数控技术下PPT课件

2020/4/30,.,1,数控技术(第四讲下),主讲：周哲波教授,2020/4/30,.,2,主要内容:4-5刀具补偿4-6数控机床的加减速控制,2020/4/30,.,3,第五节刀具补偿一、概述1定义：垂直于刀具运动轨迹的位移，用来修正刀具几何尺寸（半径、直径、长度）与其程序规定的位置的差值。2控制系统的控制点（编程点）数控系统控制的是机床本身固有的易于检测的参考点，该点一般均放在装刀机构上（既不是刀尖，也不是刀刃）。注：刀具是机床的附件，同一台机床可以安装一系列的刀具，所控制的点不能以刀具为控制基点，刀具只能在控制软件外作修正。,2020/4/30,.,4,2020/4/30,.,5,数控车刀,2020/4/30,.,6,2020/4/30,.,7,数控可转位刀片,2020/4/30,.,8,2020/4/30,.,9,数控刀片,2020/4/30,.,10,PVD涂层高速钢齿轮滚刀、铣刀、钻头,2020/4/30,.,11,3刀补的组成：长度、半径。例如：1）铣刀：控制的参考点是主轴的端面中心，加工圆弧时要修正半径，加工端面时要修正长度。2）钻头：是一种定尺寸刀具，控制的参考点是主轴的端面中心，修正长度。3）车刀：控制点是机床刀架上的固定的定位点，加工过程中，一般均要修正半径和长度。,2020/4/30,.,12,刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。,2020/4/30,.,13,二、刀具数据信息在数控机床的使用过程中，都必须对刀具进行详细的管理。每次装刀前和刀具入库时，都要对刀具进行检测，将检测的值存放在刀具数据单中，以保证刀具再使用过程中得到正确修正。1修正输入方式1）计算机数据通信交换；2）对于自动编程，刀补对话菜单会话；3）通过面板、MID或键盘。,2020/4/30,.,14,),2刀具数据单的结构1）表明的信息：几何形状、安装方式、长度（轴向、径向）、半径、磨损等；2）类型：功能、工艺作用、加工形面分类、机床分类；3）修正方式：如图。,2020/4/30,.,15,2020/4/30,.,16,三、长度补偿实现刀尖圆弧中心与机床刀架参考点之间的坐标值转换。如图4-2。原因：S点在实际中是无法测定的，但是在编程中又必须明确，它直接影响刀具与工件的相对轨迹。注：（1）长度补偿是对定尺寸类刀具（如钻头、端面铣刀）是进行单一长度补偿；（2）对于一般刀具均要考虑刀尖圆弧半径的影响，因为刀具本身的制造工艺决定了所有刀具一定有一圆弧刀尖否则该刀具是无法制造的，热处理就不能过关。,2020/4/30,.,17,四、刀具半径补偿1概念：在加工中，编程的是工件的轮廓，而加工时刀具是不为零的实体。为了简化编程，保证实际使用刀具又能准确地加工出理论位置，刀具必须沿工件的轮廓的法向修正一个半径值。2刀补的过程；建立、进行、撤消。1）建立：从建立刀补点开始，刀具的中心轨迹的终点不在下一段程序指定的轮廓起点上，偏离至该起点的法向，距离为刀具半径处。,2020/4/30,.,18,2）进行：一旦建立，由于刀补是模态指令，则一直有效。所有轨迹均按刀具的中心偏置一个半径来进行。3）撤消：一旦撤消，刀具的运动轨迹又为刀具的中心轴线。注：1）刀具半径补偿建立。只能在G00或G01的程序段进行刀具半径补偿。2）刀具半径补偿注销,用G40撤销补偿。3）刀具半径补偿只能在指定的二维平面内进行。用G17指定XY平面，用G18指定ZX平面用G19指定YZ平面。,2020/4/30,.,19,3.分类1)B(Basic)刀具半径补偿,概念,左刀补、右刀补,执行过程分三步,建立,进行,撤消,2020/4/30,.,20,2.刀补计算,CNC系统的刀补是按零件轮廓尺寸和刀具运动的方向指令及采用的刀具半径值，由计算机自动完成。,刀具半径补偿计算，对于直线轮廓控制是计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标值，对于圆弧轮廓而言，是算出刀补后圆弧的起点和终点坐标值及刀具补偿后的圆弧半径值。,直线段刀具补偿计算,求A坐标:,2020/4/30,.,21,圆弧段刀具补偿计算,求B坐标:,2020/4/30,.,22,2)C功能刀具半径补偿,C(Complete)功能刀具补偿概念,C刀具补偿的设计思想,2020/4/30,.,23,3)程序段间转接情况分析,转接方式：,据前后两段轨迹的连接方式分为,据前后两段轨迹的矢量夹角和刀补方向分为,转接类型：,2020/4/30,.,24,直线与直线转接,类型的判断主要依据大小,2020/4/30,.,25,表,注：1和0分别代表“是”和“否”,2020/4/30,.,26,刀具半径矢量的计算,4)转接矢量的计算,2020/4/30,.,27,转接交点矢量的计算,上式是以计算AB为例,若计算AD,则代入AF与X轴的夹角。,2020/4/30,.,28,伸长型交点矢量的计算,主要是注意矢量方向及它与X轴逆时针方向夹角,先计算：,即下面主要是计算：,2020/4/30,.,29,求得,最终求得,2020/4/30,.,30,同理求得,求得后，对应于编程轨迹、，刀具中心轨迹为,注：矢量只要大小（长度）与方向相等，即为两矢量相等,2020/4/30,.,31,插入型交点矢量、的计算,已知：、，AB=BC=AD=CD=求、,解：,插入（1）型G41,2020/4/30,.,32,求得后，对应于编程轨迹、，刀具中心轨迹为,2020/4/30,.,33,插入（2）型G42,解：,2020/4/30,.,34,求得后，对应于编程轨迹、，刀具中心轨迹为,2020/4/30,.,35,6)C功能刀具补偿实例,2020/4/30,.,36,注：1）B功能刀具半径补偿本质：读取一段、计算一段、再走一段的控制过程，不作下一段程序的修正分析。2）C功能刀具半径的补偿本质：计算完本段，马上修正计算下一段加工轮廓，避免刀具半径与工件轮廓转接出的干涉，是一种积极主动的补偿控制系统。3)计算方法与B功能相同，它引用了矢量计算法。,2020/4/30,.,37,(1)直线类：将直线看作成矢量，刀具半径也认为是矢量，方向指向刀具中心并垂直于运动方向。(2)圆弧类：见起点与终点的弦长叫弦矢方向，由起点指向终点。刀具半径矢量垂直于相切的切点的切线，方向是随位置的变化而变化。第六节数控机床的加减速控制一、概述1原因：进给速度不仅直接影响加工零件的粗糙度和精度，还与机床、刀具的寿命和生产率密切相关。,2020/4/30,.,38,2目的：当速度高于一定值时，在启动和停止时，为了防止产生冲击、失步、超程和震荡，保证运动平稳和准确定位。例如：在实际工作中，为了保证不确定的意外因素影响，不仅要考虑有一定范围速度的加减控制，还要能快速手调。3进给速度指令：F-；单位：mm/min。4进给速度的控制方法,2020/4/30,.,39,它与插补法相关，例如走直线和圆弧的速度是不相同。1）一次插补算法进给速度的控制主要是通过控制插补运算的频率来实现。(1)程序延时法：根据要求进给频率计算出两次插补运算时间间隔。用CPU执行延时子程序的方法控制两次插补之间时间间隔。改变延时子程序的循环次数改变进给速度。(2)中断方法：用中断的方法，每隔规定的时间向CPU发出中断请求，进行一次插补发出一个进给脉冲，改变中断请求频率改变进给速度（查表输入、计算法进行无级调节）。,2020/4/30,.,40,2）二次插补算法进给速度的控制一般可在粗插补部分完成，也可放在粗、精插补之间直接通过程序运算完成。利用合成速度：V=Ll/t=(x2+y2)1/2/t。来调节和控制个轴的速度分量的输出频率。由插补周期决定的。5稳定速度和瞬时速度1）稳定速度fs：系统处于稳定状态时，每插补一次（一个插补周期）的进给量。,2020/4/30,.,41,fs=TkV/601000其中：fs：稳定速度mm/min；T：插补周期ms；V：指令进给速度mm/min；K：速度系数（快速、切削进给倍率）；调节方法：在数控机床中的面板上设置进给速度倍率键和进给倍率键。我们在讲时间分割法插补时，曾经说过对于给定的插补周期，系统对应着一个最大进给速度的：Fmax（8err）1/2/T。,2020/4/30,.,42,2）瞬时速度fi：系统在每个插补周期的进给量。3）稳定速度与瞬时速度的关系：当系统处于稳定速度状态时：fi=fs=Fmax；当系统处于加速状态时：fifs；当系统处于减速状态时：fifs二、加减速控制1控制方法：控制和调节进给脉冲的频率或电压。1）在启动时，增大进给脉冲的频率或电压；2）在停止时，减小进给脉冲的频率或电压。,2020/4/30,.,43,2实现的措施：在CNC系统中多数采用软件来实现，现代数控系统更是如此。这样控制更加灵活和方便，它既可放在插补前，也可放在插补后。3分类1）前加速控制（1）定义：在插补进行之前对进给速度进行控制处理。（）数学模型（线性控制）,2020/4/30,.,44,一般分进给和切削，进给一般处在高速状态，切削一般处在稳定状态。当在直线向圆弧过渡状态时，进给速度也要加减速的过程。a=1.6710-2v/tmm/min=1.6710-2F/tF的单位是：mm/min；t的单位是：ms；a=F1000/（601000t）=F/60t加速处理：每个插补之前进行一次运算，当fifs时：fi+1=fi+atfi=fs时停止加速。,2020/4/30,.,45,减速处理：通过终点判断执行，终点判定的方法与时间分割法一样。不在多述。当到达减速区时：fi+1=fiatfifs时停止。fsa其中减速区，每插补一次运算一次。特点：1)优点：对实际插补输出的位置没有影响，位置精度高。2)缺点：运算的工作量大，占机时间长，因为每插补一次都要进行减速区的判定，即计算出刀具的位置与要加工的程序终点之间的距离。,2020/4/30,.,46,）后加减速控制（1）定义：在插补后对进给速度进行控制处理。（2）数学模型指数控制法：在启动和停止时速度随时间指数规律变化。如图-6所示。,2020/4/30,.,47,将采样周期的输入速度与输出速度进行累加，将误差保存下来与时间取积。用此积来控制输出Vc。Ei=（VcVk）dt；Vi=Ei/TE（t）=0t（VcVk）dt证明如下：两边对t求导得dE（t）/dt=（VcVk）；（1）又有：V（t）=E（t）/T两边对t求导得:dV（t）/dt=dE（t）/T（2）,2020/4/30,.,48,将（1）式代入（2）式得：dV（t）/dt=（VcVk）/TdV（t）/（VcVk）=dt/T两边同时积分得：v（t）vcdV（t）/（VcVk）=dt/T（3）VcV（t）/VcV（0）=e-1/T当开始加速时：V（0）=0；V（t）=Vc（1e-1/T）当t=时，即系统得到匀速状态：V（t）=Vc,2020/4/30,.,49,vc0dV（t）/dt=dt/TV（t）=e-1/T直线控制法如图4-7所示，在启动时，按定斜线上升，停止是按定斜线下降；,2020/4/30,.,50,一般分成五