数控技术4

第四章 计算机数控（CNC）系统 第一节 概述 一、 CNC系统的构成与功能 1、数字控制的任务Î制造各种规定的几何形状 所谓数字控制Î就是使工具与刀具的相对运动形成规定的几何轨迹控制和 机床状态开关量控制 机床数字控制的根本任务Î就是运动轨迹行程量控制和开关量控制 2、 CNC系统组成 根据机床数字控制的任务，CNC系统采用了计算机作为控制部件，通过常驻 在其内部的数控系统软件实现部分或全部数控功能，从而能对机床运动进行实时 控制。 CNC最大的特点：Î只要改变计算机控制软件就能实现一种新的控制方式。 机床CNC系统组成：程序、输入/输出设备、 CNC控制器、可编程逻辑 控制器PLC、主轴驱动单元、进给驱动单元等 其中， CNC控制器是有计算机硬件、数控系统软件及相应的输入/输出接口 构成的专用计算机和可编程逻辑控制器PLC所组成 3、 CNC控制器一般的工作过程 工作过程有：输入、译码刀具补偿、进给速度处理、插补、位置控制、 I/O处理、显示、诊断 G01 X10 Y10 S1000 F150 T01 M03; 4、 CNC控制器的功能（基本功能 选择功能 ） （1）轴控制功能------------------------- CNC可控制的和同时控制的轴数 （2）准备功能---------------------------- G功能 （3）插补功能-----------------------------直线、圆弧插补 （4）进给功能-----------------------------F功能 （5）主轴功能-----------------------------S功能 （6）辅助功能-----------------------------M功能 （7）刀具功能和第二辅助功能--------T功能 （8）补偿功能-----------------------------尺寸补偿、间隙补偿 （9）字符、图形显示功能 （10）自诊断功能 （11）通信功能 （12）人机交互图形编辑功能 二、 CNC的硬件结构 1、常规CNC的硬件结构 （1）常规CNC发展的主要形式（有三种） 总线式模块化结构的CNC 单板或专用芯片及模板组成的CNC 基于通用计算机开发的CNC （2）单微处理器结构 （3）多微处理器结构 指系统中有两个或两个以上的CPU能控制系统总线或主存储器进行工作 2、开放式CNC的硬件结构 为了增加数控系统的柔性和通用性，建立了新的开放型CNC系统 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 框架， 使数控系统向模块化、平台化、工具化、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化发展 （1）开放式CNC的定义 1）可互操作性Î可相互调用功能 2）可移植性Î软件与设备无关 3）可缩放性Î可增加、减少系统功能 4）可相互替代性Î功能模块可互换 （2）基于PC（或IPC）开放式CNC的硬件配置形式 1）基于PC的有限开放CNC ① PC连接型CNC PC CNC ② PC内藏型CNC 1）基于PC的可开放CNC PC机的扩展槽中加入（插入）专用CNC卡 三、CNC的软件结构 1、 CNC中软件、硬件界面与数据转换 在CNC中，软件、硬件在逻辑上是等价的，但各有特点。 硬件：速度快，造价高，适应性差 软件：速度慢，设计灵活，适应性强 一般，在CNC中的软件、硬件分配比例是由性能价格比决定的。 在CNC中，直线、圆弧和其他曲线控制功能的数据转换过程是类同的，如： 2、CNC系统的多任务并行处理与实时中断处理 多任务性 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为Î系统管理和系统控制 3、常规CNC的软件结构 主要结构模式有：中断型和前后台型 （1）中断型结构模式Î程序除了初始化程序，全部由中断服务程序构成 如FANUC-BESK 7CM CNC系统 0为最低级，7为最高级 Î 0级中断请求是通过硬件接线始终保持存在，但随时可能被中断！ 第二节 CNC的轨迹控制原理 一、轨迹控制算法的要求和类别 1、对插补算法的要求 1）对插补所需的输入最少 2）插补理论误差满足精度要求 3）进给速度满足表面粗糙度要求 4）插补算法满足多坐标联动控制 5）插补算法简单可靠 2、插补算法的类别 1）按插补输出的标量不同来分：有数字脉冲增量法、数据采样法（时间分割法） 2）按插补算法的规则不同来分：有逐点比较法、数字积分法、比较积分法 3）按几何规律不同来分：有直线、圆弧的插补算法 二、数字脉冲增量法插补 1、逐点比较法（又称为区域判别法） 原理：逐点计算，判别加工偏差用于控制坐标进给方向。 逐点比较法的四个工作节拍为： 第一，偏差判别 第二，进给 第三，偏差计算 第四，终点判断 1）逐点比较法的直线插补 （1）偏差公式Pij=xeyj-xiye Pij ≥ 0 ÎM点在直线的上方 + ∆ X Pij＜ 0 ÎM点在直线的下方 + ∆ Y （2）偏差计算 Pi,j ≥ 0 Î xi+1 = xi +1 yj+1 = yj Pi+1,j= Pi,j-ye Pi,j ＜ 0 Î xi+1 = xi yj+1 = yj +1 Pi,j+1= Pi,j+xe ∆=(ai - a) ≈ (tgai- tga) = ( yj/xi - ye/xe ) = (xeyj - xiye ) / xixe Î Pij=xeyj-xiye 例：加工OA直线， xe =5，ye =3 第一象限偏差公式与进给关系为： （3）直线插补的计算程序 （4）不同象限直线插补公式 2）逐点比较法的圆弧插补 （1）偏差公式 Pij=xi2+yj2 -R2 Pij ≥ 0ÎM点在圆外 - ∆X Pij ＜ 0ÎM点在圆内 + ∆Y （2）偏差计算 Pi,j ≥ 0 Î xi+1 = xi -1 yj+1 = yj Pi+1,j= xi+12 +yj2 -R2 = (xi –1) 2 +yj2 -R2 = xi2 -2xi +1 +yj2 -R2 = xi2 +yj2 -R2 -2xi +1 Pi+1,j = Pi,j-2xi +1 Pi,j ＜ 0 Î xi+1 = xi yj+1 = yj +1 Pi,j+1= xi2 +yj+12 -R2 = xi 2 +(yj +1) 2 -R2 = xi2 +yj2 +2yj +1-R2 = xi2 +yj2 -R2 +2yj +1 Pi,j+1 = Pi,j+2yj +1 ∆=(RM - R) Î ∆ = (RM 2 - R2) = xi2+yj2 -R2 Î Pij=xi2+yj2 -R2 （3）圆弧插补的计算程序 （4）不同象限直线插补公式 2、数字积分法(又称微分 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 器DDA) 数字积分插补方法不仅可以实现一次、 二次甚至高次曲线的插补，而且易于实现多 坐标联动控制，只要输入不多的几个数据， 就能加工出较为复杂的轮廓曲线。因此DDA 方式已被广泛应用。 (1)基本原理 由积分的几何概念上讲，函数X=f(t)的积 分运算就是求此函数曲线所包围的面积S 如果∆t=1，即一个脉冲当量δ 由此可见，函数的积分运算变成了变量的求和运 算。若取的脉冲当量δ足够小，则用求和运算来代替 积分运算所引起的误差可以不超过容许的数值。 这样，可以采用两个寄存器(被积函数寄存器Jv和 累加寄存器或称余数寄存器JR)和一个全加器∑构成 数字积分器。 图中，每当来一个∆t信号，就使寄存器Jv中的xi值 往寄存器JR中累加一次。若取JR寄存器的容量作为一 个单位面积值，则在累加过程中JR溢出一个脉冲就表 示获得一个单面积值。因此， JR的总溢出脉冲数∆S 即为求得的积分值。 3、比较法积分法 三、数据采样法（时间分割法） 时间分割法Î是把加工一段直线或圆弧的整个时间分割为若干个相等的时间间隔， 也称为插补周期，每经过一个插补周期就进行一次插补运算，计算出周期内各轴 的进给量。 1、插补周期的选择 （1）插补周期必须大于插补运算时间+实时控制时间 （2）插补周期应是采样周期的整数倍 （3）插补周期应满足加工精度和速度要求 第三节 刀具位置补偿和半径补偿 在轨迹控制中，为了保证一定的精度和编程方便，通常需有刀具位置补偿 和刀具半径补偿功能。 一、刀具位置补偿 Î不同尺寸刀具加工同一轮廓尺寸的零件。 ( I补 , K补) 二、刀具半径补偿 1、刀具半径补偿的作用Î自动使刀具沿轮廓线偏移一个刀具半径值，使按轮廓 编程的程序能正确地加工零件 2、B型机能刀具半径的补偿方法Î加工轮廓转接按圆弧方式进行 缺点： 1）尖角变圆 2）内轮廓加工刀具中心轨迹难求 3、C型机能刀具半径的补偿方法 （1）C型机能刀补的设计思想 常用刀具半径的补偿方法采用：读一段Î算一段Î再走一段 缺点：不能预计到下一段加工轨迹对本段的形象影响，从而需要人工判别。 C型机能刀补的设计思想：增设刀具补偿缓冲器，数控系统工作时，同时存 有三段程序信息，考虑每两段的转接形式后，才执行输出命令。 （2）自动过渡的转接方式 Î C型机能刀具半径的补偿方法的主要特点是加工轮廓转接采用直线过渡 根据连接方式不同，产生不同的转接形式 C型机能刀具半径的补偿Î能进行过切削判别 4、C型机能刀具半径的补偿的执行过程（分为三个步骤Î建立、进行、撤消） 5、C型机能刀具半径的补偿的工作 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 及实例 第四节 进给速度和加减速控制 通常使用两种进给速度： F = ? (mm/min) F = ? (r/min) 螺纹加工 一、进给速度计算 1、开环系统的速度计算 F（进给速度）=δ f 60 (mm/min) δÎ脉冲当量 (mm/脉冲) f Î脉冲频率(Hz) Vx=60δfx Vy=60δfy V =(Vx2 +Vx2 )1/2=F 2、闭环和半闭环系统速度计算 （1）直线插补的速度计算 ∆L=FT/60 F Î进给量（mm/min） T Î插补周期（ms） ∆X= ∆Lcos(а) （µm） ∆Y= ∆Lsin(а) （µm） （2）圆弧插补的速度计算 ∆L=FT/60 ∆X i = ∆Lcos(аi) = ∆L• ji-1/R =λ ji-1 ∆Y i = ∆Lsin(аi) = ∆L• ii-1/R =λ ii-1 λ= ∆L/RÎ步长分配系数 ii-1 , ji-1Î圆心相对于第i-1点的坐标 二、进给速度控制 在CNC系统中，进给速度控制就是用软件或软件与接口 来实现进给速度计算式 1、程序计时法 程序计时法也称程序延时法，多用于点位、直线控制 系统，且采用数字脉冲增量法。 系统控制的进给速度可分为：升速、恒速、降速、低 速等几个阶段 FK Î速度标志 FK0（存恒定值）FK1（存低速值） 位置计算Î是计算出移动过程中的当前位置 GD Î降速标志（GD=10降速点 GD=01低速点） 2、时钟中断法 按 f（脉冲频率Hz）值预置适当的实时时钟，从而产生频率为f的定时时钟。 Î CPU每接受一次中断信号，就进行一次插补运算，并 送出一个脉冲，这类似硬件插补，适用数字脉冲增量法。 缺点： CPU中断频繁，占用CPU时间多。 3、数据采样的CNC系统加减速控制 在CNC控制机械机构启、停运动时，由于惯性总会出现加速与减速过程。 Î加减速控制大多采用软件来实现 Î加减速控制在插补前进行称为：前加减速控制 Î加减速控制在插补后进行称为：后加减速控制 1）前加减速控制 （1）线性加减速处理 Fs恒定速度 Fs =TKF/(60x1000) (mm/min) Fi瞬时速度 Fi = Fs Î恒定 Fi < Fs Î加速 Fi > Fs Î减速 （2）终点判别处理 在前加减速控制处理中，每次插补运算后，必须进行终点判断和达到减速区 判断 2）后加减速控制