第二講 數(shù)控機(jī)床控制原理(2013-2-22)

機(jī)械學(xué)院NUMERICALCONTROLTECHNOLOGYAND

PROGRAMMING數(shù)控技術(shù)及加工編程四川省精品課程第2章數(shù)控機(jī)床的控制原理2.1概述一、插補(bǔ)的基本概念

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制的主要問(wèn)題，是怎樣控制刀具或工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。一般情況是已知運(yùn)動(dòng)軌跡的起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線類型和走向，由數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)的算出各個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)。即需要“插入、補(bǔ)充”運(yùn)動(dòng)軌跡各個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)，這個(gè)過(guò)程稱為“插補(bǔ)”

（Interpolation）。插補(bǔ)結(jié)果是輸出運(yùn)動(dòng)軌跡的中間點(diǎn)坐標(biāo)值。二、插補(bǔ)方法分類1、基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)（脈沖增量插補(bǔ)）

其特點(diǎn)是數(shù)控裝置在插補(bǔ)結(jié)束時(shí)向各個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸輸出一個(gè)基準(zhǔn)脈沖序列，驅(qū)動(dòng)各坐標(biāo)軸進(jìn)給電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。每個(gè)脈沖使各坐標(biāo)軸僅產(chǎn)生一個(gè)脈沖當(dāng)量的增量，代表了刀具或工件的最小位移；脈沖的數(shù)量代表了刀具或工件移動(dòng)的位移量；脈沖序列的頻率代表了刀具或工件運(yùn)動(dòng)的速度?；鶞?zhǔn)脈沖插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)2、數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)（數(shù)字增量插補(bǔ)）

其特點(diǎn)是數(shù)控裝置產(chǎn)生的不是單個(gè)脈沖，而是標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制字。

插補(bǔ)程序以一定的插補(bǔ)周期定時(shí)運(yùn)行，在每個(gè)周期內(nèi)根據(jù)進(jìn)給速度計(jì)算出各坐標(biāo)軸在下一插補(bǔ)周期內(nèi)的位移增量，其基本思想是用直線段來(lái)逼近曲線。

時(shí)間分割法、二階近似插補(bǔ)法、角度逼近插補(bǔ)法等。用于由交、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)、半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)！2.2逐點(diǎn)比較法（直線插補(bǔ)）基本原理：每走一步都要將加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)與規(guī)定的圖形軌跡相比較，判斷一下偏差，然后決定下一步的走向，如果加工點(diǎn)走到圖形外面去了，那么下一步就往圖形里面走；如加工點(diǎn)在圖形里面，則下一步就往圖形外面走，這樣就能得到一個(gè)非常接近規(guī)定圖形的軌跡。YP1PO(x,y)OXABP2

逐點(diǎn)比較法中每進(jìn)給一步都要完成偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、偏差計(jì)算、終點(diǎn)判別四個(gè)工作節(jié)拍。

判別偏差函數(shù)的正負(fù)，以確定刀具相對(duì)于所加工曲線的位置。偏差判別坐標(biāo)進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別

根據(jù)偏差判斷結(jié)果，確定控制X坐標(biāo)（或Y坐標(biāo)）進(jìn)給一步，使加工點(diǎn)向規(guī)定圖形靠攏，以縮小偏差。

計(jì)算進(jìn)給一步后加工點(diǎn)與要求圖形的新偏差，作為下一步偏差判別的依據(jù)。

判斷刀具是否到達(dá)曲線的終點(diǎn)。若到達(dá)終點(diǎn)，則插補(bǔ)工作結(jié)束；若未到達(dá)，則返回到節(jié)拍1繼續(xù)插補(bǔ)。終點(diǎn)判別分別判斷各坐標(biāo)軸的進(jìn)給步數(shù)。設(shè)置∑x和∑y兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，其中分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)值（脈沖當(dāng)量總數(shù)）Xe和Ye。當(dāng)X或Y方向進(jìn)給一步時(shí)，就在相應(yīng)的計(jì)數(shù)器中減1，直到兩個(gè)計(jì)數(shù)器的數(shù)都減為零時(shí)，則到達(dá)終點(diǎn)，停止插補(bǔ)。判斷插補(bǔ)或進(jìn)給的總步數(shù)。設(shè)置一個(gè)減法計(jì)數(shù)器∑，其中存入X和Y兩坐標(biāo)總進(jìn)給步數(shù)之和，即∑=Xe+Ye。當(dāng)X或Y方向進(jìn)給一步時(shí)，均在減法計(jì)數(shù)器∑中減1，直到減為零時(shí)，則到達(dá)終點(diǎn)，停止插補(bǔ)。解：插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程見(jiàn)表XOA(5,3）Y2.2逐點(diǎn)比較法（逆圓弧插補(bǔ)）2.3數(shù)字積分法（直線插補(bǔ)）被積函數(shù)寄存器JVx(xe)y積分累加器JRy被積函數(shù)寄存器JVy(ye)x積分累加器JRxx積分器y積分器△x△y控制脈沖⊿t插補(bǔ)DDA直線插補(bǔ)應(yīng)用實(shí)例例：要插補(bǔ)所示直線軌跡OA，起點(diǎn)坐標(biāo)為O(0,0)，終點(diǎn)坐標(biāo)為A(5,3)，若被積函數(shù)寄存器JVx、

JVy和累加器JRx、JRy以及終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Re均為三位二進(jìn)制寄存器。請(qǐng)寫出插補(bǔ)過(guò)程，并畫出DDA直線插補(bǔ)軌跡。XOYA(5,3)注：插補(bǔ)前JRx、JRy、Re均清零;JVx、JVy分別存放xe=5,ye=3,且始終保持不變;累加次數(shù)m=23=8被積函數(shù)寄存器JVx(yi)y積分累加器JRy被積函數(shù)寄存器JVy(xi)x積分累加器JRxx積分器y積分器△x△y控制脈沖⊿t插補(bǔ)-1+12.3數(shù)字積分法（順圓弧插補(bǔ)）被積函數(shù)寄存器JVx(yi)y積分累加器JRy被積函數(shù)寄存器JVy(xi)x積分累加器JRxx積分器y積分器△x△y控制脈沖⊿t插補(bǔ)+1-12.3數(shù)字積分法（逆圓弧插補(bǔ)）圓弧插補(bǔ)實(shí)例分析例：插補(bǔ)第一象限逆圓弧AB，圓弧起點(diǎn)為A(6,0)，終點(diǎn)為B(0,6)，采用三位寄存器，試寫出DDA插補(bǔ)方法的計(jì)算過(guò)程，并畫出插補(bǔ)軌跡。終點(diǎn)判別：在X和Y方向分別設(shè)一個(gè)終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器Ex、Ey,Ex=6,Ey=6，X積分器和Y積分器溢出時(shí)，就在相應(yīng)的終點(diǎn)判別計(jì)數(shù)器中減“1”，當(dāng)兩個(gè)計(jì)數(shù)器均為0時(shí)，插補(bǔ)結(jié)束。

yxoA(6,0)B(0,6)2.3.3數(shù)字積分法插補(bǔ)的進(jìn)給速度均化(1)進(jìn)給速度均化原因

直線插補(bǔ)的終點(diǎn)判別用m=2n為條件，無(wú)論加工行程長(zhǎng)短都需做m次計(jì)算。這就造成行程長(zhǎng)進(jìn)給速度加快，行程短進(jìn)給速度變慢，從而各程序段進(jìn)給速度不均勻，其結(jié)果將影響進(jìn)給表面質(zhì)量和效率。DDA插補(bǔ)進(jìn)給速度均化處理，一般用左移規(guī)格化處理完成。(2)左移規(guī)格化處理

寄存器內(nèi)的數(shù)，經(jīng)左移后最高位為“1”，稱為左移規(guī)格化；反之最高位為“0”，稱為非規(guī)格化。

左移一位(3)直線插補(bǔ)進(jìn)給速度均化

先將終點(diǎn)坐標(biāo)xe和ye分別轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制裝入被積函數(shù)寄存器JVX

與JVY

中，然后將這兩個(gè)寄存器的內(nèi)容同時(shí)左移，直到兩寄存器之一達(dá)到左移規(guī)格化為止。

JVXJVY同時(shí)左移五位2.5刀具半徑補(bǔ)償(1)補(bǔ)償原理

加工零件的外輪廓時(shí)，刀具有一定的半徑（如銑刀的半徑或線切割機(jī)的鉬絲半徑等），另外在粗加工或半精加工時(shí)，還要留有一定的加工余量，因此刀具中心的運(yùn)動(dòng)軌跡和被加工零件的輪廓軌跡并不重合，而是有一定的偏移距離。XY刀補(bǔ)撤銷O刀補(bǔ)進(jìn)行刀補(bǔ)建立刀補(bǔ)進(jìn)行刀補(bǔ)撤銷刀補(bǔ)建立YXO(a)左刀補(bǔ)(b)右刀補(bǔ)當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進(jìn)方向的左側(cè)時(shí)稱為左刀補(bǔ)，用G41表示；當(dāng)?shù)毒咧行能壽E在編程軌跡前進(jìn)方向的右側(cè)時(shí)稱為右刀補(bǔ)，用G42表示；(2)B刀具半徑補(bǔ)償與C刀具半徑補(bǔ)償(3)C刀具半徑補(bǔ)償根據(jù)兩段程序軌跡的矢量夾角

和刀具補(bǔ)償方向的