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1、数数 控控 技技 术术主讲教师：吴刚主讲教师：吴刚 辽阳职业技术学院辽阳职业技术学院 1第二节第二节 CNCCNC的轨迹控制原理的轨迹控制原理第三节第三节 刀具位置补偿和半径补偿刀具位置补偿和半径补偿第四节第四节 进给速度和加减速控制进给速度和加减速控制第五节第五节 CNCCNC的输入输出与通信功能的输入输出与通信功能第三章第三章 计算机数控系统计算机数控系统第一节第一节 概述概述2刀具补偿是数控中的重要组成部分，当采用不同刀具补偿是数控中的重要组成部分，当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺度的零件，或同一名尺寸的刀具加工同一轮廓尺度的零件，或同一名义尺寸的刀具因换刀重调或磨损而引起尺寸变化义尺
2、寸的刀具因换刀重调或磨损而引起尺寸变化时，为了编程方便和不改变已制备好的穿孔带时，为了编程方便和不改变已制备好的穿孔带（或程序），数控装置常备有刀具补偿机能。（或程序），数控装置常备有刀具补偿机能。第三节第三节刀具位置补偿和半径补偿刀具位置补偿和半径补偿一、一、 刀具的位置补偿刀具的位置补偿二、二、 刀具的半径补偿刀具的半径补偿三、三、 刀具的长度补偿刀具的长度补偿3一、刀具的位置补偿一、刀具的位置补偿当当采采用用不不同同尺尺寸寸的的刀刀具具加加工工同同一一轮轮廓廓尺尺寸寸的的零零件件，或或同同一一名名义义尺尺寸寸的的刀刀具具应应换换刀刀重重调调或或磨磨损而引起尺寸变化时，损而引起尺寸变化时，
3、为为了了编编程程方方便便和和不不改改变变已已制制备备好好的的穿穿孔孔带带，数数控装置常备有刀具位置补偿机能，控装置常备有刀具位置补偿机能，将将变变化化的的尺尺寸寸通通过过拨拨码码开开关关或或键键盘盘进进行行手手动动输输入，便能自动进行补偿。入，便能自动进行补偿。41 1、刀具的位置补偿计算、刀具的位置补偿计算（图为不同尺寸刀具的四方刀架）（图为不同尺寸刀具的四方刀架）KI5刀刀架架中中心心位位置置为为各各刀刀具具的的换换刀刀点点，并并以以1 1号号刀刀尖尖B B点点为为所所有刀具编程起点。有刀具编程起点。当当1 1号刀从号刀从B B到到A A其增量值为：其增量值为：U UBABA=X=XA A
4、-X-X1 1 W WBABA=Z=ZA A-Z-Z1 1当当换换2 2号号时时，到到尖尖处处在在C C点点，C C点的坐标原点为点的坐标原点为I I、K K。当当时：时：( () )补补( () )补补-(-()+)+补补 -(-() )补补 62 2、刀刀具具位位置置补补偿偿的的处处理理方方法法机机器器在在补补偿偿前前必必须须处处理理前前后后两把刀具位置补偿的差别。两把刀具位置补偿的差别。 例例如如, ,T1T1刀刀具具补补偿偿量量为为+0.5+0.5mm,T2mm,T2刀刀具具补补偿偿量量为为+0.35+0.35mm,mm,两两 者者 差差 0.150.15mmmm。 由由 于于 T2-
5、T1=+0.35-T2-T1=+0.35-(+0.5(+0.5）=-0.15mm=-0.15mm（向向床床头头箱箱移移动动为为负负，称称进进刀刀，远远离离为为正正，称称退退刀刀),),也也就就是是说说, ,在在T1T1更更换换为为T2T2时时, ,要求刀架前进要求刀架前进0.150.15mmmm。7对此，可作如下处理：对此，可作如下处理：(1)(1)在在更更换换刀刀具具时时，先先把把原原来来刀刀具具( (T1T1）补补偿偿量量撤撤消消（根根据据上上例例，刀架前进刀架前进0.50.5mmmm），），然后根据新刀具（然后根据新刀具（T2)T2)补偿量要求退回补偿量要求退回03.503.5mmmm，
6、这样，实际上刀架这样，实际上刀架 前进了差值为前进了差值为0.150.15mmmm。(2)(2)在在更更换换刀刀具具时时，立立即即进进行行新新换换刀刀具具的的补补偿偿量量和和原原来来刀刀具具补补偿偿量量（老老刀刀具具补补偿偿量量）的的差差值值运运算算，并根据这个差值进行刀具补偿。并根据这个差值进行刀具补偿。这种方法称差值补偿法。这种方法称差值补偿法。实实际际上上是是把把原原刀刀具具补补偿偿量量的的撤撤消消和和新新刀刀具具补补偿偿量量的读入进行复合。的读入进行复合。8二、刀具的半径补偿二、刀具的半径补偿: :1 1、刀具半径补偿的作用、刀具半径补偿的作用在数控机床上用圆头刀和铣刀加工零件时，在数
7、控机床上用圆头刀和铣刀加工零件时，其加工程序的编制有两种方法其加工程序的编制有两种方法: :1 1）按零件轮廓编程）按零件轮廓编程2 2）按刀具圆心（中心）的运动轨迹编程）按刀具圆心（中心）的运动轨迹编程换刀和刀具磨损时不需要重新制作程序纸换刀和刀具磨损时不需要重新制作程序纸带，数控系统可以自动进行补偿，正确加工带，数控系统可以自动进行补偿，正确加工零零件件。数数控控系系统统的的这这种种功功能能称称为为“刀刀具具半半径径补偿补偿”。92 2、刀具半径的补偿方法、刀具半径的补偿方法如图待加工零件，加工路线为：如图待加工零件，加工路线为：OABCDEFOOABCDEFO10O O为起刀点，如图示。
8、为起刀点，如图示。从从O O点点开开始始刀刀具具半半径径矢矢量量r r要要作作长长度度分分别别为为OOOO1 1和和O O1 1a a的直线插补，得到的直线插补，得到A A点的补偿矢量点的补偿矢量r r。ABAB段直线插补，得到段直线插补，得到B B点补偿矢量点补偿矢量r r。11BDBD段段作作半半径径为为R+rR+r的的圆圆弧弧插插补补，直直到到半半径径矢矢量量r r与终点矢量与终点矢量O O2 2D D重合。重合。DEDE作作直直线线插插补补，E E点点转转角角处处，补补偿偿矢矢量量r r应应作作半半径径为为r r的的圆圆弧弧插插补补，使使e eee1 1完完成成补补偿偿矢矢量量r r与
9、与直直线线EFEF的法向重合。的法向重合。EFEF段作直线插补段作直线插补.12由由前前所所述述，可可见见要要实实现现刀刀具具半半径径补补偿偿，数数控控系系统统除除了了有有直直线线、圆弧插补功能外，圆弧插补功能外，还还须须具具有有处处理理刀刀具具半半径径矢矢量量的的能力，能力，这这种种处处理理能能力力表表现现在在补补偿偿矢矢量量偏偏移移的的计计算算和和补补偿偿矢量的旋转两个方面。矢量的旋转两个方面。刀具半径补偿实现的方法有多种刀具半径补偿实现的方法有多种: :DDADDA法法逐点比较法逐点比较法矢量判别法矢量判别法其中，矢量判别法可适用于各种插补方法其中，矢量判别法可适用于各种插补方法13上述
10、对刀具补偿矢量的处理，通上述对刀具补偿矢量的处理，通称为称为“刀具偏移计算刀具偏移计算”。这些方法的刀具半径补偿只能计算出直线或圆弧终这些方法的刀具半径补偿只能计算出直线或圆弧终点的刀具中心坐标值，点的刀具中心坐标值，而对于两个程序段之间轮廓的转接（又称拐角或过而对于两个程序段之间轮廓的转接（又称拐角或过渡）是以圆弧方式进行的，故称其为一般刀具半径渡）是以圆弧方式进行的，故称其为一般刀具半径补偿，或称补偿，或称B B机能刀具补偿（简称机能刀具补偿（简称B B刀补）。刀补）。14如如图图示示，设设要要加加工工的的程程序序段段为为圆圆弧弧ABAB、半半径径为为R R，加加工工开开始始时时，刀刀具具
11、中中心心处处在在AA点点，它它的的刀刀具具半半径径矢矢量量为为r r。要要求求加加工工结结束束时时，刀刀具具中中心心处处于于圆圆弧弧终终点点BB。15分析：分析：为为实实现现上上述述要要求求，可可把把刀刀具具中中心心的的运运动动分分解解成成两两种运动种运动: : AA” AA” 和和A”BA”BAA”:AA”:该该运运动动实实际际上上以以OO点点为为中中心心作作半半径径为为R R的的圆圆弧弧插插补补，结结果果使使刀刀具具中中心心由由AA运运动动到到A”A”，即此运动使刀具半径矢量平移到即此运动使刀具半径矢量平移到BA”BA”。对对于于AA到到BB的的运运动动，则则是是把把刀刀具具半半径径矢矢量
12、量由由r r旋转到旋转到r1r1，与圆弧终点半径矢量重合。与圆弧终点半径矢量重合。16因因此此，若若把把这这两两种种运运动动结结合合起起来来，也也就就是是在在作作轮轮廓廓线线圆圆弧弧插插补补的的同同时时，不不断断地地修修改改刀刀具具半半径径矢矢量量r r，使使它它保保持持与与圆圆弧弧半半径径矢矢量量R R一一致致，就就能能实实现现刀刀具半径的补偿。具半径的补偿。17为为了了比比较较r r与与R R的的重重合合性性，引引入入了了r r和和R R的的矢矢量量积积作作为判别函数：为判别函数：18当当H=0H=0，表示表示R R和和r r重合；重合；当当H0H0，表示表示r r超前超前R R；当当H0
13、H=0H=0时时, ,停停止止刀刀具具偏偏移移计计算算 , ,进进行行轮轮廓廓的的圆圆弧插补。弧插补。H0 H0 时时, ,作刀具偏移计算作刀具偏移计算, ,作矢量旋转。作矢量旋转。19r的旋转，可按轮廓圆弧插补相同的方式进行。的旋转，可按轮廓圆弧插补相同的方式进行。由由此此可可见见，刀刀具具半半径径的的矢矢量量判判别别法法是是通通过过判判别别函函数数H H把两圆弧插补结合起来，把两圆弧插补结合起来，而与圆弧插补本身的方法无关。而与圆弧插补本身的方法无关。20判别法的优点：判别法的优点：不不管管数数控控系系统统使使用用何何种种插插补补方方法法都都可可用用矢矢量量判判别别法法进进行行刀具补偿计算
14、。刀具补偿计算。这这种种方方法法能能在在轮轮廓廓插插补补的的同同时进行刀具半径矢量的旋转。时进行刀具半径矢量的旋转。判别法的缺点：判别法的缺点：由由于于在在偏偏差差补补偿偿的的基基础础上上进进行行刀刀具具偏偏移移计计算算，引引入入一一个个新新的的偏偏移移量量H H，使使插插补补误误差差增增加加一一倍倍，达达到两个脉冲当量。到两个脉冲当量。213 3、C C型机能刀具半径补偿方法型机能刀具半径补偿方法实现实现B B刀补的常用方法有一个共刀补的常用方法有一个共同特点，就是对加工轮廓的转接同特点，就是对加工轮廓的转接是以圆弧方式进行的，存在问题：是以圆弧方式进行的，存在问题：1 1）在外轮廓尖加工时
15、，由于轮廓尖角处始终处于切）在外轮廓尖加工时，由于轮廓尖角处始终处于切削状态，尖角加工的工艺性就比较差，这在磨削加削状态，尖角加工的工艺性就比较差，这在磨削加工中尤其突出，所加工的尖角往往会变成小圆角。工中尤其突出，所加工的尖角往往会变成小圆角。2 2）在内轮廓尖加工时，由于刀具中心轨迹交点不易）在内轮廓尖加工时，由于刀具中心轨迹交点不易求得，因此不得不由程编员人为地插入一个辅助加求得，因此不得不由程编员人为地插入一个辅助加工的圆弧轨迹，并且这个辅助圆弧的半径必须大于工的圆弧轨迹，并且这个辅助圆弧的半径必须大于刀具半径值。刀具半径值。22（1 1）C C机能刀补的设计思想机能刀补的设计思想常用
16、的刀具半径补偿方法产生编常用的刀具半径补偿方法产生编程限制的主要原因在于，这些方程限制的主要原因在于，这些方法在确定刀具中心轨迹时，都采法在确定刀具中心轨迹时，都采用了读一段、算一段、再走一段用了读一段、算一段、再走一段的方法。的方法。它们都不能预计到下一段加工轨迹对本段加工轨迹它们都不能预计到下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，从而需要由程编员帮助判别。的影响，从而需要由程编员帮助判别。一旦遇到这种情况，就必须人为地插入一个过渡圆一旦遇到这种情况，就必须人为地插入一个过渡圆弧，否则会产生过切削的现象。弧，否则会产生过切削的现象。为了解决下段加工轨迹对本段加工轨迹的影响问题，为了解决下段加工轨
17、迹对本段加工轨迹的影响问题，系统的输入装置线路中可增设刀具补偿缓冲器。系统的输入装置线路中可增设刀具补偿缓冲器。23如图，工作寄存器如图，工作寄存器ASAS存放正存放正在加工的程序段信息。在加工的程序段信息。刀补缓冲器刀补缓冲器CSCS存放的是下一存放的是下一段要加工程序段信息。段要加工程序段信息。而缓冲寄存器而缓冲寄存器BSBS存放的是再下一存放的是再下一段所要加工的程段所要加工的程序段信息。序段信息。因此，在有因此，在有C C机机能刀具半径补偿能刀具半径补偿的数控系统工作的数控系统工作时，总是同时存时，总是同时存有三段程序信息。有三段程序信息。24（2 2）自动过渡的转接方式）自动过渡的转接方式C C机能刀具半径补偿方法的主要机能刀具半径补偿方法的主要特点是采用直线过渡。特点是采用直线过渡。由于采用直线过渡，因此在实际加工过程中，随着由于采用直线过渡，因此在实际加工过程中，随着前后两段程编轨迹的连接方式不同，相应的刀具中前后两段程编轨迹的连接方式不同，相应的刀具中心的加工轨迹也会产生不同的转接方式。心的加工轨迹也会产生不同的转接方式。从编程轨迹交点指向刀具中心轨迹交点的矢量称为从编程轨迹交点指向刀具中心轨迹交点的矢量称为转接矢量。转接矢量。25
