转接类型的判别第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理(1) (1) 缩短型当缩短型当180180 360360时，时， 有有sinsin0 0， (2) (2) 伸长型当伸长型当9090 180180时，时， 有有sinsin0 0且且coscos ， (3) (3) 插入型当插入型当00 9090时，时， 有有sinsin0 0且且coscos0 0，3.3.4、转接类型的判别、转接类型的判别第三节刀具补偿原理第三节刀具补
44、偿原理1. 1.直线接直线直线接直线2. 2.直线接圆弧直线接圆弧3. 3.圆弧接直线圆弧接直线4. 4.圆弧接圆弧圆弧接圆弧n n指运用矢量法，求出刀具半径补偿过程中刀指运用矢量法，求出刀具半径补偿过程中刀具中心轨迹在各个转接点处的坐标值。具中心轨迹在各个转接点处的坐标值。n n其计算公式不仅与相邻两轮廓的转接类型有其计算公式不仅与相邻两轮廓的转接类型有关，而且还与刀具补偿所处的阶段有关。关，而且还与刀具补偿所处的阶段有关。3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理1.直线接直线(1) (1) 缩短型刀具半径补偿处在不同的阶段，其转接点的坐缩短型刀具半
45、径补偿处在不同的阶段，其转接点的坐标计算公式是不相同的。标计算公式是不相同的。(2) (2) 伸长型在伸长型刀具半径补偿中，伸长型在伸长型刀具半径补偿中， 当补偿处在不同当补偿处在不同的阶段，的阶段， 其转接点的个数以及坐标计算公式也不尽相同。其转接点的个数以及坐标计算公式也不尽相同。(3) (3) 插入型在插入型刀具半径补偿过程中，插入型在插入型刀具半径补偿过程中， 将涉及到多将涉及到多个转接点的计算。个转接点的计算。3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-21直线接直线缩短型刀具半径补偿建立与撤消示意图1.直线接直线-缩短型3.3.5、刀具半
46、径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n刀具半径补偿建立刀具半径补偿建立-转接点（转接点（Xs1,Ys1Xs1,Ys1）相对拐点（）相对拐点（X1X1，Y1Y1）相差一个刀具半径矢量相差一个刀具半径矢量n n刀具半径补偿撤消刀具半径补偿撤消-转接点（转接点（Xs1,Ys1Xs1,Ys1）相对拐点（）相对拐点（X1X1，Y1Y1）相差一个刀具半径矢量相差一个刀具半径矢量撤消建立图2-22直线接直线缩短型刀具半径补偿进行示意图1.直线接直线-缩短型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n设直线轮廓设直线轮廓l1l1和和l
47、2l2的单位矢量分别为：的单位矢量分别为：1.直线接直线-缩短型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n等距线；将XOY坐标系原点平移到（X1 1，Y1 1）n n可求得等距线的直线方程分别为：求得解：求得解：1.直线接直线-缩短型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n坐标系移回，求刀具轨迹交点（坐标系移回，求刀具轨迹交点（Xs1,Ys1Xs1,Ys1）a. a.当当X11Y12X11Y12X12Y12= 0 X12Y12= 0 时，时， l1l1和和l2l2共线，转接角共线，转接角 0 01.直
48、线接直线-缩短型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理n n坐标系移回，求刀具轨迹交点（坐标系移回，求刀具轨迹交点（Xs1,Ys1Xs1,Ys1）b. b.当当X11Y12X11Y12X12Y12X12Y12 0 0 时，时， l1l1和和l2l2相交相交转接角转接角180180 360360图2-23直线接直线伸长型刀具半径补偿示意图1.直线接直线-伸长型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-24直线接直线插入型刀具半径补偿示意图1.直线接直线-插入型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第
49、三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理(1)(1)缩短型缩短型(2) (2) 伸长型伸长型(3) (3) 插入型插入型2.直线接圆弧3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理14603B图2-25直线接圆弧缩短型刀具半径补偿示意图2.直线接圆弧-缩短型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-26直线接圆弧伸长型刀具半径补偿示意图2.直线接圆弧-伸长型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-27直线接圆弧插入型刀具半径补偿示意图2.直线接圆弧-插入型3.3.5、刀具
50、半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理(1)(1)缩短型缩短型(2) (2) 伸长型伸长型(3) (3) 插入型插入型3.圆弧接直线3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-28圆弧接直线缩短型刀具半径补偿示意图3.圆弧接直线-缩短型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-29圆弧接直线伸长型刀具半径补偿示意图3.圆弧接直线-伸长型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-30圆弧接直线插入型刀具半径补偿示意图3.圆弧接直线-插
51、入型3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理(1) (1) 缩短型。缩短型。(2) (2) 伸长型。伸长型。(3) (3) 插入型。插入型。4.圆弧接圆弧3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-31圆弧接圆弧刀具半径补偿示意图3.圆弧接直线3.3.5、刀具半径补偿计算、刀具半径补偿计算第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-32特殊情况的刀具半径补偿转接示意图a)=0b)=0c)=90d)=0e)=1803.3.6、特殊情况处理、特殊情况处理第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理表2-6刀具半径补偿计算表
52、3.3.7、刀具半径补偿计算小结、刀具半径补偿计算小结第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理图2-33刀具半径补偿零件加工实例3.3.7、刀具半径补偿计算小结、刀具半径补偿计算小结第三节刀具补偿原理第三节刀具补偿原理分析刀具半径补偿从建立、进行到撤消的全部过程分析刀具半径补偿从建立、进行到撤消的全部过程 O O点为刀补建立起点、点为刀补建立起点、Z Z点为撤消终点点为撤消终点 一、进给速度处理一、进给速度处理二、工件零点设置与撤消的处理二、工件零点设置与撤消的处理三、绝对编程与增量编程的处理三、绝对编程与增量编程的处理第四节其他预处理第四节其他预处理一、进给速度处理第四节其他预处理第四节其他预处
53、理n n根据轮廓插补方法不同，速度处理算法有：根据轮廓插补方法不同，速度处理算法有：n n1. 1.脉冲增量插补法的速度处理：脉冲增量插补法的速度处理： 步进电机，开环数控步进电机，开环数控n n2. 2.数据采样插补法的速度处理：数据采样插补法的速度处理： 直流伺服；交流伺服。闭环数控直流伺服；交流伺服。闭环数控(一)脉冲增量插补法的速度处理脉冲增量插补法一般用在以步进电动机为执行元脉冲增量插补法一般用在以步进电动机为执行元件的开环数控系统中。件的开环数控系统中。一、进给速度处理第四节其他预处理第四节其他预处理 各坐标轴运动速度通过向该轴步进电动机发送进给脉冲来实现。各坐标轴运动速度通过向该
54、轴步进电动机发送进给脉冲来实现。各坐标轴运动速度通过向该轴步进电动机发送进给脉冲来实现。各坐标轴运动速度通过向该轴步进电动机发送进给脉冲来实现。 进给脉冲通过编程中的进给脉冲通过编程中的进给脉冲通过编程中的进给脉冲通过编程中的F F确定。确定。确定。确定。 每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。每次插补结束产生一个行程增量，以脉冲的方式输出。 在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互
55、相协调的进给脉冲，驱在插补计算过程中不断向各坐标轴发出互相协调的进给脉冲，驱动电机运动。动电机运动。动电机运动。动电机运动。(一)脉冲增量插补法的速度处理一、进给速度处理第四节其他预处理第四节其他预处理n n一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。一个脉冲所产生的坐标轴移动量叫做脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，按机床设计脉冲当量是脉冲分配的基本单位，按机床设计的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲的加工精度选定，普通精度的机床一般取脉冲当量为：当量为：0.010.01mmmm。n n采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴采用脉冲增量插补算法的数控系统，其坐标轴进给速度主要受插补程
56、序运行时间的限制，一进给速度主要受插补程序运行时间的限制，一般为般为1313m/minm/min。(一)脉冲增量插补法的速度处理一、进给速度处理第四节其他预处理第四节其他预处理常用的脉冲增量插补算法有：常用的脉冲增量插补算法有：常用的脉冲增量插补算法有：常用的脉冲增量插补算法有：逐点比较法和数字积分法逐点比较法和数字积分法逐点比较法和数字积分法逐点比较法和数字积分法n n设进给速度设进给速度F F（mm/minmm/min），），脉冲源频率脉冲源频率f f(Hz),(Hz),数控系数控系统脉冲当量为统脉冲当量为 （mm/mm/步）步）n n则可推导出进给速度与脉冲频率的关系为：则可推导出进给速
57、度与脉冲频率的关系为：n nF F6060f fn n反过来求脉冲源频率为反过来求脉冲源频率为f f=F/(60)=F/(60)n n按其选取脉冲源频率，可以实现所需的进给速度。按其选取脉冲源频率，可以实现所需的进给速度。(一)脉冲增量插补法的速度处理一、进给速度处理第四节其他预处理第四节其他预处理n n运算直观，插补误差小于一个脉冲当量运算直观，插补误差小于一个脉冲当量 n n在两个坐标开环的在两个坐标开环的CNCCNC系统中应用比较普遍。系统中应用比较普遍。n n但这种方法不能实现多轴联动，其应用范围受到但这种方法不能实现多轴联动，其应用范围受到了很大限制。了很大限制。 (二)数据采样插补
58、法的速度处理一、进给速度处理第四节其他预处理第四节其他预处理n n数据采样插补法一般用在以直流或交流伺服电动数据采样插补法一般用在以直流或交流伺服电动机为执行元件的闭环或半闭环数控系统中。机为执行元件的闭环或半闭环数控系统中。n n各坐标轴的运动速度是通过控制其伺服系统的位各坐标轴的运动速度是通过控制其伺服系统的位移量来实现的，即由一个插补周期内坐标轴的进移量来实现的，即由一个插补周期内坐标轴的进给量大小来确定。给量大小来确定。 设插补周期Ts(ms)，编程进给速度F(mm/min)机床面板进给速度倍率为K，则在一个插补周期内进给位移量(二)数据采样插补法的速度处理一、进给速度处理第四节其他预
59、处理第四节其他预处理n n数控机床进给系统的速度是不能突变的，进给速度的变数控机床进给系统的速度是不能突变的，进给速度的变化必须平稳过渡，以避免冲击、失步、超程或引起工件化必须平稳过渡，以避免冲击、失步、超程或引起工件超差。超差。n n在进给轴启动、停止时需要进行加减速控制。在进给轴启动、停止时需要进行加减速控制。n n在程序段之间，为了使程序段的转接处的被加工面不留在程序段之间，为了使程序段的转接处的被加工面不留痕迹，程序段之间的速度必须平滑过渡，不应有停顿或痕迹，程序段之间的速度必须平滑过渡，不应有停顿或突变，也需进行加减速控制。突变，也需进行加减速控制。n n加减速在插补前进行，称为前加
60、减速控制；加减速在插补前进行，称为前加减速控制；n n加减速在插补后进行，称为后加减速控制。加减速在插补后进行，称为后加减速控制。二、工件零点设置与撤消的处理第四节其他预处理第四节其他预处理n n机床零点n n机床参考点n n工件零点如果将机床零点或机床参考点选作工件零点，则如果将机床零点或机床参考点选作工件零点，则数控加工程序的编写相当麻烦。数控加工程序的编写相当麻烦。为了简化编程以及便于加工程序坐标系的调为了简化编程以及便于加工程序坐标系的调整，数控系统必须允许编程人员在机床移动部件整，数控系统必须允许编程人员在机床移动部件的运动范围内任意设置工件坐标系。的运动范围内任意设置工件坐标系。二
61、、工件零点设置与撤消的处理第四节其他预处理第四节其他预处理n nG92设置工件零点n n数控装置自动将程序设置值置入位置寄存器n n显示器显示的坐标位置是相对于工件坐标系的坐标值n n数控系统内部仍以机床坐标系的绝对零点进行坐标位置的计算二、工件零点设置与撤消的处理图2-34工件零点设置与撤消的处理第四节其他预处理第四节其他预处理二、工件零点设置与撤消的处理第四节其他预处理第四节其他预处理例：例：G92 X20 Y10 Z10G92 X20 Y10 Z10其确立的加工原点在距其确立的加工原点在距离刀具起始点离刀具起始点X=-20,X=-20,Y=-10,Z=-10Y=-10,Z=-10的位置上
62、的位置上G92是规定工件坐标系坐标原点的指令，工件坐标系坐标原点又称为程序零点，坐标值X、Y、Z为刀具刀位点在工件坐标系中(相对于程序零点)的初始位置。二、工件零点设置与撤消的处理第四节其他预处理第四节其他预处理G92G92与与与与G54G54G59G59n n G92G92指令与指令与G54G54G59G59指令都是用于设定工件加工指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的。坐标系的，但在使用中是有区别的。G92G92指令是通指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，n n执行执行G92G92指令时，机床不动作，即指令时，机床不动作，即X X、Y Y、Z Z轴均不轴均不移动。移动。n n G54G54G59G59指令是通过指令是通过MDIMDI在设置参数方式下设定在设置参数方式下设定工件加工坐标系工件加工坐标系的，一旦设定，加工原点在机床坐的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关三、绝对编程与增量编程的处理图2-35绝对编程与增量编程的处理第四节其他预处理第四节其他预处理图2-36题2-22图三、绝对编程与增量编程的处理第四节其他预处理第四节其他预处理
