數(shù)控技術-計算機數(shù)控裝置

本章內(nèi)容概述CNC裝置的硬件結構CNC裝置的軟件結構CNC裝置的插補原理

刀具半徑補償與加減速控制數(shù)控系統(tǒng)中的PLCCNC系統(tǒng)的接口電路1.1概述CNC系統(tǒng)的核心是CNC裝置，是由硬件和軟件兩大部分組成的。1.1.1CNC系統(tǒng)組成主軸電機進給伺服電機電子手輪I/O模塊等機床控制面板CNC鍵盤驅動系統(tǒng)1.1概述輸入信息譯碼數(shù)據(jù)處理插補信息輸出，將各個坐標軸的分量送到各控制軸的驅動電路，經(jīng)過轉換、放大去驅動伺服電機，帶動各軸運動

實時位置反饋控制，使各個坐標軸能精確地走到所要求的位置。1.1.2CNC系統(tǒng)工作過程

輸入內(nèi)容——零件程序、控制參數(shù)和補償數(shù)據(jù)。

輸入方式——磁盤輸入、光盤輸入、鍵盤輸入、通訊接口輸入及連接上位計算機的DNC接口輸入1）輸入2）譯碼：以一個程序段為單位，根據(jù)一定的語法規(guī)則解釋、翻譯成計算機能識別的數(shù)據(jù)形式，并以一定的數(shù)據(jù)格式存放在指定的內(nèi)存專用區(qū)內(nèi)。3）數(shù)據(jù)處理：刀具補償、速度計算以及輔助功能的處理等。

4）插補：通過插補計算程序在一條曲線的已知起點和終點之間進行“數(shù)據(jù)點的密化工作”。5）位置控制：在每個采樣周期內(nèi)，將插補計算出的理論位置與實際反饋位置比較，用差值去控制進給伺服電機。6）I/O處理：處理CNC裝置與機床之間的強電信號輸入、輸出和控制。7）顯示：零件程序、參數(shù)、刀具位置、機床狀態(tài)等。8）診斷：檢查一切不正常的程序、操作和其他錯誤狀態(tài)。

1.1概述CNC裝置的功能是指滿足用戶操作和機床控制要求的方法和手段。數(shù)控裝置的功能包括基本功能和選擇功能。1.1.3CNC裝置的功能（1）控制功能CNC裝置可控制的軸數(shù)以及同時控制的軸數(shù)。有移動軸和轉動軸，有基本軸和附加軸。控制的軸數(shù)越多，CNC裝置越復雜。（2）準備功能(G)也稱G功能，用來指定機床的動作方式，包括基本移動、平面選擇、準備設定、刀具補償、固定循環(huán)、公英制轉換等?；竟δ?.1概述（3）插補功能CNC通過插補實現(xiàn)刀具軌跡的運動。插補分為粗插補和精插補。粗插補是由軟件計算出每個插補周期所走的線段長度；精插補由硬件完成線段長度所對應的脈沖當量數(shù)的逼近。（4）進給功能(F)進給速度的控制功能。切削進給速度：控制刀具相對工件的運動速度，單位為mm/min?；竟δ?.1概述（4）進給功能(F)同步進給速度：以主軸每轉進給量規(guī)定進給速度，實現(xiàn)切削速度和進給速度的同步，主軸需要安裝編碼器，用于切削螺紋單位為mm/r?？焖龠M給速度：G00指令。進給倍率：人工實時調(diào)整預先給定的進給速度，可以通過進給賠率開關或者軟件實現(xiàn)?；竟δ?.1概述（5）主軸功能(S)是指定主軸轉速的功能，單位r/min。用于指定主軸的起停轉向，冷卻泵的通和斷、刀庫的起停等功能，M00-M99。用來選擇刀具的功能，用T和其后的2位或4位數(shù)字表示。（6）輔助功能(M)（7）刀具功能(T)基本功能1.1概述基本功能（8）字符圖形顯示功能通過顯示器，實現(xiàn)相關信息的顯示，可以顯示程序、參數(shù)、坐標等，還可以實現(xiàn)實際加工軌跡的實時顯示。CNC自動實現(xiàn)故障預報和故障定位的功能。開機自診斷；在線自診斷；離線自診斷；遠程通訊診斷。（9）自診斷功能1.1概述選擇功能（1）補償功能刀具半徑和長度補償功能：實現(xiàn)按零件輪廓編制的程序控制刀具中心軌跡的功能。傳動鏈誤差：包括螺距誤差補償和反向間隙誤差補償功能。非線性誤差補償功能：對諸如熱變形、靜態(tài)彈性變形、空間誤差以及由刀具磨損所引起的加工誤差等，采用AI、專家系統(tǒng)等新技術進行建模，利用模型實施在線補償。1.1概述選擇功能是數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)典型加工循環(huán)（如：鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削和切螺紋等）的功能。（2）固定循環(huán)功能RS232、DNC接口、網(wǎng)絡接口。（3）通訊功能（4）人機對話編程功能1.1概述幾種典型的數(shù)控系統(tǒng)日本FANUC的CNC裝置德國SIMENS的CNC裝置美國A-B公司CNC裝置北京數(shù)控設備廠的CNC裝置廣州數(shù)控CNC裝置華中數(shù)控CNC裝置1.2CNC裝置的硬件結構按其中含有CPU的多少可分為：

單微處理器結構和多微處理器結構；按電路板的結構特點可分為：

大板結構和模塊化結構。CNC裝置的硬件結構本節(jié)主要介紹：1）單微處理機硬件結構

2）多微處理機硬件結構

3）開放式CNC系統(tǒng)1.2CNC裝置的硬件結構CPUROM/EPROMRAMI/O接口可編程控制器MDI/CRT

接口位置

控制單元通訊接口總線單微處理器硬件結構圖主軸

控制單元其他接口1.2.1單微處理器硬件結構1.2CNC裝置的硬件結構單微處理器結構組成：

微處理器（運算、控制）、存儲器、總線、接口微處理器數(shù)控裝置:

以一個CPU（中央處理器）為核心，CPU通過總線與存儲器和各種接口相連接，采取集中控制、分時處理的工作方式，完成數(shù)控加工各個任務。一個微處理器完成所有的功能采用總線結構結構簡單，易于實現(xiàn)功能受限制1.2CNC裝置的硬件結構只讀存儲器（ROM）：系統(tǒng)程序隨機存儲器（RAM）：運算的中間結果、需顯示的數(shù)據(jù)、運行中的狀態(tài)、標志信息CMOSRAM或磁泡存儲器：加工的零件程序、機床參數(shù)、刀具參數(shù)存儲器1.2CNC裝置的硬件結構位置控制單元

在一個數(shù)控系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器，分別實現(xiàn)相應的數(shù)控功能。1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構1.2.2多微處理器硬件結構特點：能實現(xiàn)真正意義上的并行處理，處理速度快，可實現(xiàn)較復雜的系統(tǒng)功能。容錯能力強，在某模塊出了故障后，通過系統(tǒng)重組仍可繼續(xù)工作。80x86CPU51系列單片機FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）DSP（數(shù)字信號處理器）ARM（AdvancedRISCMachines）架構處理器（RISC：ReducedInstructionSetComputing，精簡指令運算集）1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構1.2.2多微處理器硬件結構處理器類型1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構1.2.2多微處理器硬件結構多微處理器典型結構:共享總線型共享存儲器型混合型結構多微處理器結構是指在系統(tǒng)中有兩個或兩個以上的微處理器能控制系統(tǒng)總線、或主存儲器進行工作的系統(tǒng)結構。目前大多數(shù)CNC系統(tǒng)均采用多微處理器結構。緊耦合結構：兩個或兩個以上的微處理器構成的處理部件之間采用緊耦合（相關性強），有集中的操作系統(tǒng)，共享資源。松耦合結構：兩個或兩個以上的微處理器構成的功能模塊之間采用松耦合（具有相對獨立性或相關性弱），有多重操作系統(tǒng)有效地實現(xiàn)并行處理。1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構通過總線連接系統(tǒng)內(nèi)的各個模塊。主模塊控制系統(tǒng)總線，各模塊通過仲裁電路判別各模塊的優(yōu)先級，進而共享總線資源。共享總線結構共享存儲器結構1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構多CPU共享存儲器框圖公共存儲器I/O(CPU)CRT(CPU)軸控制（CPU）插補(CPU)來自機床的控制信號輸出至機床的控制信號采用多端口存儲器來實現(xiàn)各微處理器之間的相互連接和通信，每個端口都配有一套數(shù)據(jù)、地址、控制線，以供端口訪問。1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構顯示器CPU存儲器網(wǎng)卡傳感/執(zhí)行器應用層功能層設備層I/O模塊多軸運動控制器驅動器驅動器驅動器X軸電機Y軸電機Z軸電機機床本體ISA/PC104/PCI總線1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構ARM+DSP嵌入式數(shù)控系統(tǒng)結構M、S、T等指令主軸電機外圍網(wǎng)絡接口USB接口鍵盤接口顯示接口存儲接口......插補單元補償單元位控單元G代碼伺服單元進給電機ARMPLC軟核操作系統(tǒng)DSP接口FPGA代碼解釋模塊1.2.3開放式CNC系統(tǒng)1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構可移植性：系統(tǒng)的應用模塊無需經(jīng)過任何改變就可以 用于另一平臺，仍然保持原有特性?？蓴U展性：不同應用模塊可在同一平臺上運行?？蓞f(xié)同性：不同應用模塊能夠協(xié)同工作，并以確定方

式交換數(shù)據(jù)。規(guī)?？勺冃裕簯媚K的功能和性能以及硬件的規(guī)模 可按照需要調(diào)整。開放的含義1.2CNC系統(tǒng)的硬件結構開放式數(shù)控系統(tǒng)的結構單元PC機結構4.2CNC系統(tǒng)的硬件結構開放式數(shù)控系統(tǒng)的結構分層式多微處理機結構4.2CNC系統(tǒng)的硬件結構開放式數(shù)控系統(tǒng)的結構開放式數(shù)控系統(tǒng)的基本特征模塊化數(shù)控功能的模塊化系統(tǒng)體系結構模塊化標準化平臺無關性：指控制器不依賴特定的硬件平臺和操作系統(tǒng)平臺，控制器與計算機平臺之間有明確的接口?？稍俅伍_發(fā)適應網(wǎng)絡操作方式1.3CNC系統(tǒng)的軟件結構由CNC管理軟件和CNC控制軟件兩部分組成。

操作系統(tǒng)管理軟件控制軟件零件程序管理顯示處理人機交互位置控制輸入輸出管理插補運算故障診斷處理速度處理機床輸入輸出編譯處理主軸控制刀具半徑補償......1.3.1CNC系統(tǒng)軟件的組成1.3.2CNC系統(tǒng)軟件結構特點多任務并行處理多任務性：顯示、譯碼、刀補、速度處理、插補處理、位置控制、…并行處理：系統(tǒng)在同一時間間隔或同一時刻內(nèi)完成兩個或兩個以上任務處理。并行處理的實現(xiàn)方式：☆資源分時共享（單CPU）☆資源重疊流水處理（多CPU）1.3CNC系統(tǒng)的軟件結構實時中斷處理CNC中斷管理主要由硬件完成，系統(tǒng)的中斷結構決定了系統(tǒng)軟件的結構。CNC系統(tǒng)的中斷類型有以下幾種。外部中斷：主要有外部監(jiān)控中斷和鍵盤及操作面板中斷。內(nèi)部定時中斷：主要有插補周期定時中斷和位置采樣定時中斷。硬件故障中斷：各種硬件故障檢閱裝置發(fā)出的中斷。程序性中斷：程序中出現(xiàn)的各種異常情況的報警中斷。1.3.2CNC系統(tǒng)軟件結構特點（1）前后臺型軟件結構將整個CNC軟件分為前臺程序和后臺程序1.3.3CNC裝置的軟件結構前臺程序:

主要完成插補運算、位置控制、故障診斷等實時性很強的任務，它是實時中斷程序。后臺程序(背景程序):

完成準備工作和管理工作，如顯示、程序編輯管理、系統(tǒng)輸入/輸出、插補預處理（譯碼、刀補處理、速度預處理)等弱實時性的任務，它是一個循環(huán)運行的程序，其在運行過程中，不斷地定時被前臺中斷程序所打斷，前后臺相互配合來完成零件的加工任務。（2）中斷型軟件結構1.3.3CNC裝置的軟件結構除了初始化程序之外，整個系統(tǒng)軟件的各個任務模塊分別安排在不同級別的中斷服務程序中，然后由中斷管理系統(tǒng)（由硬件和軟件組成）對各級中斷服務程序實施調(diào)度管理。整個軟件就是一個大的中斷管理系統(tǒng)。1.4CNC裝置的插補原理1.4.1概述插補實質是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)零件輪廓線型的有限信息，計算出刀具的一系列加工點、完成所謂的數(shù)據(jù)“密化”工作。數(shù)控系統(tǒng)中完成插補工作的裝置稱為插補器。根據(jù)插補器的結構不同可分為硬件插補器和軟件插補器?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)大多采用軟件插補或軟硬件插補相結合的方法。插補器按數(shù)學模型來分類，可分為一次插補器、二次插補器及高次曲線插補器等，大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)都具有直線插補器和圓弧插補器。根據(jù)插補所采用的原理和計算方法的不同，目前應用的插補方法分為兩類：脈沖增量插補和數(shù)字增量插補。1.4CNC裝置的插補原理1.4.1概述脈沖增量插補又稱基準脈沖插補，其特點是每次插補結束在一個軸上僅產(chǎn)生單個的行程增量，以一個脈沖的方式輸出，實現(xiàn)一個脈沖當量的位移。脈沖當量：一個脈沖所對應的坐標軸的移動量。常用的方法：逐點比較法和數(shù)字積分法，一般用硬件實現(xiàn)。（1）脈沖增量插補1.4CNC裝置的插補原理1.4.1概述數(shù)字增量插補又稱數(shù)據(jù)采樣插補，其特點是插補運算分兩步完成。第一步是粗插補：時間分割，把加工一段直線或圓弧的整段時間細分為許多相等的時間間隔，稱為插補周期T。在每個T內(nèi)，計算輪廓步長l＝F·T，將輪廓曲線分割為若干條長度為輪廓步長

l的微小直線段。（2）數(shù)字增量插補l＝F·T第二步精插補：在粗插補算出的每一微小直線段的基礎上再作“數(shù)據(jù)點的密化”工作。一般將粗插補運算稱為插補，由軟件完成；精插補可由軟件、硬件實現(xiàn)。1.4CNC裝置的插補原理1.4.1概述著重解決兩個問題：1.如何選擇插補周期T？2.如何計算在一個插補周期內(nèi)各坐標軸的增量值△x或△y？（2）數(shù)字增量插補l＝F·T1.4CNC裝置的插補原理1.4.2脈沖增量插補原理：每次向一個坐標軸輸出1個進給脈沖，每走一步將點的瞬時坐標與理想軌跡比較，判斷實際點與理想軌跡的偏移位置，通過偏差函數(shù)計算二者偏差，決定下步進給方向（誤差小的方向）。（1）逐點比較法（代數(shù)運算法、醉步法）坐標進給偏差判別偏差計算終點判別每進給一步需要四個節(jié)拍：第Ⅰ象限一待加工直線，起點:坐標原點O，終點:A（xe，ye），動點P（xi，yi），則直線方程為即：逐點比較法直線插補1）Fi≥0時，向＋X方向進給一個脈沖當量，到達點Pi＋1，此時xi＋1=xi＋1，則點Pi＋1的偏差判別函數(shù)Fi+1為

令為偏差判別函數(shù)，則有：偏差判別：Fi=0時，動點在直線上；Fi>0時，動點在直線上方；Fi<0時，動點在直線下方。

坐標進給：偏差計算：2）當Fi＜0時，向＋Y方向進給一個脈沖當量，到達點Pi＋1，此時yi+1=yi＋1，則點Pi＋1的偏差判別函數(shù)Fi+1為可見：新加工點的偏差Fi+1是由前一個加工點的偏差Fi和終點的坐標值遞推出來的，如果按前兩式計算偏差，則計算大為簡化。偏差計算：第一拍判別第二拍進給第三拍運算第四拍比較總結：終點判別三種方法：判別插補或進給的總步數(shù)：N=Xe+Ye分別判別各坐標軸的進給步數(shù)僅判斷進給步數(shù)較多的坐標軸的進給步數(shù)。終點判別：第Ⅰ象限直線插補流程圖NYyn+Y向走一步初始化xe→Xye→YE=Xe+YeF≥0？+X向走一步E=0？結束起始F←F+XF←F-YE←E-1例1:設加工第Ⅰ象限直線，起點坐標原點O，終點A（6,4），用逐點比較法對其進行插補，并畫出插補軌跡。解：終點判別寄存器E＝6＋4=10，每進給一步減1，E=0時停止插補。XYOA步數(shù)偏差判別坐標進給偏差計算終點判別起點

F0=0E=101F0=0＋XF1=F0－ye=0－4=－4E=10－1=92F1＜0＋YF2=F1＋xe=－4＋6=2E=9－1=83F2＞0＋XF3=F2－ye=2－4=－2E=8－1=74F3＜0＋YF4=F3＋xe=－2＋6=4E=7－1=65F4＞0＋XF5=F4－ye=4－4=0E=6－1=56F5=0＋XF6=F5－ye=0－4=－4E=5－1=47F6＜0＋YF7=F6＋xe=－4＋6=2E=4－1=38F7＞0＋XF8=F7－ye=2－4=－2E=3－1=29F8＜0＋YF9=F8＋xe=－2＋6=4E=2－1=110F9＞0＋XF10=F5，4－ye=4－4=0E=1－1=0坐標變換：其他各象限直線點的坐標取絕對值，這樣，插補計算公式和流程圖與第一象限直線一樣。

Fi+1=Fi-|ye|Fi+1=Fi+|xe|逐點比較法圓弧插補圓弧AB的圓心O（0，0），半徑R，加工點坐標為P（xi，yi），則圓弧插補偏差判別函數(shù)為：Fi＝0時，點在圓弧上；Fi＞0時，點在圓弧外；Fi＜0時，點在圓弧內(nèi)。偏差判別：1．插補第Ⅰ象限逆圓弧坐標進給：偏差計算：1）Fi

≥0時，向-X方向進給一步。2）Fi＜0時，向+Y方向進給一步。坐標進給：偏差計算：2．插補第Ⅰ象限順圓弧1）Fi

≥0時，向-Y方向進給一步。坐標進給：偏差計算：2）Fi

＜0時，向+X方向進給一步。坐標進給：偏差計算：注意：xi、yi的值在插補過程中是變化的，這一點與直線插補不同。終點判別：判別插補或進給的總步數(shù)分別判別各坐標軸的進給步數(shù)Fi,j≥0Fi,j≥0Fi,j<0Fi,j<0逆圓逆圓逆圓順圓順圓順圓逆圓順圓OXYFi,j<0Fi,j<0Fi,j<0Fi,j<0Fi,j<0Fi,j<0Fi,j≥0Fi,j≥0Fi,j≥0Fi,j≥0Fi,j≥0Fi,j≥0其他象限圓弧插補的方法?1）分別處理法2）坐標變換法（常用）(0,6)(6,0)例:

F0=0E＝6＋6=12偏差判別坐標進給偏差計算坐標計算終點判斷步數(shù)偏差判別坐標進給偏差計算坐標計算終點判斷起點

F0=0x0=6y0=0E=121F0=0－XF1=F0－2x0＋1=0－12＋1=－11x1=6－1=5y1=0E=112F1＜0＋YF2=F1＋2y1＋1=－11＋0＋1=－10x2=5y2=0＋1=1E=103F2＜0＋YF3=F2＋2y2＋1=－10＋2＋1=－7x3=5y3=1＋1=2E=94F3＜0＋YF4=F3＋2y3＋1=－7＋4＋1=－2x4=5y4=2＋1=3E=85F4＜0＋YF5=F4＋2y4＋1=－2＋6＋1=5x5=5y5=3＋1=4E=76F5＞0－XF6=F5－2x5＋1=5－10＋1=－4x6=5－1=4y6=4E=67F6＜0＋YF7=F6＋2y6＋1=－4＋8＋1=5x7=4y7=4＋1=5E=58F7＞0－XF8=F7－2x7＋1=5－8＋1=－2x8=4－1=3y8=5E=49F8＜0＋YF9=F8＋2y8＋1=－2＋10＋1=9x9=3y9=5＋1=6E=310F9＞0－XF10=F9－2x9＋1=9－6＋1=4x10=3－1=2y10=6E=211F10＞0－XF11=F10－2x10＋1=4－4＋1=1x11=2－1=1y11=6E=112F11＞0－XF12=F11－2x11＋1=1－2＋1=0x12=1－1=0y12=6E=0由高等數(shù)學可知，求函數(shù)y=f（x）對x的積分運算，從幾何概念上講，是求此函數(shù)曲線與X軸在積分區(qū)間所包圍的面積F。

DDA插補基本原理:數(shù)字積分法求面積F可以轉化成

數(shù)字運算時，一般取Δx為單位“1”，即1個脈沖當量，則函數(shù)的積分運算變成了對變量的求和運算，設累加器容量為一個單位面積值，則溢出脈沖總數(shù)為所求面積。起點O（0,0），終點A（xe

,ye），設進給速度V是均勻的，直線長度L，則有DDA法直線插補動點從原點走向終點，可看作是各坐標每經(jīng)過一個△t分別以增量kxe、kye同時累加的結果。設經(jīng)過m次累加后，X和Y方向都到達終點A（xe

,ye），則：

取△t＝1mk=1m必須是整數(shù)，所以k為小數(shù)。選取k時考慮△x、△y≤1，保證坐標軸上每次分配的進給脈沖不超過1個單位（一般為1個脈沖當量）。xe

、ye最大值（寄存器位數(shù)n）為2n－1，所以一般取

DDA直線插補整個過程需要2n次累加能到達終點k（2n－1）<1，則：m＝2nX—Y平面的DDA直線插補器的示意圖：tY軸溢出脈沖X軸溢出脈沖+被積函數(shù)寄存器JVY（ye）Y積分累加器JRYX積分累加器JRX被積函數(shù)寄存器JVX（xe

）+控制脈沖直線插補終點判別：

m=2n為終點判別依據(jù)例：設直線起點在原點O（0，0），終點A（8，6），采用四位寄存器，寫出直線DDA插補過程并畫出插補軌跡。解：m＝24＝16。累加次數(shù)

mJVX（存xe

）

JRX（∑xe）

△x

JVY（存ye）

JRY（∑ye）

△y

01000(8)000110(6)001

2

累加次數(shù)

mJVX（存xe

）

JRX（∑xe）

△x

JVY（存ye）

JRY（∑ye）

△y

01000000110001

10000

011002

00001

110003

10000

001014

00001

100005

10000

111006

00001

010017

10000

101008

00001

000019

10000

0110010

00001

1100011

10000

0010112

00001

1000013

10000

1110014

00001

0100115

10000

1000016

00001

00001第一象限逆圓弧刀具沿半徑為R的逆圓弧AB的切線方向進給，速度為V，P（xi，yi）為動點，則：DDA法圓弧插補

當?shù)毒哐貓A弧切線方向勻速進給時，可認為k為常數(shù)。在一個單位時間間隔△t內(nèi)，X和Y方向上的移動距離微小增量△x、△y應為：-1+1JVY

控制脈沖ΔtY軸溢出脈沖X軸溢出脈沖+Y積分累加器JRYX積分累加器JRXJVX+ΔxΔy(yi)(xi)DDA法圓弧插補的終點判別：一般各軸各設一個終點判別計數(shù)器、分別判別是否到達終點。每進給一步，相應軸的終點判別計數(shù)器減l，當各軸終點判別計數(shù)器都減為0時，停止插補。例5-5第一象限逆圓弧，起點A（5,0），終點B（0,5），用三位寄存器，寫出DDA插補過程并畫出插補軌跡。解：EX＝5，EY＝5，X和Y積分器有溢出時，EX、EY相應減“1”，當均為0時，插補結束。累加次數(shù)m

JVX（yj）

JRXxEX

JVY（xi）JRYyEY

012累加次數(shù)m

JVX（存yj）

JRXEX

JVY（存xi）JRYEY

0000（0）0000101101（5）0000101

1000000010110110101012000000010110101011002001（1）

3001001010110111101004001010010110110010114010（2）

5010100010110100110105011（3）

6011111010110111000107011010110010101110017100（4）

100（4）

8100110010010011100019100010101110001110009101（5）

011（3）

101011110011011

111010011001011

11

010（2）

121010011001010

10112

001（1）

101131011100001001

100141010011000001

1.4.3數(shù)字增量插補（數(shù)據(jù)采樣插補）基本原理粗插補：采用時間分割思想，根據(jù)進給速度F和插補周期T，將廓型曲線分割成一段段的輪廓步長L,L=FT，然后計算出每個插補周期的坐標增量。精插補：根據(jù)位置反饋采樣周期的大小，由伺服系統(tǒng)完成。插補周期和檢測采樣周期插補周期大于插補運算時間與完成其它實時任務時間之和，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般為2~4ms，有的已達到零點幾毫秒。插補周期應是位置反饋檢測采樣周期的整數(shù)倍。類型時間分割法插補：直線、圓弧擴展DDA法：直線、圓弧1.5CNC裝置的刀具補償與加減速控制CNC裝置的刀具補償是將刀具垂直于刀具軌跡進行位移，用來修正刀具實際半徑或直徑與其程序規(guī)定的值之差這種位置偏置有兩部分組成：刀具長度補償和刀具半徑補償。不同類型的機床與刀具，需要考慮的刀補參數(shù)也不同。對于銑刀而言，只需刀具半徑補償；對于鉆頭，只要一個坐標長度補償；然而對于車刀，需要兩個坐標長度補償和刀具半徑補償。1.5.1CNC裝置的刀具補償?shù)毒唛L度補償是用來實現(xiàn)刀尖圓弧中心軌跡與刀架中心軌跡之間的轉換1.不考慮刀具半徑補償2.考慮刀具半徑補償79刀具長度補償根據(jù)刀具參數(shù)P1的不同，刀具長度補償公式如下式中：XPF和ZPF為理論刀尖點相對于刀架參考點的坐標；xP,zP為加工零件輪廓軌跡點的坐標；x，z為刀架參考點F的坐標。1.5.1CNC裝置的刀具補償1.5.1CNC裝置的刀具補償?shù)毒甙霃窖a償輪廓加工過程中，由于刀具有一定的半徑，刀具中心的運動軌跡與工件輪廓是不一致的；偏移一個刀具半徑。-刀具半徑補償?shù)倪^程⑴刀具補償建立⑵刀具補償進行⑶刀具補償撤消1.5.1CNC裝置的刀具補償B功能刀具半徑補償：只根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進行刀具半徑補償，計算刀具中心的運動軌跡。

B功能刀具半徑補償?shù)娜秉c：無法預計到由于刀具半徑所造成的下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響

C功能刀具補償：解決下一段加工軌跡對本段加工軌跡的影響問題。在計算完本段加工軌跡后，應提前將下一段程序讀入，然后根據(jù)兩段軌跡之間的轉接具體情況，再對本段的加工軌跡作適當?shù)男拚?，得到本段的正確加工軌跡。

動畫1.5.2CNC裝置的加減速控制目的：為保證機床在啟、停時不產(chǎn)生沖擊、失步、超程和振蕩等現(xiàn)象；必須對進給脈沖頻率或電壓進行加減速控制。在機床加速啟動時，要使加在伺服電機上的進給脈沖頻率或電壓逐漸增大；在機床減速停止時，使加在伺服電機上的進給脈沖頻率或電壓逐漸減。實現(xiàn)：采用軟件實現(xiàn)前加減速控制：放在插補前進行后加減速控制：放在插補后進行前加減速控制優(yōu)點：只對編程指令速度F進行控制，它不影響實際插補輸出的位置精度。缺點：要根據(jù)實際刀具位置與程序段終點之間的距離預測減速點，這種預測工作的計算量很大。穩(wěn)定速度和瞬時速度穩(wěn)定速度：指系統(tǒng)處于穩(wěn)定進給狀態(tài)時，一個插補周期的進給量。瞬時速度：指系統(tǒng)在每個插補周期的進給量。線性加減速處理終點判別處理：每次插補運算結束后，系統(tǒng)都要根據(jù)各軸的插補進給量計算刀具中心與本程序段終點的距離S，之后進行終點判別。鏈接后加減速控制優(yōu)點：不需要專門預測減速點，而是在插補輸出為零時開始減速，并通過一定的時間延遲逐漸接近程序段的終點。缺點：由于它對各起動軸分別進行加減速控制，所以在加減速控制中各運動軸的實際合成位置可能不準確。直線加減速控制算法：直線加減速控制是機床在啟動時，速度沿一定斜率的直線上升：機床在停止時，速度沿一定斜率的直線下降。指數(shù)加減速控制算法：使啟動或停止時的速度隨時間按指數(shù)規(guī)律上升或下降。1.6CNC系統(tǒng)中的PLC是一種用于工業(yè)環(huán)境、可存儲和執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等特定功能的用戶指令、并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程的可編程數(shù)字控制系統(tǒng)。1.6.1PLC的構成及特點可編程控制器的基本組成1.微處理器2.存儲器3.輸入/輸出模塊5.編程器6.電源單元CPUEEPROM用戶程序EPROM系統(tǒng)軟件總線RAM編程器電源輸入輸出模塊功能開關和指示器電池1、PLC的構成2、PLC的特點根據(jù)PLC的組成及工作過程，可歸納出PLC的特點如下：⑴可靠性高⑵靈活性好

⑶編程簡單

⑷帶負載能力強1.6.2PLC在CNC系統(tǒng)中的應用1.內(nèi)裝型PLC1.6.2PLC在CNC系統(tǒng)中的應用2.獨立型PLC1.6.2PLC在CNC系統(tǒng)中的應用數(shù)控裝置可編程控制器操作面板主軸控制輔助動作換刀動作冷卻排屑......數(shù)控裝置、可編程控制器、機床之間的關系圖1.6.2PLC在CNC系統(tǒng)中的應用3.M、S、T功能的實現(xiàn)⑴M功能的實現(xiàn)根據(jù)不同的M代碼，可以控制主軸正反轉或停止，主軸齒輪箱的變速，冷卻液的開、關，卡盤的夾緊與松開，以及自動換刀裝置機械手取刀、歸刀等運動。⑵S功能的實現(xiàn)S用來指定主軸轉速。1.6.2PLC在CNC系統(tǒng)中的應用3.M、S、T功能的實現(xiàn)⑶T功能的實現(xiàn)對于刀套編碼的T功能處理過程是：CNC裝置送出T代碼指令給PLC，PLC經(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到T代碼指定的新刀號所在的數(shù)據(jù)表的表地址，并與現(xiàn)行刀號進行判別比較，如不符合，則將刀庫回轉指令發(fā)送給刀庫控制系統(tǒng)，直到刀庫定位到新刀號位置時，刀庫停止回轉，并準備換刀。1.6.3PLC的工作方式

1.

順序工作⒉連續(xù)工作⒊二級順序：高級順序和低級順序在制作順序時，可把順序程序分成高級順序和低級順序兩部分。PLC工作次序和順序程序的劃分如圖1.41和圖1.42所示。1.6.3PLC的工作方式4.輸入信號的同步處理⒌順序程序處理時間的計算⒍順序程序所要求的存貯容量的計算存貯容量＝（基本指令步數(shù)＋功能指令步數(shù)）×1.1基本指令步數(shù)＝基本指令的數(shù)目功能指令步數(shù)＝各個功能指令所用的重復次數(shù)×