《数控系统工作原理》PPT课件

数控技术及加工编程导论(2)，制作：阴阳机械工程及自动化研究所，版权所有，无复制，1概述，2硬件数控系统，3计算机数控系统，4软件插补数控系统，5刀具补偿及加减速控制数控系统，第2章数控系统工作原理，1概述，1机床数控系统技术发展，2机床数控系统分类， 根据所用数控装置的配置，其输入、插补运算和控制功能均由专用固定组合逻辑电路实现。 不同功能机床的组合逻辑电路是不同的。当改变或增加或减少控制和计算功能时，需要改变硬件电路。其硬件电路由小型或微型计算机加通用或专用大规模集成电路组成。数控机床的主要功能是通过系统软件实现的，不同功能的机床系统软件是不同的。当修改或增加或减少系统功能时，不需要改变硬件电路，只需改变系统软件。灵活性高，有利于缩短制造周期，降低成本。根据进给伺服系统和数控系统的加工功能，特征：仅要求确保点之间的精确定位，即仅控制行程的结束坐标值，而不控制刀具在点之间移动的轨迹。在移动过程中，刀具不切割，定位运动以机床设定的最高进给速度进行，接近终点需要低速接近。例如，钻床和冲床，的特性不仅保证了控制点之间的精确定位，而且保证了刀具在两个控制点之间的运动轨迹是一条直线，在运动过程中，刀具按照给定的进给速度进行切削。例如，车床、铣床和磨床，特征：可以同时连续控制两个或多个坐标方向的联动，不仅可以控制起点和终点坐标的精度，还可以严格连续地控制每个瞬间的位移和速度。采用该控制系统的数控机床可以加工曲线和曲面。例如，具有数控铣床、车床、磨床和带有两个或多个坐标联动装置的加工中心。硬件数控系统和机床数控系统轮廓控制的主要问题是如何控制刀具或工件的运动轨迹。通常，运动轨迹的起点、终点、曲线类型和方向的坐标是已知的，并且每个中间点的坐标由数控系统实时计算。也就是说，需要“插入并补充”运动轨迹的每个中间点的坐标。这个过程称为“插值”。插值结果是输出运动轨迹中点的坐标值。常用的插值计算方法有逐点比较法和数字积分法。逐点相对插值法的基本原理是：每一步都会将加工点的瞬时坐标与指定的图形轨迹进行比较，以确定偏差，然后确定下一步的方向，如果加工点超出了图形，那么下一步就会进入图形内部；如果加工点在图形内，下一步就是到图形外缩小间隙。这样，人们可以得到非常接近指定数字的轨迹。在图中，AB是要插值的曲线。在逐点比较法插值之前，必须根据AB的形状构造函数。F=F(x，y)x，y是刀具的坐标。函数f的正负必须反映刀具和曲线之间的相对位置关系。假设这种关系是F(x，y)反映了刀具与曲线的偏差，这称为偏差函数。逐点比较法的程序流程如图所示。插补周期由四个工作节拍组成：偏差判断、进给、偏差计算和终点判断。每个节拍功能：如果到达终点，插值结束。如果不是，返回到节拍1继续插值和线性插值，即如果刀具移动到P(，Yi)的偏差函数在某一时刻为F1，则f的值称为该点的“偏差值”。偏差函数，进给方向和偏差确定。如果p点在直线上或直线上方(F0)，应向x方向发送脉冲，使机床的刀具沿x方向进一步向前移动，以接近直线。当点p低于直线(f 0)时，刀具沿y方向进一步向前移动。线性插值计算过程，当偏差值F0时，刀具从当前加工点向前移动到Y，当到达新加工点时，新加工点的偏差值为，新加工点的偏差值可由前一点的偏差值推导出来：当偏差值F0时，刀具从当前加工点向前移动到X， 当到达新的加工点时，新的加工点的偏差值是，端点确定，对于逐点比较插补方法，对于每个插补周期，刀具或者沿着X轴前进一步，或者沿着Y轴前进一步，因此插补次数和刀具已经沿着X轴和Y轴前进了一步。这样， 可根据插补周期数I是否等于刀具沿x轴和y轴应进给的总步数N来判断终点，即直线加工结束的条件为i=N，插补程序和实例，左图为逐点比较法直线插补流程图。 n是内插循环的次数，Fi是内插循环的离差函数值。例如，逐点法用于处理直线OA并绘制插补轨迹。解决方案：插值运算过程如下表所示。插补轨迹和圆弧插补。逐点比较法圆弧插补的偏差判别式定义为：正脉冲(Y)应送至Y轴，并在圆弧外一步。与直线插补一样，除了偏差计算之外，终点判别也应以与以前相同的方式进行。例如，试图对处理图中的反向弧AB、起始点A(6，0)和B(0，6)进行插值，并绘制插值轨迹。和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和，和从直线的起点到终点的过程，可以看作是在分别经过单位时间间隔t之后，每个坐标轴以增量KXE和KYE同时累加的过程。 据此，可以制造线性内插器。假设要加工的直线OE、Vx、Vy代表刀具在x和y方向上的移动速度，刀具在x和y方向上的移动距离的微小增量为：假设进给速度v是均匀的(v是恒定的)，对于直线函数，Vx、Vy也是恒定的，即代入上述公式，直线插补器由两个数字积分器组成，每个坐标的积分器由一个累加器和一个被积函数寄存器组成。结束坐标值存储在被积函数寄存器中。(2)终点判别。经过计算，刀具从原点到达终点的累计次数为m=2n。因此，可以设置具有n位数字的终点计数器re来记录累积数。插值前清除它。插值后，每次加法运算Re将增加1。当数字2n满时，停止操作并完成插值。工作过程如下：对于每个插值脉冲(即一个t)，kxe和kye被累加到它们各自的累加器中一次。累计结果是否有溢出脉冲x(或y)取决于累加器容量2n以及kxe和kye的大小。(3)例如，为了插值所示的直线轨迹OA，起点坐标是O(0，0)，终点坐标是A(5，3)。如果被积函数寄存器Rx、Ry、余数寄存器Rax、Ray和结束点计数器Re都是三位二进制寄存器。P数控系统根据输入的程序或指令，由计算机进行插补运算，形成理想轨迹，插补计算出的位置数据输出到伺服单元，控制电机驱动执行机构，加工所需零件。数控系统中的计算机主要用于进行数值和逻辑运算，以实时控制机床。通过改变计算机中的控制软件，可以实现一种新的控制模式。2。数控系统的特点是，数控系统灵活多变，易于改变和扩展，数控系统通用性强，数控系统可靠性强，数控系统易于实现多功能、高复杂程序控制，数控系统使用和维护方便。数控系统的硬件结构、输入输出设备、中央处理器、总线、存储器、输入输出接口、输入输出设备，常用配置的输入输出设备主要包括：纸带阅读机、键盘、操作控制面板、显示器、纸带穿孔机、外部存储设备、中央处理器，是数控系统的核心和“大脑”。它主要有以下功能：(1)能进行算术和逻辑运算，能存储少量数据，能解码指令和执行指定动作，能与存储器和外设交换数据。提供整个系统所需的定时和控制，能够响应其它部件、算术和逻辑部件、包含在中央处理器内部结构中的部件(累加器和通用寄存器组、程序计数器、指令寄存器、解码器、定时和控制部件、总线、用于在数控系统内部部件之间传输信息的通道)发送的脉冲请求。中央处理器芯片采用三总线结构：数据总线数据库(data bus)地址总线地址总线控制总线控制总线控制总线控制总线控制总线(控制总线)、存储器(只读存储器、随机存取存储器)以及存储数控系统控制软件、部件程序、原始数据、数据的装置和设备一般分为内存和外部内存，内存4。数控系统工作过程、解码、速度计算、插补、输入、运动轨迹计算、输入输出处理、5。数控系统的主要功能、系统基本配置功能、用户可以根据实际需求选择的功能、满足操作和机床控制要求的方法和手段。数控系统软件、数控软件结构类型、前后台结构、中断结构：中断服务程序，实现插补和位控制、输入解码、数据处理等实时功能。整个软件是一个大的中断系统。在不同层次的中断服务程序中安排了各种功能子程序。数控系统典型的软件结构，软件的总体结构，结构模式是中断结构，主处理器是8086。中断优先级结构，各级中断功能，各级程序框图示例(仅引用两级)，数字增量DDA插补算法，线性插补算法：粗插补精插补，粗插补任务：根据程序给定的进给速度(合成速度)，以8ms为单位计算各坐标的位移x，y，z，圆弧插补，基本思想：在满足精度要求的前提下，用弦进给代替圆弧进给，每8ms计算一次合成进给量。1.基本刀具半径补偿，概念，左刀具补偿和右刀具补偿。执行过程分为三个步骤：建立、进行、撤销、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、工具半径补偿计算，线性轮廓控制是计算工具中心轨迹的起点和终点坐标值对于圆弧轮廓，是计算刀具补偿后圆弧的起点和终点坐标值以及刀具补偿后圆弧半径值。 直线段刀具补偿计算，找到A坐标：圆弧段刀具补偿计算，找到B坐标：3。C功能刀具半径补偿，C(完全)功能刀具补偿概念，C刀具补偿设计思想，4。程序段过渡分析，过渡模式：根据前、后两条轨迹的连接模式，根据前、后两条轨迹的矢量夹角和刀具补偿方向，过渡类型：用于过渡之间扩展相交矢量的计算主要是注意矢量方向和矢量方向与x轴逆时针方向的夹角。第一个计算如下：以下主要是计算：计算：计算，最终计算，与计算相同。计算后，对应于编程轨迹，刀具中心轨迹为，注意：只要矢量大小(长度)和方向相等，两个矢量就相等。插入的相交向量的计算，称为：AB=BC=AD=CD=计算，解：G41类型(1)，和8756；获得后，它对应于编程轨迹，刀具中心轨迹为，插入G42后的类型(2)，解：G41的类型(1)，*和8756；获得