《机械制造基础》数控加工技术基础.ppt

12:42,1,主要参考书,龚仲华数控技术机械工业出版社2004年王仁德等机床数控技术东北大学出版社2002年,第4章数控加工技术基础,12:42,2,4.1数控机床组成和工作原理,4.1.1数控技术的基本概念,数字控制（NumericalControlNC）：简称数控，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控技术（NumericalControlTechnology）采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。数控机床（NumericalControlMachine）是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理使用代码，或其他符号编码指令规定的程序”。数控系统（NumericalControlSystem）实现数字控制的装置。,12:42,3,计算机数控系统（ComputerNumericalControlCNC）是以计算机为核心的数控系统。,计算机直接数控系统（DirectNumericalControl，DNC）即使用一台计算机为数台数控机床进行自动编程，编程结果直接通过数据线输送到各台数控机床的控制箱。柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）也称为计算机群控自动线，它是将一群数控机床用自动传送系统连接起来，并置于一台计算机的统一控制之下，形成一个用于制造的整体。计算机集成制造系统（Computer-IntegratedManufacturingSystem，CIMS）用最先进的计算机技术，控制从定货、设计、工艺、制造到销售的全过程，以实现信息系统一体化的高效率的柔性集成制造系统。,12:42,4,4.1.2数控机床的组成和作用,1.数控机床的组成,12:42,5,1、数控程序及控制介质,数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。即把加工零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息，按规定的方法、格式和代码，所编制的程序。控制介质是记录零件加工程序的媒介。常用的控制介质：穿孔纸带、盒式磁带、硬盘、软盘、U盘,12:42,6,2、输入输出装置,输入输出设备是CNC系统与外部设备进行交互的装置，交互的信息通常是零件加工程序。即将编制好的零件加工程序输入CNC装置或将调试好了的零件加工程序通过输出设备存放或记录在相应的控制介质上。,12:42,7,键盘输入对于盒式磁带，配用录放机3.纸带输入（穿孔纸带）4.磁盘输入（硬盘、软盘、U盘）5.网络通讯(RS232、DNC、TCP/IP）,12:42,8,现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现CAD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技术。串行通讯（RS-232等串口）、自动控制专用接口和规范（DNC方式，MAP协议等）网络技术（internet，LAN等）。,12:42,9,3.CNC装置(CNC单元)_数控机床大脑（1）接受输入信息；（2）运算与处理(译码、运算、逻辑处理)根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等）（3）产生输出脉冲（动作、运动指令）输出控制命令到相应的执行部件(伺服单元、驱动装置和PLC等),12:42,10,4、伺服驱动系统及位置检测装置数控机床的动力装置,（1）伺服驱动系统伺服驱动系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与机床的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。主轴伺服驱动系统用于控制机床主轴的旋转运动，并为机床主轴提供驱动功率和所需的切削力。,12:42,11,进给伺服驱动装置和进给电机其功能是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作台或移动刀架的运动，使其按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的工件。,脉冲当量（mm/P）：数控装置输出一个脉冲信号（一个移位节拍指令）使机床工作台移动的位移量。衡量数控机床精度的重要参数，其值越小，加工精度越高。,12:42,12,（2）作用1.接受数控装置的输出2.驱动与放大3.实现电机转换,步进电机,交流伺服电机,直流伺服电机,（3）常用的伺服元件,12:42,13,（4）检测装置位置和速度测量装置。以实现进给伺服系统的闭环控制。,12:42,14,5.辅助控制装置PLC(ProgrammableLogicController)：用于控制机床顺序动作，完成与逻辑运算有关的开关量I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置：实现开关量I/O控制的执行部件，即由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等电器组成的逻辑电路；,12:42,15,功能：接受CNC的M、S、T指令，对其进行译码并转换成对应的控制信号，控制辅助装置完成机床相应的开关动作接受操作面板和机床侧的I/O信号，送给CNC装置，经其处理后，输出指令控制CNC系统的工作状态和机床的动作。,12:42,16,6.机床（1）主运动部件（2）进给运动部件（工作台、拖板以及相应的传动机构）导轨滚珠丝杠副（3）支承件（立柱、床身等）（4）特殊装置（刀具自动交换系统工件自动交换系统）换刀装刀卸刀（5）辅助装置（如排屑装置等）。,12:42,17,目前已模块化生产，分为六大块,12:42,18,4.1.3数控机床的工作原理,（1）将被加工零件的图样及工艺信息数字化,用规定的代码和程序格式编写加工程序。（2）将所编写的程序指令输入到机床的数控装置中。（3）数控装置再将程序(代码)进行译码、运算（4）向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床各运动部件，控制所需要的运动，最后加工出合格零件。,12:42,19,4.1.4数控机床的分类,数控机床规格繁多，据不完全统计已有400多个品种规格。可以按照多种原则来进行分类。但归纳起来，常见的是以下面5种方法来分类的。1.按工艺用途分类2.按运动轨迹分类3.按伺服系统的控制方式分类4.按数控装置分类5.按数控装置的功能水平分类,12:42,20,1.按加工工艺类型的分类,（1）普通数控机床,这类数控机床和传统的通用机床一样，有车、铣、钻、镗、磨床等，与通用机床不同的是他能加工具有复杂形状的零件。,12:42,21,12:42,22,12:42,23,（2）数控加工中心,（3）金属成型类数控机床,这是一种在普通数控机床上加装一个刀具库和自动换刀装置而构成的数控机床。,数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机。,（4）数控特种加工机床,数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床。,12:42,24,12:42,25,数控弯管机,数控卷簧机,12:42,26,2.按机床运动轨迹分类,（1）点位控制数控机床,仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动；对轨迹不作控制要求；运动过程中不进行任何加工。适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机。,12:42,27,（2）直线控制数控机床,除点到点的准确位置之外，还要保证两点之间移动的轨迹是直线，而且对移动的速度也要进行控制，以便适应随工艺因素变化的不同需要。简易数控车床、数控镗铣床，一般有23个可控坐标轴，但同时控制的坐标轴只有一个。,12:42,28,（3）轮廓控制的数控机床,能够对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，因而可进行曲线或曲面的加工。,2轴控制，同时控制两个坐标,12:42,29,12:42,30,3.按伺服系统分类,（1）开环伺服数控机床,12:42,31,特点：没有位置测量装置，信号流是单向的，故系统稳定性好。无位置反馈，精度相对闭环系统来讲不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精度。,12:42,32,2.闭环控制数控机床,12:42,33,特点：全闭环数控系统直接对运动部件的实际位置进行检测。具有很高的位置控制精度。但很容易造成系统的不稳定，使闭环系统的设计、安装和调试都相当困难。,12:42,34,3.半闭环控制数控机床,12:42,35,特点：半闭环数控系统的位置采样点是从驱动装置(常用伺服电机)或丝杠引出，采样旋转角度进行检测，不是直接检测运动部件的实际位置。可获得稳定的控制性能，其精度较闭环差，较开环好。,12:42,36,4.按用数控装置的类型分类,（1）硬件式数控机床（NC）,（2）软件式数控机床（CNC）,使用硬件式数控装置。改变或增、减控制、运算功能时，需要改变数控装置的硬件电路。通用性、灵活性差，制造周期长，成本高。,使用计算机数控装置。主要功能由系统软件来完成。无需改变系统硬件，只需改变系统软件，即可改变系统功能。,12:42,37,5.按数控装置的功能水平分类,可以根据一些功能和指标将数控机床分为低、中、高档三类。其中中、高档称为全功能数控或标准数控。经济型数控属于低档数控，由单板机、单片机和步进电机组成数控系统，功能简单，价格低。,12:42,38,4.1.5几种典型数控系统的功能与特点,1日本FANUC公司的CNC装置FANUC生产的CNC装置有F5、F7、F6、F3、F9、F10/11/12、F0、F15、F16、F18等系列。F0Mate为F0系列的派生产品。它与F0系列比较，是功能简单、结构更为紧凑的经济型CNC装置。F00/100/110/120/150系列是在F0/10/11/12/15系列的基础上加了MMC（ManMachineController）功能。,12:42,39,2德国SIEMENS公司的CNC装置SIEMENSCNC装置有SINUMERIK3、8、810、820、850、880系列。其中SINUMERIK810和820在体系结构和功能上相近，SINUMERIK850和880也在体系结构和功能上也相近。因此将西门子的CNC装置归结为4种：SINUMERIK3、SINUMERIK8、SINUMERIK810/820和SINUMERIK850/880。,12:42,40,3美国AB公司CNC装置AB公司的CNC装置有8200系列、8400系列和8600系列。-CINCINATI,4北京数控设备厂（BESK）CNC装置北京数控设备厂生产的CNC产品有三类：一类是从FANUC公司引进的产品，有FANUCBESK3系列、FANUCBESK6E系列。还有一类与FANUC公司合作生产的产品FANUCBESKOMateE系列。还有一类是自行开发的产品，有BS02系列、BS03C系列、BS04系列、BS06系列和BS07系列。,12:42,41,4.1.6数控机床的产生和发展,1.产生与发展1952年，Parsons公司和M.I.T合作研制了世界上第一台三座标数控机床。1955年，第一台工业用数控机床由美国Bendix公司生产出来。从1952年至今，NC机床按NC系统的发展经历的六代。,12:42,42,第一代：1955年NC系统以电子管组成，体积大，功耗大。第二代：1959年NC系统以晶体管组成，广泛采用印刷电路板。第三代：1965年NC系统采用小规模集成电路作为硬件，其特点是体积小，功耗低，可靠性进一步提高。以上三代NC系统，由于其数控功能均由硬件实现，故又称其为“硬线NC”,12:42,43,第四代：1970年NC系统采用小型计算机取代专用计算机，其部分功能由软件实现，它具有价格低，可靠性高和功能多等特点。第五代：1974年NC系统以微处理器为核心，不仅价格进一步降低，体积进一步缩小，使实现真正意义上的机电一体化成为可能。第六代：基于PC的NC系统诞生，使NC系统的研发进入了开放型、柔性化的新时代，新型NC系统的开发周期日益缩短。它是数控技术发展的又一个里程碑。,12:42,44,3.发展趋势,运行高速化加工高精化控制智能化功能复合化交互网络化,12:42,45,进给、主轴、刀具交换、托盘交换等实现高速化，并具有高的加（减）速度。进给率高速化：在分辨率为1m时，Fmax=240m/min，可获得复杂型面的精确加工；,(1)趋势运行高速化,12:42,46,换刀速度0.9秒（刀到刀）2.8秒（切削到切削）工作台（托盘）交换速度6.3秒。主轴高速化：采用电主轴（内装式主轴电机），主轴电机的转子轴就是主轴部件。主轴最高转速达200000r/min。主轴转速的最高加（减）速为1.0g，即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。,12:42,47,提高机械的制造和装配精度；提高数控系统的控制精度；采用误差补偿技术。提高CNC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CNC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（达到0.01m/脉冲）,(2)趋势加工高精化,采用误差补偿技术：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;设备的热变形误差补偿和空间误差的综合补偿技术。研究表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少6080。,12:42,48,随着人工智能技术的不断发展，为满足制造业生产柔性化、制造自动化发展需求，数控技术智能化程度不断提高，体现在：,(3)趋势控制智能化,加工过程自适应控制技术：通过监测主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，辩识出刀具的受力、磨损以及破损状态，机床加工的稳定性状态；并实时修调加工参数（主轴转速，进给速度）和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低工件表面粗糙度以及设备运行的安全性。,12:42,49,加工参数的智能优化:将零件加工的一般规律、特殊工艺经验，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，获得优化的加工参数，提高编程效率和加工工艺水平，缩短生产准备时间。使加工系统始终处于较合理和较经济的工作状态。,智能化交流伺服驱动装置,智能故障诊断与自修复技术,12:42,50,复合化：在一台设备上实现多种工艺步骤的加工，缩短加工链车铣复合车削中心（ATC，动力刀头）；镗铣钻复合加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主轴立卧转换）；铣镗钻车复合复合加工中心；可更换主轴箱的数控机床组合加工中心；集车削和激光加工于一体的机床；测量/制造复合，在加工后对工件进行在线测量,(4)趋势功能复合化,12:42,51,支持网络通讯协议，既满足单机DNC需要，又能满足FMC、FMS、CIMS、灵捷制造TEAM（technologyenablingagilemanufacture）对基层设备集成要求的数控系统。网络资源共享。数控机床的远程（网络）控制。数控机床故障的远程（网络）诊断。数控机床的远程（网络）培训与教学（网络数控）,(5)趋势交互网络化,12:42,52,4.并联机构机床及其控制,并联机构机床（虚拟轴机床、6条腿数控机床）是数控机床在结构上取得的重大突破。,12:42,53,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；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；具有现代机器人的模块化程度高、重量轻和速度快等优点。,在近几年的国际知名机床博览会上，一些世界著名的机床厂商都展出了他们研制的并联机床，得到了行家们的高度评价，被认为是“自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步”，“21世纪新一代数控加工设备”。,12:42,54,4.1.7数控机床的性能指标,1.规格指标规格指标是数控机床的基本能力指标。如数控车床主要有床身与刀架最大回转直径、行程范围、最大车削长度、最大车削直径等规格尺寸；数控铣床主要有工作台、工作台T形槽、工作台行程等规格尺寸。2.性能指标分辨率和脉冲当量反映机床的加工精度和表面质量。一般机床为0.01mm/P，普通机床为0.001mm，精密或超精密机床为0.001m。,12:42,55,定位精度指数控机床工作台等移动部件所达到的实际位置的精度。实际运动位置和指令位置之间的差值为定位误差。一般数控机床的定位精度为0.01mm。重复定位精度指在相同的操作方法和条件下，重复进行同一动作时，得到结果的一致程度。一般数控机床的重复定位精度为0.005mm。最高转速和最大加速度最高快移速度和最高进给速度刀具系统,12:42,56,4.1.8数控机床的特点加工的对象,易于加工异形复杂零件加工精度高、质量稳定生产效率高自动化程度高，劳动强度低对加工对象的适应性强,1.数控机床的特点,12:42,57,2.数控机床适合加工的对象,多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件几何形状复杂、精度要求较高，在普通机床上无法加工或难以加工的零件加工过程中需要多工序加工的零件用普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件需要最小生产周期的零件有利于生产管理现代化,12:42,58,4.2.1数控编程的基本概念,4.2数控机床的编程基础,1.数控编程的定义从零件图纸到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程，称为数控编程。,12:42,59,2.数控编程的内容将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。,12:42,60,4.2.2数控加工工艺基础,一、数控加工工序的划分原则,1.先面后孔的原则；2.刀具集中的原则；3.粗、精分开的原则；4.按部位分序的原则。,二、走刀路线的选择,走刀路线是指数控加工过程中刀具参考点相对于被加工工件的运动轨迹。,12:42,61,1.轮廓铣削加工路线的分析,12:42,62,2.曲面的加工路线的分析,加工方向与光洁度,12:42,63,3.孔系加工的路线,12:42,64,4.走刀路线的选择原则：,保证零件的加工精度和表面租糙度；,方便数值计算，减少编程工作量；,缩短走刀路线，减少空行程。,12:42,65,1.机床坐标系,机床坐标系是指用于确定机床的运动方向和移动距离的坐标系。,4.2.3机床坐标系,标准的数控机床坐标系是一个右手笛卡尔直角坐标系，其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运动坐标为A、B、C。,12:42,66,+X、+Y、+Z表示工件的正移动方向。,12:42,67,ISO标准的有关规定不论数控机床的具体结构是工件静止、刀具运动，还是刀具静止、工件运动，都假定工件不动，刀具相对于静止的工件运动。机床坐标系X、Y、Z轴的判定顺序为：先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。增大刀具与工件之间距离的方向为坐标轴运动的正方向。,12:42,68,1.坐标轴的确定,对车床而言：Z轴与主轴轴线重合，刀具远离工件的方向为Z轴的正方向；X轴垂直于Z轴，对应于转塔刀架的径向移动，具远离工件的方向为X轴的正方向；Y轴（通常是虚设的）与X轴和Z轴一起构成遵循右手定则的坐标系统。,12:42,69,卧式数控车床,12:42,70,对铣床及加工中心而言：Z轴的确定：平行于机床主轴的刀具运动坐标轴为Z轴，取刀具远离工件的方向为正方向（Z）。当机床有多个主轴时，选一个垂直于工件装夹面的主轴为Z轴。X轴的确定：1)当Z轴为水平方向时，沿刀具主轴后端向工件方向看，向右为X轴的正方向；2)当Z轴为垂直方向时，则从主轴向立柱看时，对于单立柱机床，X轴的正方向指向右边；对于双立柱机床，当从主轴向立柱看时，X轴向的正方向指向右边。Y轴的确定：Y轴与X轴和Z轴一起构成遵循右手定则的坐标系统。,12:42,71,12:42,72,2机床原点,机床原点也称为机床零点，它的位置通常由机床制造厂确定。在机床经过设计、制造和调整之后，这个原点便被确定下来，它是固定的点。（1）数控车床的机床原点多定在主轴旋转中心与卡盘后端面的交点上。（2）数控铣床的机床原点多定在进给行程范围的正极限点处，但也有的设置在机床工作台中心，使用前可查阅机床用户手册。,12:42,73,12:42,74,12:42,75,数控装置上电时并不知道机床原点，为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点（测量起点），机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。通过参数指定机床参考点到机床原点的距离。每次开机启动后，或当机床因意外断电、紧急制动等原因停机而重新启动时，都应该先让各轴返回参考点，进行一次位置校准，以消除上次运动所带来的位置误差。,3参考点,12:42,76,12:42,77,4.2.4工件坐标系,编程坐标系是编程人员在对零件图形进行编程计算时，必须要建立用于编程的坐标系，其坐标原点即为程序原点。编程尺寸都按编程坐标系中的尺寸确定。编程坐标系的各坐标轴与机床坐标系相应的坐标轴平行。要把程序应用到机床上，程序原点应该放在工件毛坯的什么位置，其在机床坐标系中的坐标是多少，这些都必须让机床的数控系统知道，这一操作就是对刀。编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系，坐标原点就称之为工件原点。,12:42,78,工件原点选择的原则：,（1）工件原点选在工件图纸的尺寸基准上。这样可以直接用图纸标注的尺寸，作为编程点的坐标值，减少数据换算的工作量。,（2）能使工件方便地装卡、测量和检验。,（3）工件原点尽量选在尺寸精度高、粗糙度较细的工件表面上。这样可以提高工件的加工精度和同一批零件的一致性。,（4）对于有对称形状的几何零件，工件零件最好选在对称中心上。,12:42,79,对刀点对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可与程序原点重合，也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。,12:42,80,换刀点一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，刀具要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫换刀点。,对刀点的选择原则：,对刀点应便于数学处理和程序编制；,对刀点在机床上容易校准；,在加工过程中便于检查；,引起的加工误差小。,对刀点可以设置在零件、夹具上面或机床上面。,换刀点应根据工序内容的安排。为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在零件的外面。,12:42,81,12:42,82,4.3插补原理,概述逐点比较法数字积分法数字脉冲乘法器数据采样插补法其它插补方法刀具半径补偿插补技术是数控系统的核心技术,12:42,83,1.CNC装置的工作流程,4.3.1概述,12:42,84,(1)程序输入将编写好的数控加工程序输入给CNC装置的方式有：纸带阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、通讯接口输入及连接上一级计算机的DNC(DirectNumericalControl)接口输入。CNC装置在输入过程中还要完成校验和代码转换等工作，输入的全部信息都放到CNC装置的内部存储器中。,12:42,85,二、译码在输入的工件加工程序中含有工件的轮廓信息（起点、终点、直线、圆弧等）、加工速度（F代码）及其它辅助功能（M、S、T）信息等，译码程序以一个程序段为单位，按一定规则将这些信息翻译成计算机内部能识别的数据形式，并以约定的格式存放在指定的内存区间。,12:42,86,三、数据处理数据处理程序一般包括刀具半径、长度补偿、速度计算以及辅助功能处理。,刀具半径、长度补偿是把零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹，编程员只需按零件轮廓轨迹编程，减轻了工作量。,速度计算是解决该加工程序段以什么样的速度运动的问题。编程所给的进给速度是合成速度，速度计算是根据合成速度来计算各坐标运动方向的分速度。另外对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判断并处理。,辅助功能诸如换刀、主轴启停、切削液开关等一些开关量信号也在此程序中处理。辅助功能处理的主要工作是识别标志，在程序执行时发出信号，让机床相应部件执行这些动作。,12:42,87,四、插补在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程和进给速度，如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？插补的任务是通过插补计算程序在已知上述信息的基础上进行“数据点的密化”工作，即在起点和终点之间插入一些中间点。,12:42,88,五、位置控制它的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机，进而控制工作台或刀具的位移。六、输入/输出（I/O）处理控制I/O处理主要处理CNC系统和机床之间的来往信号的输入和输出控制。七、显示CNC系统的显示主要是为操作者提供方便，通常有：零件程序显示、参数设置、刀具位置显示、机床状态显示、报警显示、刀具加工轨迹动态模拟显示以及在线编程时的图形显示等,12:42,89,八、诊断主要是指CNC系统利用内装诊断程序进行自诊断，主要有离线诊断和在线诊断。离线诊断是指CNC系统每次从通电开始进入正常的运行准备状态中，系统相应的内诊断程序通过扫描自动检查系统硬件、软件及有关外设是否正常。只有当检查的每个项目都确认正确无误之后，整个系统才能进入正常的准备状态。否则，CNC系统将通过报警方式指出故障的信息，此时，离线诊断过程不能结束，系统不能投入运行。在线诊断是指在系统处于正常运行状态中，由系统相应的内装诊断程序，通过定时中断周期扫描检查CNC系统本身以及各外设。只要系统不停电，在线诊断就不会停止。,12:42,90,用户在零件加工程序中，一般仅提供描述该线形所必须的相关参数，如对直线，提供其起点和终点坐标；对圆弧，提供起终点坐标、圆心坐标及顺逆圆的信息。然而这些信息不能满足控制机床的执行部件运动（步进电机、交直流伺服电机）的要求。因此，为了满足按执行部件运动的要求来实现轨迹控制必须在已知的信息点之间实时计算出满足线形和进给速度要求的若干中间点。这就是数控系统的插补概念。,2.插补定义,12:42,91,插补:是指在轮廓控制系统中，根据给定的进给速度和轮廓线形的要求，在已知数据点之间插入中间点的方法，这种方法称为插补方法。每种方法又可能用不同的计算方法来实现，这种具体的计算方法称之为插补算法。插补的实质就是数据点的密化。,12:42,92,3.插补方法分类,(1)脉冲增量插补脉冲增量插补又称基准脉冲插补或行程标量插补，这类插补算法是以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多给每一轴一个进给脉冲。把每次插补运算产生的指令脉冲输出到伺服系统，以驱动工作台运动，每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位，即脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。脉冲的累积值代表运动轴的位置，脉冲产生的速度与运动轴的速度成比例。由于脉冲增量插补的转轴的最大速度受插补算法执行时间限制，所以它仅适用于一些中等精度和中等速度要求的经济型计算机数控系统。,12:42,93,基准脉冲插补方法有一下几种：1、逐点比较法；2、数字积分法；3、最小偏差法；,12:42,94,（2）数据采样插补数据采样插补又称为时间分割插补或数字增量插补，这类算法插补结果输出的不是脉冲，而是标准二进制数。根据程编进给速度，把轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数据进行输出，以控制伺服系统实现坐标轴的进给。插补计算是计算机数控系统中实时性很强的一项工作，为了提高计算速度，缩短计算时间，按以下三种结构方式进行改进。1.采用软/硬件结合的两级插补方案。2.采用多CPU的分布式处理方案。3.采用单台高性能微型计算机方案。,12:42,95,数据采样插补方法很多，常用方法如下：1、直接函数法；2、扩展数字积分法；3、二阶递归扩展数字积分圆弧插补法；4、圆弧双数字积分插补法；5、角度逼近圆弧插补法；近年来，众多学者又研究了更多的插补类型及改进方法。改进DDA圆弧插补算法，空间圆弧的插补时间分割法，抛物线的时间分割插补方法，椭圆弧插补法，Bezier、B样条等参数曲线的插补方法，任意空间参数曲线的插补方法。,12:42,96,4.3.2逐点比较法,应用广泛，能实现平面直线、圆弧、二次曲线插补，精度高。一、逐点比较法直线插补,脉冲当量相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移，常见的有：0.01mm0.005mm0.001mm,12:42,97,1.基本原理在刀具按要求的轨迹运动加工零件轮廓的过程中，不断比较刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置，并根据比较结果决定下一步的进给方向，使刀具向减小误差的方向进给。其算法最大偏差不会超过一个脉冲当量。每进给一步需要四个节拍：,12:42,98,四个工作节拍:1.偏差判别判断加工点对规定图形的偏离位置，决定工作台的走向。2.坐标进给控制某个坐标轴进给一步，向终点前进一步。3.新偏差计算计算新的加工点对规定终点的偏差，做为下一步判别的依据。4.终点判别判断是否达到终点，若达到就停止插补，若没有达到终点，再回到第一拍重复上述循环过程，直到加工结束。,12:42,99,2.算法分析（第象限）偏差判别,P(xi,yi),F0,F0,F0,直线上,直线上方,直线下方,+x或+y方向,+x方向,+y方向,新偏差计算,+x进给：,+y进给：,12:42,101,终点判别用Xe+Ye作为计数器，每走一步对计数器进行减1计算，直到计数器为零为止。,总结,12:42,102,3.运算举例（第象限）,例：脉冲当量为1，起点（0，0），终点（5，3）,Y,12:42,103,一般来说，逐点比较法插补过程可按以下四个步骤进行：,逐点比较法工作循环图,12:42,104,二、逐点比较法圆弧插补（第象限逆圆弧）偏差判别,圆弧上,圆弧外,圆弧内,偏差判别函数,P(x0,y0),F0,12:42,105,坐标进给,圆弧上,圆弧外,圆弧内,新偏差计算,F0,-x或+y方向,-x方向,+y方向,P(x0,y0),12:42,106,终点比较用(X0-Xe)+(Ye-Y0)作为计数器，每走一步对计数器进行减1计算，直到计数器为零为止。总结,12:42,107,现欲加工第一象限顺圆弧AB，如图所示，起点A（0，4），终点B（4，0），试用逐点比较法进行插补。圆弧插补实例,12:42,108,圆弧插补过程,12:42,109,12:42,110,数控机床对检测装置的要求工作可靠，抗干扰性强受温度、湿度的影响小，工作可靠，精度保性好，抗干扰能力强；能满足精度和速度的要求位置