数控系统的工作原理(一)

1、教教 师师 课课 时时 授授 课课 计计 划划教师姓名 课程名称 数控原理与编程实训数控原理与编程实训授课时数0.5天 累计 1.5天授课日期授课日期 班班 次次 课课 题题课题二课题二数控系统的工作原理（一）数控系统的工作原理（一） 教学目的教学目的 1、了解CNC装置的组成,熟悉CNC装置的工作流程2、掌握插补的概念, 熟悉逐点比较法中的直线插补原理 重重 点点 难难 点点 刀具补偿原理及直线插补原理直线插补原理 教教 具具 计算机 作作 业业 实训报告 参考书参考书 数控加工实训 数控加工技术 教学过程教学过程一、旧课复习(建议用时:10分钟)二、新课的教学内容(建议用时:60分钟)1计

2、算机数控系统的工作流程2直线插补原理三、实训内容(建议用时:100分钟)四、课堂小结(建议用时:10分钟)课后小记课后小记二、二、教学内容教学内容 ( (一一) )计算机数控系统的工作流程计算机数控系统的工作流程1 1计算机数控系统的组成计算机数控系统的组成 计算机数控系统（Computer Numerical Control）由零件加程序，输入输出设备，计算机数字控制装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。 2计算机数控系统的工作过程计算机数控系统的工作过程 （1）CNC装置的组成 CNC装置由硬件和软件组成。软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由输入输出程序、I/O处

3、理程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成，如图2.2所示。（3）CNC装置可执行的功能 1）CNC装置中使用了计算机，用存放在存储器中的软件来实现部分或全部数控功能。 2）CNC装置的功能一般包括基本功能和选择功能。基本功能是CNC系统必备的数控功能，选择功能是供用户根据机床特点和工作途径进行选择的功能。控制功能 主轴功能准备功能 辅助功能 插补功能 字符显示功能 进给功能 自诊断功能 刀具功能 补偿功能及固定循环功能（二）插补原理（二）插补原理 1概述概述（1）插补的基本概念 按规定的函数曲线或直线，对其起点和终点

4、之间，按照一定的方法进行数据点的密化计算和填充，并给出相应的位移量，使其实际轨迹和理论轨迹之间的误差小于一个脉冲当量，这个过程称为插补。（2）插补方法的分类 脉冲增量插补 1）脉冲增量插补亦称行程增量插补，它适应于以步进电机为驱动装置的开环数控系统。 2）这种插补的实现方法较简单，只需进行加法和移位就能完成插补。 3）易用硬件实现，且运算速度很快。因此，脉冲增量插补算法只适合于一些中等精度（0.01mm）和中等速度（13m/min）的机床控制。数字增量插补 第一步是粗插补第一步是粗插补，即在给定起点和终点的曲线之间插入若干点，用若干条微小直线段来逼近给定曲线，每一微小直线段的长度L相等，且与给

5、定的进给速度有关。每一微小直线段的长度L与进给速度F和插补周期T有关，即L=FT。粗插补的特点是把给定的一条曲线用一组直线段来逼近。 第二步为精插补第二步为精插补，它是在粗插补时算出的每一微小直线段上再做“数据点的密化”工作，这一步相当于对直线的脉冲增量插补，这种插补算法可以实现高速、高精度控制，因此适于以直流伺服电机或交流电机为驱动装置的半闭环或闭环数控系统。2逐点比较法逐点比较法逐点比较法：就是通过逐点比较刀具与所加工曲线的相对位置，逐点比较法：就是通过逐点比较刀具与所加工曲线的相对位置，从而确定刀具的进给方向，以加工出所需的零件轮廓。从而确定刀具的进给方向，以加工出所需的零件轮廓。基本原

6、理是：基本原理是：计算机在控制加工轨迹的过程中，每走一步都要和规定的轨迹相比较，由比较结果决定下一步的移动方向。逐点比较法既可以做直线插补又可以做圆弧插补。特点是：特点是：运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化小，调节方便，因此在两坐标数控机床中应用较为普遍，这种方法每控制机床坐标进给一步，都都要完成四个工作节拍要完成四个工作节拍。逐点比较法的逐点比较法的四个工作节拍四个工作节拍 第一个节拍第一个节拍偏差判别偏差判别 第二个节拍第二个节拍坐标进坐标进给 第三个节拍第三个节拍偏差计算偏差计算 第四个节拍第四个节拍终点判别终点判别 3数字增量插补数字增量插补 在以

7、直流伺服电机或交流伺服电机为驱动元件的闭环CNC系统中，一般都会采用不同类型的数据采样插补算法，数据采样插补一般分粗、精两步完成插补运算。 第一步是粗插补，由软件实现， 第二步是精插补，由硬件实现。 用软件粗插补计算出一定时间内加工动点应该移动的距离，送到硬件插补器内，再经硬件精插补，控制电机驱动运动部件，达到预定的要求。插补周期T 相邻两次插补之间的时间间隔称为插补周期T； 向硬件插补器送入插补位移的时间间隔称为采样周期。 微小的进给直线段（进给步长）L： L与编程速度代码F和插补周期T密切相关， 即L = FT 插补周期T的选择十分重要。正确选择插补周期，要考虑许多因素，主要有下面三个影响

8、因素。插补运算时间位置反馈采样周期插补精度和速度三、实训内容三、实训内容1 1用逐点比较法插补圆弧AB，画出动点轨迹图。2实训自测题课堂练习，各大题中的后五小题。四、课堂小结四、课堂小结 通过本次课的教学，必须学会用逐点比较法来插补任一象限的圆弧，能独立推导不同象限的插补函数。教教 师师 课课 时时 授授 课课 计计 划划教师姓名 课程名称 数控原理与编程实训数控原理与编程实训授课时数0.5天 累计 2.5天授课日期授课日期班班 次次课课 题题课题二课题二数控系统的工作原理（三）数控系统的工作原理（三） 教学目的教学目的 1、理解刀具半径补偿和刀具长度补偿的概念2、掌握刀具半径补偿和刀具长度补

9、偿原理 重重 点点难难 点点 刀具半径补偿刀具长度补偿教教 具具 计算机 作作 业业 实训报告 参参 考考 书书 数控加工实训 数控加工技术教学过程教学过程一、旧课复习(建议用时：10分钟)二、新课的教学内容(建议用时：100分钟)1刀具半径补偿2刀具长度补偿三、实训内容(建议用时：60分钟)四、课堂小结(建议用时：10分钟)课后小记课后小记(一一)刀具半径补偿刀具半径补偿 1刀具半径补偿的概念刀具半径补偿的概念 1)用铣刀铣削工件的轮廓时，刀具中心的运动 轨迹并不是加工工件的实际轮廓。如图2.5所示； 由于数控系统控制的是刀心轨迹，编程时要根 据零件轮廓尺寸计算出刀心轨迹。 2)注意到零件轮

10、廓可能需要粗铣、半精铣和精 铣三个工步，由于每个工步加工余量不同，因 此它们都有相应的刀心轨迹。 3)另外刀具磨损后，也需要重新计算刀心轨迹，这样势必增加编程的复杂性。编程工作简化成只按零件尺寸编程，将加工余量和刀具半径值输入系统内存并在程序中调用 。这样既简化了编程计算，又增加了程序的可读性。 4)以按照零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置为依据，自动生成刀具中心轨迹的功能即称为刀具半径补偿功能刀具半径补偿功能。2刀具半径补偿的计算刀具半径补偿的计算 1)编程人员在程序中指明何处进行刀具半径补偿，指明是进行左刀补还是右刀补，并指定刀具半径，刀具半径补偿的具体工作由数控系统中的刀具半径补偿功能来

11、完成。 2)根据ISO规定，当刀具中心轨迹在程序规定的前进方向的右边时称为右刀补，用G42表示；反之称为左刀补，用G41表示。刀具半径补偿的执行过程 刀补建立即刀具以起刀点接近工件，由刀补方向G41/G42决定刀具中心轨迹在原来的编程轨迹基础上是伸长还是缩短一个刀具半径值。见图2.6所示。 刀补进行一旦刀补建立则一直维持，直至被取消。在刀补进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。在转接处，采用伸长、缩短和插入三种直线过渡方式。 刀补撤消（G40）即刀具撤离工件，回到起刀点。和建立刀具补偿一样，刀具中心轨迹也要比编程轨迹伸长或缩短一个刀具半径值的距离。 刀具半径补偿仅指在指定

12、的二维坐标平面内进行，刀具半径补偿仅指在指定的二维坐标平面内进行，平面的指定由G17（XY平面），G18（YZ平面），G19（XZ平面）表示。图2.6 刀补建立3B功能刀具半径补偿功能刀具半径补偿 1) B功能刀具半径补偿为基本的刀具半径补偿，它仅根据本段程序的轮廓尺寸进行刀具半径补偿，计算刀具中心的运动轨迹。 2) 对于直线而言，只要计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标，刀具中心轨迹即可确定； 3) 对于圆弧而言，圆弧的刀具半径补偿，需要计算出刀具中心轨迹圆弧的起点、终点和圆心坐标。 如图2.7，正在加工的直线终点坐标为A（X，Y）。假设上段程序加工完成后，刀具中心位于O，现需要计算刀具半径（R）补偿后直线OA的终点A（X，Y）。设终点刀具半径偏置矢量AA的坐标投影为（X，Y），则有 因为 故A点的坐标为 第二、三、四象限的刀具半径补偿计算可以类似推导，所差仅为X与Y的符号。YYYXXX2222cossinYXXRRYYXYRRX2222YXXRYYYXYRXX直线的刀具补偿计算 图2.7 直线刀具半径补偿 图2.8 圆弧刀具半径补偿(二二)刀具长度补偿的概念刀具长度补偿的概念 1)