数控技术第4章

1、2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 计算机数字控制装置计算机数字控制装置(CNC) (CNC) 2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 EIA(EIA(美国电子工业协会美国电子工业协会) )所属的数控标准化委员会的定义所属的数控标准化委员会的定义: :“CNC“CNC是是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存储器中的控用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存储器中的控制程序去执行数控装置的部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置制程序去执行数控装置的部

2、分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是接口是接口”。 ISO(ISO(国际标准化组织国际标准化组织) )的定义的定义: :“数控系统是一种控制系统，它自动阅数控系统是一种控制系统，它自动阅读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床移动和加工读输入载体上事先给定的数字，并将其译码，从而使机床移动和加工零件零件”。 4.1.1 CNC系统的定义与结构系统的定义与结构2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 从自动控制的角度来看从自动控制的角度来看，CNCCNC系统是一种位置系统是一种位置（轨迹）控制系统，其本质上是以多执行部件（轨迹

3、）控制系统，其本质上是以多执行部件( (各运各运动轴动轴) )的的位移量位移量、速度速度为控制对象并使其协调运动的为控制对象并使其协调运动的自动控制系统，是一种自动控制系统，是一种配有专用操作系统的计算机配有专用操作系统的计算机控制系统控制系统。 从外部特征来看从外部特征来看，CNCCNC系统是由系统是由硬件硬件（通用（通用硬件和专用硬件）和硬件和专用硬件）和软件软件（专用）两大部分组成（专用）两大部分组成的。的。2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕控制单元控制单元主轴电机主轴电机进给进给伺服电机伺服电机电子手轮电子手轮I/OI/O

4、模块模块机床控制面板机床控制面板CNCCNC键盘键盘驱动系统驱动系统2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕程序输入设备输出设备CNC装置PLC 位置检测器进给电机机床主轴电机主轴控制单元速度控制单元2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 CNCCNC系统平台系统平台硬件硬件操作系统操作系统管理软件管理软件应用软件应用软件控制软件控制软件数控加工程序数控加工程序 接接口口被控设备被控设备 机机 床床 机器人机器人 测量机测量机 .2022-4-272022-4-27南京理工大学

5、机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 CNCCNC系统的硬件和软件构成了系统的硬件和软件构成了CNCCNC系统的系统的系统平台；系统平台； 硬件和软件的构筑方式称为硬件和软件的构筑方式称为CNCCNC系统的系统的体系结构。体系结构。 体系结构的重要性：体系结构的重要性：直接关系到系统的设计、开直接关系到系统的设计、开发、更新、扩展以及使用、维护的效率、成本。发、更新、扩展以及使用、维护的效率、成本。 学习了解学习了解CNCCNC体系结构的目的：体系结构的目的：指导设计开发；指导设计开发；有助于对现有系统的了解、分析、评估、选用、维有助于对现有系统的了解、分析、评估、选用、维护、诊

6、断。护、诊断。硬件是基础，软件是灵魂硬件是基础，软件是灵魂2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 美国艾伦美国艾伦勃兰特雷公司二十世纪勃兰特雷公司二十世纪7070年代中期生年代中期生产的产的73607360系统，是世界上第一个系统，是世界上第一个CNCCNC系统，是系统，是该公司于该公司于19711971年公布的。年公布的。2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕73607360系统的硬件结构系统的硬件结构键盘键盘CRTCRT阅读机阅读机穿孔机穿孔机DNCDNC主控主控计算机计

7、算机主控制主控制面板面板辅助控辅助控制面板制面板工业工业处理机处理机I/OI/O多多路接口路接口位位 置置反反 馈馈直流开关直流开关输入接口输入接口直流电磁直流电磁驱动接口驱动接口主轴伺服主轴伺服入出接口入出接口机机 床床伺服伺服输出输出调速调速环节环节MMR RI IRAMRAM处理处理机前机前面板面板2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕操作面板操作面板B A C KSPA C EC TRLIN SC RTA BA LT0SH IFT ZEN D WH OM E TPgDn OPgUp JR ST E65“432？198:7 YX

8、VU SRPQ NMKL IHFG DCABESC14彩 色显 示 器空运行Z 轴锁定MST 锁定任选程序段机床锁定快进+JOG-JOG主轴正转 主轴停 主轴反转急停超程解除循环驱动进给保持冷却液开关 刀松/刀紧主轴修调16010进给修调16050403020100电 源关开1自动方式选择回零手摇点动步进单段驱 动 器NC机床电源XYZA主轴超程报警手摇脉冲发生器2010 090增量倍率1000101001坐标轴选择Z YXw它是操作人员与数控装置进行它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具。信息交流的工具。w组成：按钮站、状态灯、按键组成：按钮站、状态灯、按键阵列（功能与计算机键盘一样）阵列

9、（功能与计算机键盘一样）和显示器；和显示器；w它是数控机床特有部件。它是数控机床特有部件。安装形式：吊挂式、床头式、控制柜式、控制台式安装形式：吊挂式、床头式、控制柜式、控制台式2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕4.1.2 CNC系统的软件系统的软件输入数据处理程序输入数据处理程序插补运算及位置控制程序插补运算及位置控制程序速度控制程序速

10、度控制程序系统管理程序系统管理程序诊断程序诊断程序 方法方法 1 1 运行中诊断运行中诊断: : 1 1）代码和检查内存）代码和检查内存 2 2）格式检查（奇、偶、补偿指令、数）格式检查（奇、偶、补偿指令、数据超限）据超限） 3 3）双向传递检查）双向传递检查 4 4）清单检验，用打印机、）清单检验，用打印机、CRTCRT 5 5）电压温度、速度检测监控）电压温度、速度检测监控2 2 停机诊断停机诊断 有自诊断程序有自诊断程序 3 3 通讯诊断通讯诊断 由诊断中心进行，发出诊断程序。由诊断中心进行，发出诊断程序。 接收输入的零件加工程序，对用标接收输入的零件加工程序，对用标准代码表示的加工指令

11、和数据进行准代码表示的加工指令和数据进行翻译翻译/整理，按所规定的格式存放。整理，按所规定的格式存放。w输入输入w译码译码w数据处理数据处理根据合成速度计算各运动坐根据合成速度计算各运动坐标方向的分速度。控制脉冲标方向的分速度。控制脉冲分配的速度，即控制插补运分配的速度，即控制插补运算的频率。算的频率。对数据输入、处理对数据输入、处理及加工过程服务等及加工过程服务等各个子程序进行调各个子程序进行调度度商业化的商业化的CNCCNC装置多数配有装置多数配有自诊断自诊断程序。程序。2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕4.1.3 计算机数控

12、系统的特点计算机数控系统的特点w灵活性灵活性w通用性通用性w可靠性可靠性w易于实现许多复杂的功能易于实现许多复杂的功能w使用维修方便使用维修方便只要改变系统软件，就可改变和只要改变系统软件，就可改变和扩展其功能，补充新技术，延长扩展其功能，补充新技术，延长硬件结构的使用期硬件结构的使用期硬件有多种通用的模块化结硬件有多种通用的模块化结构，易于扩展构，易于扩展许多功能由软件实现，硬件结构许多功能由软件实现，硬件结构大大简化大大简化,用大规模和特大规模通用和专用用大规模和特大规模通用和专用集成电路集成电路如高次曲线插补、动静态图形显示如高次曲线插补、动静态图形显示等功能等功能CNC的诊断程序使维修

13、非常方便的诊断程序使维修非常方便2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 CNC CNC装置的体系结构分为：装置的体系结构分为： 单微处理机结构单微处理机结构 PC PC数控系统数控系统 多微处理机结构多微处理机结构 w主从结构主从结构w多主结构多主结构w分布式结构分布式结构系统中只有一个系统中只有一个CPU(CPU(主主CPU)CPU)处于主处于主导地位，对系统资源有控制和使用权，导地位，对系统资源有控制和使用权，其他其他CPUCPU处于从属地位，只能接受主处于从属地位，只能接受主CPUCPU的控制命令或数据，或向主的控制命令或数据，

14、或向主CPUCPU发出请求信息以获得所需的数据。发出请求信息以获得所需的数据。整个系统有两个或两个以上的带整个系统有两个或两个以上的带CPU的功能部件对系统资源有控制和使用的功能部件对系统资源有控制和使用权。模块间采用紧耦合。权。模块间采用紧耦合。整个系统有两个或两个以上的带整个系统有两个或两个以上的带CPU的功的功能模块，每个模块有独立的运行环境，模能模块，每个模块有独立的运行环境，模块间采用松耦合。块间采用松耦合。2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕CPUROMRAMIN接口接口OUT接口接口阅读机阅读机接口接口MDI/CRT接

15、口接口位置位置控制控制其它其它接口接口总线总线单微处理器硬件结构图单微处理器硬件结构图以一个以一个CPUCPU（中央处理器）为核心，（中央处理器）为核心，CPUCPU通过通过总线与存储器和各种接口相连接，采取集中控总线与存储器和各种接口相连接，采取集中控制、分时处理的工作方式，完成数控加工各个制、分时处理的工作方式，完成数控加工各个任务任务微处理器、存储器、总微处理器、存储器、总线、接口等。线、接口等。 接口包括接口包括I/O接口、串接口、串行接口、行接口、CRT/MDI接接口、数控技术中的控制口、数控技术中的控制单元部件和接口电路，单元部件和接口电路，如位置控制单元、可编如位置控制单元、可编

16、程控制器（程控制器（PLC）、主）、主轴控制单元、穿孔机和轴控制单元、穿孔机和纸带阅读机接口，以及纸带阅读机接口，以及其它选件接口等其它选件接口等2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕微微处处理理器器CPU总总线线EPROMRAM程序输入程序输入/输出输出I/O接口接口位置控制器位置控制器MDI/CRT可编程控制器可编程控制器通信接口通信接口经济型数控系统常用结构经济型数控系统常用结构2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕多微处理机多微处理机CNC装置结构的特点装置结构的特点

17、 （1）性能价格比高）性能价格比高 （2）可靠性高）可靠性高 （3）有良好的适应性和扩展性）有良好的适应性和扩展性 （4）硬件易于组织规模生产）硬件易于组织规模生产在多微处理机组成的在多微处理机组成的CNC装置中可以根据装置中可以根据具体情况合理划分功能模块：具体情况合理划分功能模块：1）CNC管理模块管理模块2）存储器模块）存储器模块 3）CNC插补模块插补模块4）位置控制模块）位置控制模块5）操作控制数据输入、输出和显示模块）操作控制数据输入、输出和显示模块6）PLC模块模块 2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕其其 他他 外外

18、 围围 设设 备备I/OI/O接口接口辅助功能辅助功能CPUCPU| |输入端输入端| |输出端输出端可编程控制器可编程控制器 CNC CNC插补模块插补模块| |位置控制位置控制模块模块|几何处理几何处理其其 他他功功 能能管理模块管理模块存储器存储器多多微处理机微处理机CNCCNC系统并联数据总线系统并联数据总线2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕典型的结构典型的结构:共享总线型、共享存储器型及混合型结共享总线型、共享存储器型及混合型结构构多微处理机共享总线结构框图多微处理机共享总线结构框图 所有主、从模块都插在所有主、从模块都

19、插在配有总线插座的机柜内，配有总线插座的机柜内，共享严格设计定义的标共享严格设计定义的标准系统总线。系统总线准系统总线。系统总线的作用是把各个模块有的作用是把各个模块有效地连接在一起，按照效地连接在一起，按照要求交换各种数据和控要求交换各种数据和控制信息，构成一个完整制信息，构成一个完整的系统，实现各种预定的系统，实现各种预定的功能。的功能。总线：总线： STD bus （支持（支持8位和位和16位字长）位字长） Multi bus （型支持型支持16位字长，位字长，型支持型支持32位字长）位字长） S-100 bus （可支持（可支持16位字长）位字长） VERSA bus （可支持（可支持

20、32位字长）位字长） VME bus （可支持（可支持32位字长）位字长）只有主模块有权控制使用系统总线。只有主模块有权控制使用系统总线。由于某一时刻只能由一个主模块占有总线，必须要有仲裁电路来裁决。由于某一时刻只能由一个主模块占有总线，必须要有仲裁电路来裁决。结构与仲裁结构与仲裁总线仲裁及其方式：串行方式和并行方式总线仲裁及其方式：串行方式和并行方式 串行总线仲裁方式：优先权的排列是按连接位置确定。串行总线仲裁方式：优先权的排列是按连接位置确定。 并行总线仲裁方式：专用逻辑电路，优先权编码方案并行总线仲裁方式：专用逻辑电路，优先权编码方案模块之间的通讯模块之间的通讯：公共存储器：公共存储器2

21、022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕串行总线仲裁连接方式串行总线仲裁连接方式主模块主模块1主模块主模块2主模块主模块3入入忙忙出出入入忙忙出出优先权的排列是按连接位置决定的。优先权的排列是按连接位置决定的。某个主模块只有在前面优先权更高的某个主模块只有在前面优先权更高的主模块不占用总线时，才可使用总线，主模块不占用总线时，才可使用总线，同时通知它后面优先权较低的主模块同时通知它后面优先权较低的主模块不得使用总线。不得使用总线。FANUC系统系统2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕

22、黄新燕并行总线仲裁连接方式并行总线仲裁连接方式总线优总线优 总线总线 总线优总线优先权入先权入 忙忙 先权出先权出入入 忙忙 出出译译 器器 码码入入 忙忙 出出优先权编器码优先权编器码要配置专用逻辑电路来解决主模块的判要配置专用逻辑电路来解决主模块的判优问题，通常采用优先权编码方案优问题，通常采用优先权编码方案2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕双端口存储器结构框图双端口存储器结构框图 多多CPUCPU共享存储器框图共享存储器框图端口端口1 1存储存储控制逻辑控制逻辑地址和数据地址和数据多路转换器多路转换器RAMRAM共享存共享存

23、储器储器I/OI/O(CPU)(CPU)CRTCRT(CPU2)(CPU2)轴控制轴控制（COU4COU4）插补插补(CPU3)(CPU3)端口端口2 2中断中断控制控制从机床来的从机床来的 控制信号控制信号至机床的至机床的控制信号控制信号共享存储器结构共享存储器结构解决访问冲突解决访问冲突美国美国GE公司的公司的MTC1-CNC系统系统采用多端口存储器来实现采用多端口存储器来实现各微处理机之间的互各微处理机之间的互联和通信联和通信2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕7 7MM系统的硬件结构系统的硬件结构CRT/MDICRT/MDI

24、操作面板操作面板模块模块(CPU)(CPU)通信模块通信模块(CPU)(CPU)自动编程自动编程模块模块(CPU)(CPU)主存储主存储器模块器模块通信模块通信模块(CPU)(CPU)I/OI/O单元单元驱动伺服单元驱动伺服单元主轴单元主轴单元PLCPLC模块模块(CPU)(CPU)位置控制位置控制模块模块(CPU)(CPU)主轴控主轴控制模块制模块FANUC BUSFANUC BUS2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕随着科技的发展和生产的需求，需要一种灵活随着科技的发展和生产的需求，需要一种灵活（功能可组、可扩展、可添加）（功能

25、可组、可扩展、可添加）的开放式数控系统，打破当前的的开放式数控系统，打破当前的“封闭式的封闭式的”数控系统。数控系统。硬件硬件配置配置单元单元软件软件配置配置单元单元标准计算机硬件标准计算机硬件数控系统数控系统基本硬件基本硬件数控功能数控功能应用程序应用程序DOS(WINDOWS)实时多任务操作系统实时多任务操作系统RTM应用程序接口应用程序接口NCNC构件库构件库开放式数控开放式数控装置的概念装置的概念结构结构2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕国内外开放式数控系统的研究进展国内外开放式数控系统的研究进展 几大研究计划几大研究计划

26、n美国：美国：NGC(The Next Generation Work-station/Machine Controller)和和OMAC(Open Modular Architecture Controller) )计计划划n欧共体：欧共体：OSACA（Open System Architecture for Control within Automation Systems)计划计划n日本：日本：OSEC(Open System Environment for Controller)计划计划n华中华中I I型型基于基于IPCIPC的的CNCCNC开放体系结构开放体系结构n航天航天I I型型

27、CNCCNC系统系统基于基于PCPC的多机的多机CNCCNC开放体系结构开放体系结构开放程度：开放程度：1 1）CNCCNC可以直接地或通过网络运行各种应用软件可以直接地或通过网络运行各种应用软件2 2）用户操作界面的开放。）用户操作界面的开放。3 3）NCNC内核的深层次开放内核的深层次开放( ( PC+ PC+实时硬插件；实时硬插件； PC+ PC+实时软中断实时软中断) )。开放式数控系统的发展趋势：开放式数控系统的发展趋势：1 1）在控制系统技术，接口技术、检测传感技术、执行器技术、软件）在控制系统技术，接口技术、检测传感技术、执行器技术、软件 技术五大方面开发出优质、先进、适销的经济

28、、合理的开放式数技术五大方面开发出优质、先进、适销的经济、合理的开放式数 控系统。控系统。2 2）主攻方向是进一步适应高精度、高效率（高速）高自动化加工的）主攻方向是进一步适应高精度、高效率（高速）高自动化加工的 需求。需求。3 3）网络化）网络化2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕电源滤波器计算机输入输出控制显示器键 盘鼠 标操作面板继电器控制限位开关X轴驱动器Y轴驱动器Z轴驱动器PLC变频器主轴ENCSMENCSMENCSMSKY数控铣床系统框图数控铣床系统框图2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工

29、大学机械工程学院 黄新燕黄新燕I/O设备设备计算机主板计算机主板显显 示示 卡卡功能模板功能模板m功能模板功能模板1存储器存储器多功能卡多功能卡位置控制板位置控制板n位置控制板位置控制板1PLC模块模块主轴控制模板主轴控制模板机床机床I/O控制面板控制面板速度控制单元速度控制单元1速度控制单元速度控制单元n功能驱动功能驱动1功能驱动功能驱动m系系 统统 总总 线线（BUS）标准标准PC计算机计算机华中数控华中数控I型型CNC系统系统2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕运动控制运动控制 是控制技术与运动系统相结合的产物，是控制技术与运

30、动系统相结合的产物，它以微处理器、它以微处理器、DSPDSP为核心，综合硬件设计、软为核心，综合硬件设计、软件编程、运动轨迹设计、控制算法分析、实时伺件编程、运动轨迹设计、控制算法分析、实时伺服驱动等功能，以实现对运动轨迹、位移、速度、服驱动等功能，以实现对运动轨迹、位移、速度、加速度、力和力矩的自动控制，广泛应用于机械加速度、力和力矩的自动控制，广泛应用于机械制造、航空航天、食品、纺织、医疗卫生以及家制造、航空航天、食品、纺织、医疗卫生以及家用电气等众多领域。用电气等众多领域。高性能运动控制卡高性能运动控制卡 是各类专用数控系统快速开发是各类专用数控系统快速开发的支撑技术。的支撑技术。 20

31、22-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕DeltaTauDeltaTau PMAC I PMAC I型多轴运动控制卡型多轴运动控制卡 (PCI)(PCI)数控系统数控系统DeltaTauDeltaTau PMAC I PMAC I型多轴运动控制卡型多轴运动控制卡 (PC104)(PC104)2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕纸纸 带带输输 入入插补插补准备准备插插 补补位位 控控软软 件件硬硬 件件硬硬 件件第一种第一种介介 质质输输 入入插补插补准备准备插插 补补位位 控控硬

32、件硬件硬件硬件介介 质质输输 入入插补插补准备准备插插 补补位位 控控速速 控控电电 机机测测 量量软软 件件硬硬 件件软软 件件硬硬 件件第二种第二种第三种第三种2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 1. 1. 零件程序的输入零件程序的输入 零件程序的输入包括两方面的内容零件程序的输入包括两方面的内容: : 1 1）从）从U U盘、键盘输入到零件程序存储器。盘、键盘输入到零件程序存储器。 2 2）从零件程序存储器将零件程序的程序段送入缓冲器（缓冲存储）从零件程序存储器将零件程序的程序段送入缓冲器（缓冲存储区）。区）。4.5.1 C

33、NC系统的输入系统的输入2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕存数过程存数过程取数过程取数过程磁盘（磁盘（U U盘盘）零件程序零件程序零件程序零件程序缓冲器缓冲器零件程序零件程序存储器存储器零件程序零件程序存储器存储器零件程序零件程序缓冲器缓冲器译译 码码2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕阅读机阅读机零件程序存储器零件程序存储器MDI键盘键盘零件程序缓冲区零件程序缓冲区MDI缓冲区缓冲区译码译码磁盘磁盘2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大

34、学机械工程学院 黄新燕黄新燕4.5.2 输入数据处理输入数据处理输入数据处理程序又叫插补准备程序，主要任务有输入数据处理程序又叫插补准备程序，主要任务有3项：译码、项：译码、刀具补刀具补偿偿 （运动轨迹计算）和进给速度计算。另外，还包括（运动轨迹计算）和进给速度计算。另外，还包括诸如换刀、主轴启停、冷却液开、闭等辅助功能。诸如换刀、主轴启停、冷却液开、闭等辅助功能。译码程序是一个翻译，即把零件程序段的信息按一译码程序是一个翻译，即把零件程序段的信息按一定规则翻译成计算机系统能识别的数据形式，并按定规则翻译成计算机系统能识别的数据形式，并按系统规定的格式存放在译码结果缓冲器（系统规定的格式存放在

35、译码结果缓冲器（DS）中）中 刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿，目的是刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿，目的是将零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹，减轻程编工作将零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹，减轻程编工作量。刀具补偿后刀具中心轨迹的数据存放在刀补缓冲量。刀具补偿后刀具中心轨迹的数据存放在刀补缓冲器（器（CS）中）中 速度计算主要解决加工运动中的速度问题。速度速度计算主要解决加工运动中的速度问题。速度处理因插补方式而异，对于脉冲增量插补方式主处理因插补方式而异，对于脉冲增量插补方式主要是计算输出脉冲的频率；对于数字采样插补方要是计算输出脉冲的频率；对于数字采样插补方式则需根据程编速度计

36、算出采样周期内的位移量式则需根据程编速度计算出采样周期内的位移量( L)。这部分数据处理的结果存放在系统工作缓。这部分数据处理的结果存放在系统工作缓冲器（冲器（AS）中）中 数据流动过程数据流动过程 零件程序零件程序 缓冲器缓冲器 BS 零件结果零件结果 缓冲器缓冲器 DS 刀补处理刀补处理 缓冲器缓冲器 CS 系统工作系统工作 缓冲器缓冲器 AS 插补工作插补工作 寄存器寄存器 OS 译码译码 刀具刀具补补 偿偿 速度速度计算计算 传送传送 2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕加工程序加工程序译译 码码刀刀 补补 处处 理理速度预

37、处理速度预处理插插 补补 处处 理理位位 置置 处处 理理伺伺 服服 驱驱 动动刀补刀补缓冲区缓冲区CSCS运行运行缓冲区缓冲区OSOSPLCPLC控制控制译码译码缓冲区缓冲区DSDS位置位置反馈反馈插补插补缓冲区缓冲区ASAS2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕（1）译码）译码 定义：译码程序是以程序段为单位对信息进行处理，把定义：译码程序是以程序段为单位对信息进行处理，把其中的各种工件轮廓信息（如起点、终点，直线和圆其中的各种工件轮廓信息（如起点、终点，直线和圆弧）、加工速度弧）、加工速度F和其它辅助信息（和其它辅助信息（M.S

38、.T）依照计算机）依照计算机能识别的数据形式，并以一定的格式存放在指定的内存能识别的数据形式，并以一定的格式存放在指定的内存专用区间。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检专用区间。在译码过程中，还要完成对程序段的语法检查，若发现语法错误立即报警。查，若发现语法错误立即报警。 方法：解释和编译。方法：解释和编译。 内容：代码识别、各功能代码的译码内容：代码识别、各功能代码的译码字符字符EIA码码ISO码码内部代码内部代码字符字符EIA码码ISO码码内部代码内部代码020H30H00HX37HB9H12H101HB1H01HY38H59H13H202HB2H02HZ29H5AH14H313H33

39、H03HI79HC9H15H404HB4H04HJ51HCAH16H515H35H05HK52H4BH17H616H36H06HF76HC6H18H707HB7H07HM54H4DH19H808HB8H08HLF/CR80H0AH20H919H39H09H40H2DH21HN45H4EH10HDEL7FHFFHFFHG67H47H11H0BHA5H22H2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕经代码识别设立了各功能代码的标志后，就可以分别对各功能码进经代码识别设立了各功能代码的标志后，就可以分别对各功能码进行处理了。行处理了。对于不同的

40、对于不同的CNC系统来说，编程格式是有各自的规定的。可将译码系统来说，编程格式是有各自的规定的。可将译码结果缓冲器设计与零件程序段格式相对应。结果缓冲器设计与零件程序段格式相对应。对于对于16位字长的计算机来说：功能地址码只要一个单元就够了。坐位字长的计算机来说：功能地址码只要一个单元就够了。坐标值等以二进制数存放数据的功能字，需准备二个单元。标值等以二进制数存放数据的功能字，需准备二个单元。MAMC，GAGG是考虑到了是考虑到了CNC系统允许一个程序段中同时出系统允许一个程序段中同时出现不止一个准备功能（现不止一个准备功能（G代码）和辅助功能（代码）和辅助功能（M代码）而设置的。在代码）而设

41、置的。在此没有必要为每一种此没有必要为每一种G代码或代码或M代码准备一个单元，因为某些代码准备一个单元，因为某些G代码代码或或M代码是不允许同时出现在一个程序段中的，即是互相排斥的。代码是不允许同时出现在一个程序段中的，即是互相排斥的。例如，例如，G00，G01，G02，G03和和G33是不可能在同一程序段中出现是不可能在同一程序段中出现的，否则将是编程出错。如果将的，否则将是编程出错。如果将G代码（代码（M代码）整理分组，把不能代码）整理分组，把不能同时出现在同一程序段的同时出现在同一程序段的G代码（代码（M代码）归为一组，就可以缩小缓代码）归为一组，就可以缩小缓冲器容量，还能查出编程错误。

42、冲器容量，还能查出编程错误。地址码地址码字节数字节数数据存放形式数据存放形式N1二二十进制十进制X2二进制二进制Y2二进制二进制Z2二进制二进制I2二进制二进制J2二进制二进制K2二进制二进制F2二进制二进制S2二进制二进制T1二二二进制二进制MA1特征字特征字MB1特征字特征字GA1特征字特征字GB1特征字特征字GC1特征字特征字GD1特征字特征字GE1特征字特征字GF1特征字特征字GG1特征字特征字组组 号号G 代代 码码功功 能能GAG00定位（快速进给）定位（快速进给）G01直线插补（切削进给）直线插补（切削进给）G02顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补G3

43、3(G32)螺纹切削螺纹切削GBG04暂停暂停GDG40取削刀具补偿取削刀具补偿G41刀具半径补偿（刀具在工刀具半径补偿（刀具在工件左侧）件左侧）G42刀具半径补偿（刀具在工刀具半径补偿（刀具在工作右侧）作右侧）GCG28自动返回参考点自动返回参考点G29自动离开参考点自动离开参考点GEG80取消固定循环取消固定循环G8189固定循环固定循环GFG90绝对值输入方式绝对值输入方式G91增量值输入方式增量值输入方式GGG92工作坐标系设立工作坐标系设立2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕N005G90G01Y60X436F46M05L

44、FNXYZIJKFSTMAMBMCGAGBGCGDGEGFGG2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕入 口清译码工作区读取一字符是数字或负号？存入数字码暂存区为第一个地址吗？数字数=0？零件程序存储器地址加 1是否有语法错误把数字送入功能码的地址单元中刚读入的字符为结束符吗？输入不使用的字符报 警返 回YNYYY第一个地址码为 N？报 警出错指示NNN译码程序译码程序2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕4.5 4.5 刀具补偿原理刀具补偿原理编制零件加工程序时，零件的尺寸信

45、息取自零件轮廓线，但是实际切削编制零件加工程序时，零件的尺寸信息取自零件轮廓线，但是实际切削时，时，CNC系统通过控制刀具中心实现加工轨迹，切削时是使用刀尖或刀系统通过控制刀具中心实现加工轨迹，切削时是使用刀尖或刀刃边缘完成，这样就需要在刀具中心与刀具切削点之间进行位置偏置，刃边缘完成，这样就需要在刀具中心与刀具切削点之间进行位置偏置，从而使数控系统的控制对象由刀具中心变换到刀尖或刀刃边缘。这种变从而使数控系统的控制对象由刀具中心变换到刀尖或刀刃边缘。这种变换的过程就称之为刀具补偿。换的过程就称之为刀具补偿。 刀具长度补偿刀具长度补偿 刀具半径补偿刀具半径补偿 2022-4-272022-4-

46、27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕4.5.1 4.5.1 刀具长度补偿刀具长度补偿 假设刀头半径假设刀头半径RS=0，这时可采用刀，这时可采用刀具长度测量装置测出理论刀尖点具长度测量装置测出理论刀尖点P相相对于刀架参考点的坐标对于刀架参考点的坐标XPF和和ZPF，并存入刀具参数表中并存入刀具参数表中 XPF=XP X ZPF=ZP Z 2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕4.5.2 4.5.2 刀具半径补偿刀具半径补偿 将编程时工件轮廓数据转换成刀将编程时工件轮廓数据转换成刀具中心轨迹数据具中心轨迹数

47、据,刀具半径补偿刀具半径补偿方法主要分：方法主要分：B刀具半径补偿刀具半径补偿C刀具半径补偿刀具半径补偿 B功能刀具半径补偿不能处理尖角过渡问题功能刀具半径补偿不能处理尖角过渡问题ABC外轮廓加工内轮廓加工转接轮廓加工ABC”C刀具2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕B功能刀具半径补偿计算功能刀具半径补偿计算 直线加工时刀具半径补偿直线加工时刀具半径补偿VSVSYXA(x,y)A(x,y)yxOO ryyyxxxAKAXOA2222cossinyxxrryyxyrrx2222yxrxyyyxryxx2022-4-272022-4-2

48、7南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕圆弧加工时刀具半径补偿圆弧加工时刀具半径补偿圆弧刀具半径补偿圆弧刀具半径补偿r(x0,Y 0)(xe,Y e)(Xe,ye,yyyxxxeeeeBKBBOXRyrryRxrrxeesincosRryyyRrxxxeeeeee2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕C功能刀具半径补偿功能刀具半径补偿处理两个程序段间转接（即尖角过渡）的各种情况处理两个程序段间转接（即尖角过渡）的各种情况 CSASOSDSCNCASOSNCASOSDS改进NCC C刀具补偿的设计思想刀具补偿的设

49、计思想缓冲寄存器：缓冲寄存器：DSDS存放再下一个程序段存放再下一个程序段刀补缓冲区：刀补缓冲区：CSCS存放下一个的程序段存放下一个的程序段工作寄存器：工作寄存器：ASAS存放正在加工的程序段存放正在加工的程序段输出寄存器：输出寄存器：OSOS存放运算结果为伺服系统的控制信存放运算结果为伺服系统的控制信息息2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 刀具半径补偿是在译码之后进行，译码译出一刀具半径补偿是在译码之后进行，译码译出一 段并不立即进行刀补，译出的若是下一段，则段并不立即进行刀补，译出的若是下一段，则 对本段进行刀补，而正在插补

50、加工的是上一段。对本段进行刀补，而正在插补加工的是上一段。 r rr rP Pi iP Pi-1i-1 r rr rP Pi+1i+1CNCCNC系统专门设立了刀补缓冲区系统专门设立了刀补缓冲区CS. CS. 刀补过程刀补过程: :2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕DSDS缓冲寄存器缓冲寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区ASAS工作寄存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器P Pi-1i-1P Pi-1i-11 1P Pi-1i-1 r rP Pi ir rr rP Pi i2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工

51、程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕r rr rP Pi iP Pi-1i-1 r rDSDS缓冲寄存器缓冲寄存器P Pi iCSCS刀补缓冲区刀补缓冲区ASAS工作寄存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器P Pi-1i-1P Pi-1i-1P Pi-1i-1DSDS缓冲寄存器缓冲寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区P Pi iASAS工作寄存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器P Pi-1i-1P Pi-1i-12022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕DSDS缓冲寄存器缓冲寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区ASAS工作寄

52、存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器P Pi iDSDS缓冲寄存器缓冲寄存器CSCS刀补缓冲区刀补缓冲区ASAS工作寄存器工作寄存器OSOS输出寄存器输出寄存器6 6P Pi iP Pi+1i+1P Pi+2i+2P Pi-1i-1P Pi+1i+1P Pi iP Pi-1i-1P Pi+1i+1r rP Pi+1i+1r rr rP Pi iP Pi-1i-1 r rP Pi+2i+22022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕刀具半径补偿的执行过程分为三个步骤：刀具半径补偿的执行过程分为三个步骤：1）刀补建立）刀补建立刀具从起刀点

53、接近工件过程中，根据刀具从起刀点接近工件过程中，根据G41或或G42所指所指定的刀补方向，控制刀具中心轨迹相对原来的编程轨迹的法线方定的刀补方向，控制刀具中心轨迹相对原来的编程轨迹的法线方向伸长或缩短一个刀具半径值的距离。向伸长或缩短一个刀具半径值的距离。2）刀补进行）刀补进行控制刀具中心轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具控制刀具中心轨迹始终垂直偏移编程轨迹一个刀具半径值的距离。半径值的距离。3）刀补撤消）刀补撤消在刀具撤离工作表面返回到起刀点的过程中，根据在刀具撤离工作表面返回到起刀点的过程中，根据刀补撤消前刀补撤消前G41或或G42的情况，控制刀具中心轨迹相对原来的编程的情况，控制刀具中心轨

54、迹相对原来的编程轨迹法线方向伸长或缩短一个刀具半径值的距离。轨迹法线方向伸长或缩短一个刀具半径值的距离。 2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕180 36090 180 0 90 直线与直线直线与直线直线与圆弧直线与圆弧圆弧与圆弧圆弧与圆弧转接方式：转接方式：依据前后两段轨迹的连接方式分为依据前后两段轨迹的连接方式分为缩短型缩短型伸长型伸长型插入型插入型据前后两段轨迹的矢量据前后两段轨迹的矢量 夹角夹角 和刀补方向分为和刀补方向分为转接类型转接类型：转接角转接角 为两个相邻零件轮廓段交点为两个相邻零件轮廓段交点处在工件侧的夹角处在工

55、件侧的夹角 2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕刀补建立示意图刀补建立示意图a）缩短型）缩短型 b）伸长型）伸长型 c）插入型）插入型 刀补进行示意图刀补进行示意图 a）缩短型）缩短型 b）伸长型）伸长型 c）插入型）插入型 刀补撤消示意图刀补撤消示意图a）缩短型）缩短型 b）伸长型）伸长型 c）插入型）插入型2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕方向矢量和刀具半径矢量方向矢量和刀具半径矢量 为了便于对各种编程情况进行综合分析，为了便于对各种编程情况进行综合分析，从中找出内

56、在规律来，从中找出内在规律来，C刀补计算过程中均刀补计算过程中均采用矢量方法进行采用矢量方法进行 （1）方向矢量）方向矢量 与运动方向一致的与运动方向一致的单位矢量单位矢量，用用ld表示表示 dllXiYjl21221212)()(YYXXXXXl21221212)()(YYXXYYYl)02/()(00GRXXYRYYXll顺圆)03/()(00GRXXYRYYXll逆圆)()(逆圆顺圆RRRdllXi Y jlRYYXl0RXXYl)(02022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕 刀具半径矢量与方向矢量刀具半径矢量与方向矢量a a）左

57、刀补）左刀补 b b）右刀补）右刀补（2 2）刀具半径矢量）刀具半径矢量指加工过程中始终垂直于编程轨迹，指加工过程中始终垂直于编程轨迹，且大小等于刀具半径值，且大小等于刀具半径值，方向指向刀具中心的矢量。用方向指向刀具中心的矢量。用dr设运动轨迹相对于设运动轨迹相对于X X轴的倾轴的倾角为角为 ，直线的方向矢量为，直线的方向矢量为l ld d，刀具半径为刀具半径为r r，刀具半径矢，刀具半径矢量为量为 rd = Xd i + Yd j， sin =Yl cos =Xl 规定左刀补（规定左刀补（G41）时）时r0，右刀补（，右刀补（G42）时）时r0：)()(右刀补左刀补rrrldldrXYrY

58、X2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕C伸长伸长型转接：型转接：OKJBDAFYGXC插入型转接：插入型转接：JBCDOFKXYAG缩短缩短型转接：型转接：OBADCFJKGYX2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕转接类型的判别转接类型的判别XYA(X0,Y0)B(X1,Y1)C(X2,Y2)sin = sgn (r) (Y2X1X2Y1)/(d1d2) cos = (Y2Y1+X2X1)/(d1d2) )(sgnsin2112llllXYXYr)(cos2121llll

59、XXYY)42,0(1)41,0(1)sgn(GrGrr0sin缩短型条件：缩短型条件：0cos0sin伸长型条件：伸长型条件：0cos0sin插入型条件：插入型条件：2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕4.5.3 刀具半径补偿计算刀具半径补偿计算 运用矢量方法求出刀补轨迹上的运用矢量方法求出刀补轨迹上的各个转接点坐标值。分：各个转接点坐标值。分：w直线接直线直线接直线w直线接圆弧直线接圆弧w圆弧接直线圆弧接直线w圆弧接圆弧圆弧接圆弧 2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕

60、（1）直线接直线）直线接直线 Xsl=X1 rYl2 Ysl=Y1+rX l2刀补建立刀补建立Xsl=X1 rYl1 Ysl=Y1+rX l1刀补撤销刀补撤销jYiXllld111jYiXllld222刀补进行刀补进行rYXXYll11rYXXYll22122112)(llllllYXYXrXXX122122)(llllllYXYXrYYY12211211llllllsYXYXrXXXX)(12211211llllllsYXYXrXXYY)(（）缩短型缩短型 2022-4-272022-4-27南京理工大学机械工程学院南京理工大学机械工程学院 黄新燕黄新燕（ ）伸长）伸长型型 Xsl=X1 r