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文檔簡(jiǎn)介
第一章
概論1單幅—離散圖片2多幅—連續(xù)活動(dòng)視頻(視覺)一幀幀漸變呈現(xiàn)普通臥式車床3數(shù)控臥式車床普通機(jī)床數(shù)控機(jī)床VS提
綱41.1
數(shù)控技術(shù)的基本內(nèi)涵數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與分類數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時(shí)代的事件裝備制造業(yè)步入數(shù)控時(shí)代第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床的誕生*1946年,J.T.
Parsons
提出了基于“數(shù)字坐標(biāo)法”的數(shù)控思想。*1952年,美國(guó)的PARSONS公司和MIT合作,研制出了世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床,用于加工航空制造領(lǐng)域的復(fù)雜表面零件(制造美國(guó)220英寸翼展的轟炸機(jī))。*1955年,第一臺(tái)商業(yè)數(shù)控機(jī)床在美國(guó)全國(guó)機(jī)床展覽會(huì)上展出。*1959年,KeaneyandTrecherCo.研制了第一臺(tái)加工中心(MC),
加工中心是具有刀庫和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。JohnT.Parsons(Oct.13,
1913-Apr.18,2007)辛辛那提Hydro-Tel銑床1.1
數(shù)控技術(shù)的基本內(nèi)涵51.1.1 相關(guān)基本概念數(shù)控機(jī)床是指數(shù)值控制或數(shù)字控制(NumericalControl,NC)的工作母機(jī)的總稱。國(guó)際信息處理聯(lián)盟(
International Federation of InformationProcessing,IFIP)第五屆技術(shù)委員會(huì):一種裝了程序控制系統(tǒng)的機(jī)床,機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作按照程序控制系統(tǒng)發(fā)出的特定代碼和符號(hào)編碼組成的指令進(jìn)行。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6477-2008將“數(shù)控機(jī)床”定義為:按加工要求預(yù)先編制的程序,由控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字信息指令對(duì)工件進(jìn)行加工的機(jī)床。61.1
數(shù)控技術(shù)的基本內(nèi)涵數(shù)控技術(shù)是利用數(shù)字化信息(數(shù)字及字符)構(gòu)成的程序?qū)刂茖?duì)象工作過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一門技術(shù),簡(jiǎn)稱數(shù)控(Numerical
Control,NC),其本質(zhì)是將數(shù)字計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床控制。數(shù)控系統(tǒng)是指利用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng),其主要包括數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及位置檢測(cè)裝置等三部分。計(jì)算機(jī)數(shù)控是指以計(jì)算機(jī)為核心的軟、硬件模塊等有機(jī)集成的數(shù)控,Computer
NumericalControl,CNC。71.1
數(shù)控技術(shù)的基本內(nèi)涵伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位置檢測(cè)裝置輔助功能裝置(液壓、氣動(dòng)、冷卻等)機(jī)床本體程序控制介質(zhì)數(shù)控裝置CNC系統(tǒng)81.1.2 數(shù)控機(jī)床的基本組成CNC系統(tǒng)的基本構(gòu)成網(wǎng)
絡(luò)主
軸910現(xiàn)代高檔數(shù)控系統(tǒng)的配置111.2
數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與分類1.2.1
按工藝用途劃分:車、銑、鉆、磨等121.2.2按功能和配置劃分13經(jīng)濟(jì)性(低檔)普及型(中檔)高級(jí)型(高檔)系統(tǒng)分辨率10μm1μm0.1μmG00速度3~10m/min10~24m/min24~100m/min驅(qū)動(dòng)類型開環(huán)及步進(jìn)電機(jī)半閉環(huán)及直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)全閉環(huán)及直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2~3軸2~4軸5軸及5軸以上通信功能無RS232或DNCRS232、DNC、LAN或WAN顯示功能數(shù)碼管或簡(jiǎn)單圖形化圖形化圖形化內(nèi)置PLC無有有主CPU8位、16位CPU16位、32位CPU32位、64位CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單微處理器單/多微處理器分布式多微處理器1.2.3
按伺服系統(tǒng)控制方式劃分特點(diǎn):成本低廉、控制簡(jiǎn)單、速度較低、精度較差、絲杠的反向間隙誤差和螺距誤差只能通過軟件補(bǔ)償來降低。開環(huán)系統(tǒng)14閉環(huán)/半閉環(huán)系統(tǒng)特點(diǎn):成本較高、控制復(fù)雜、速度快、精度較高。在全閉環(huán)控制方式中,可以不考慮絲杠的反向間隙誤差和螺距誤差對(duì)加工精度的影響。151.2.4按運(yùn)動(dòng)方式劃分點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制(數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等)16輪廓運(yùn)動(dòng)控制(數(shù)控銑、加工中心、線切割等)1.2.5
按機(jī)床構(gòu)型劃分串聯(lián)式數(shù)控機(jī)床并聯(lián)式數(shù)控機(jī)床17并聯(lián)數(shù)控機(jī)床的主軸(動(dòng)平臺(tái))與機(jī)座(靜平臺(tái))之間采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)。利用可自由伸縮的驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)主軸箱、帶著刀具(或工件)在空間運(yùn)動(dòng),由計(jì)算機(jī)通過復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算完成加工任務(wù)。并聯(lián)機(jī)床是機(jī)器人技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)、現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,被稱為“21世紀(jì)的機(jī)床”
。并聯(lián)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度高響應(yīng)速度快便于模塊化設(shè)計(jì)布局形式靈活多樣振動(dòng)響應(yīng)頻帶寬控制復(fù)雜(存在奇異位置)工作空間相對(duì)較小與串聯(lián)結(jié)構(gòu)互為補(bǔ)充18“串聯(lián)+并聯(lián)”組成的混聯(lián)數(shù)控機(jī)床19齊二機(jī)床集團(tuán)有限公司研發(fā)出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界首臺(tái)XNZ2430新型大型龍門式五軸混聯(lián)機(jī)床,榮獲2007年中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)金獎(jiǎng)。1.2.6
按數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)劃分20傳統(tǒng)封閉式數(shù)控系統(tǒng)早期開發(fā)的封閉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)的擴(kuò)展、改變必須求助于開發(fā)商。目前占領(lǐng)著數(shù)控系統(tǒng)的大部分市場(chǎng)。如FUNUC
0系列、Simens810等。PC嵌入NC結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)制造商在既不愿放棄多年來積累的數(shù)控技術(shù)資源、又想利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源的情況下開發(fā)的產(chǎn)品。具有一定的開放性,但NC體系結(jié)構(gòu)不開放,用戶無法介入系統(tǒng)核心。如FUNUC
16i、18i、21i,Simens840D等。NC嵌入PC結(jié)構(gòu)開放數(shù)控系統(tǒng)PC+運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成。如PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)(美國(guó)Delta
Tau),MAZATROL
640CNC
(MAZAK)。全軟件型開放數(shù)控系統(tǒng)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)控軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中,而硬件部分僅是與伺服驅(qū)動(dòng)裝置和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)通用接口。如
Open
CNC
(美國(guó)MDSI)PA8000NT
(德國(guó)
PowerAutomation)。典型數(shù)控系統(tǒng)的開放性功能21舉例:PC嵌入NC結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)實(shí)時(shí)控制:在底層數(shù)控平臺(tái)上自動(dòng)完成,如插補(bǔ)及位控,邏輯控制等;非實(shí)時(shí)控制:上層應(yīng)用平臺(tái)通過特殊的API函數(shù)建立起與底層數(shù)控平臺(tái)的非實(shí)時(shí)通信關(guān)系,如狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)讀寫等。USER-HMIFOCAS2VC++Win-XpPaneli221.3
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程自第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床誕生之日起,數(shù)控系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)歷了典型的“七代”發(fā)展歷程。數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展歷史首次生產(chǎn)年份第一代
電子管數(shù)控系統(tǒng)1952年第二代
晶體管數(shù)控系統(tǒng)1961年第三代
集成電路數(shù)控系統(tǒng)1965年第四代
小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)1968年第五代
微處理器數(shù)控系統(tǒng)1974年第六代
基于PC平臺(tái)的數(shù)控系統(tǒng)1990年第七代
融入AI技術(shù)的智能數(shù)控系統(tǒng)2019年普通數(shù)控硬件數(shù)控NC計(jì)算機(jī)數(shù)控軟件數(shù)控CNC目前,數(shù)控技術(shù)專指自上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的機(jī)床計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)——CNC(Computer
NumericalControl)。231.3.1
數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用數(shù)控機(jī)床是完成高端裝備高質(zhì)高效制造的“工業(yè)母機(jī)”24數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的“大腦”,屬“國(guó)之重器”;決定了數(shù)控機(jī)床的功能和性能,影響高端裝備制造品質(zhì)
!1.3.1
數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用251985年,
“東芝事件—Toshibaevent”高檔數(shù)控機(jī)床是國(guó)家國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要戰(zhàn)略物資!冷戰(zhàn)時(shí)期,“巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)”簡(jiǎn)稱“巴統(tǒng)”—“禁止向共產(chǎn)主義國(guó)家3軸以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床”。東芝機(jī)械公司曾與挪威康士堡公司合謀,向前蘇聯(lián)出口四臺(tái)MBP-11OS型九軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控大型船用螺旋槳銑床,制造出的潛艇噪聲降低了90%;直接導(dǎo)致1986年的美蘇潛艇相撞事件。至今,美國(guó)海軍仍沒有絕對(duì)把握發(fā)現(xiàn)俄羅斯新型潛艇。宋級(jí)潛艇267軸5聯(lián)動(dòng),加工直徑11米1.3.1
數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用高檔數(shù)控機(jī)床是國(guó)家國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要戰(zhàn)略物資!1999年,美國(guó)的《考克斯報(bào)告》中國(guó)大使館被炸事件后,克里斯托弗·考克斯眾議員牽頭的眾議院特別委員會(huì)發(fā)表報(bào)告,誣稱中國(guó)通過竊取美國(guó)軍事技術(shù)而危害了美國(guó)的國(guó)家安全。——《時(shí)代》“十大國(guó)際丑聞”要求加強(qiáng)多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床對(duì)中國(guó)禁運(yùn)!考克斯報(bào)告瓦森納協(xié)定伊朗震網(wǎng)病毒襲擊271.3.1
數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用1.3.1
數(shù)控機(jī)床在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用數(shù)控機(jī)床可為實(shí)現(xiàn)國(guó)家意志的提供必要的基本保障!28我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的現(xiàn)狀世界第一的機(jī)床消費(fèi)大國(guó),繼續(xù)保持進(jìn)口和消費(fèi)世界第一(2021年中國(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2687億元,預(yù)計(jì)22年提升至3000億元);自主創(chuàng)新能力差;穩(wěn)定性和可靠性差(MTBF不到國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品1/6);出口率低,主要還是“按重量賣鐵”,技術(shù)附加值低;中低檔生產(chǎn)過剩,高檔嚴(yán)重依賴進(jìn)口。29國(guó)內(nèi)主要數(shù)控機(jī)床廠家沈陽機(jī)床大連機(jī)床齊二機(jī)床秦川機(jī)床濟(jì)二機(jī)床武重機(jī)床科德機(jī)床北京精雕寧波海天精工蘇州紐威數(shù)控30國(guó)內(nèi)的主要數(shù)控系統(tǒng)廠家?廣州數(shù)控?華中數(shù)控?沈陽藍(lán)天?大連光洋?北京凱恩帝?大工自上個(gè)世紀(jì)80年代后期進(jìn)行數(shù)控仿形數(shù)字化系統(tǒng)的研究,曾經(jīng)小批量生產(chǎn),但是未能夠保持良好的勢(shì)頭。311.3.3
世界著名的數(shù)控系統(tǒng)及機(jī)床廠家32生產(chǎn)安全隱患日本數(shù)控系統(tǒng),設(shè)備移動(dòng)位置,數(shù)控系統(tǒng)將自動(dòng)鎖死;德國(guó)數(shù)控系統(tǒng),
必須上網(wǎng)注冊(cè)激活相關(guān)功能;國(guó)外售后服務(wù)人員攜帶GPS,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定位。33例如:高檔數(shù)控系統(tǒng)1.4
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)34數(shù)控技術(shù)集現(xiàn)代制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光電技術(shù)為一體?,F(xiàn)代設(shè)計(jì)及先進(jìn)制造技術(shù);保證能夠加工各種機(jī)器零件的軌跡控制技術(shù);高性能驅(qū)動(dòng)各個(gè)坐標(biāo)的伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù);開關(guān)量控制技術(shù);將上述各項(xiàng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)的控制技術(shù)。CNC技術(shù)金屬切削機(jī)床35火焰切割機(jī)沖壓機(jī)床三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)CMM3D打印設(shè)備工業(yè)機(jī)器人數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)高速、高精度復(fù)合化(車、銑、磨)網(wǎng)絡(luò)化開放式智能化CAD/CAM/CNC一體化……二十一世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng),其實(shí)質(zhì)是數(shù)控技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。36作業(yè)1(5分)37手寫一篇關(guān)于數(shù)控技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)體系中重要地位和作用的綜述,闡述我國(guó)大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)的必要性,參考文獻(xiàn)不少于5篇(至少1篇近三年的,至少有一篇外文文獻(xiàn)),字?jǐn)?shù)不少于3000字。兩周內(nèi)完成。1第二章
數(shù)控編程基礎(chǔ)典型零件的數(shù)控加工視頻零件設(shè)計(jì)圖形滿足要求的零件數(shù)控編程2提
綱32.1
數(shù)控編程的基本流程數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系數(shù)控程序基本構(gòu)成及常用指令圖形交互式自動(dòng)編程2.1
數(shù)控編程的基本流程4數(shù)控編程編寫數(shù)控機(jī)床零件加工程序的過程簡(jiǎn)稱為數(shù)控編程(
NC Programming
)
,
也稱零件編程(
PartProgramming)。數(shù)控編程就是將將零件的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移量與方向以及其他輔助功能(換刀、冷卻、夾緊等),按運(yùn)動(dòng)順序和所用數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編成加工程序,再將其制作成控制介質(zhì)的過程。用于數(shù)控編程的指令代碼稱為編程語言,大部分已形成ISO標(biāo)準(zhǔn)。加工方法、機(jī)床、夾具、刀具等數(shù)控編程的基本流程G程序程序輸入建立坐標(biāo)系 語言檢查余量計(jì)算 運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性軌跡計(jì)算 檢查5數(shù)控編程的主要方法數(shù)控編程的常用方法有手工編程和自動(dòng)編程兩種。手動(dòng)編程,由人工完成零件的圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計(jì)算、程序編寫、程序輸入和檢驗(yàn)。比較適合簡(jiǎn)單輪廓零件的編程?;贏PT(Automatically
Programmed
Tools)的自動(dòng)編程,是使用規(guī)定APT語言,編寫出一個(gè)描述零件加工要求的“零件源程序”,并將其輸入到計(jì)算機(jī)(或編程機(jī))中完成加工程序編譯。由于自動(dòng)編程能夠自動(dòng)完成煩瑣的數(shù)值計(jì)算,比較適合較復(fù)雜的零件。圖形交互式自動(dòng)編程,建立在CAD和CAM基礎(chǔ)上,利用菜單采取圖形交互方式進(jìn)行編程的一種自動(dòng)編程方法。復(fù)雜輪廓零件普遍采用。62.2 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系坐標(biāo)系是數(shù)控編程和程序運(yùn)行的坐標(biāo)框架,是實(shí)現(xiàn)數(shù)控坐標(biāo)控制的基礎(chǔ),包括機(jī)床坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系。2.2.1
右手坐標(biāo)系
(直角笛卡爾坐標(biāo)系)72.2.2
坐標(biāo)軸定義8XYZ坐標(biāo)軸按照刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的原則定義。Z
軸:平行于機(jī)床主軸的坐標(biāo)軸,刀具遠(yuǎn)離工件的方向?yàn)檎?。?duì)于主軸能夠擺動(dòng)的機(jī)床,即主軸軸線方向是變化的,則以主軸軸線垂直于機(jī)床工作臺(tái)裝卡面時(shí)的狀態(tài)來定義Z軸。若機(jī)床無主軸,則規(guī)定垂直于工件裝夾平面的坐標(biāo)軸為Z軸(如刨床)。若機(jī)床上有多個(gè)主軸,應(yīng)選擇垂直于工件裝卡面的主要軸為Z軸,如多主軸復(fù)合機(jī)床。X
軸:與Z
軸垂直,平行于工件裝夾面的水平方向。在刀具旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上(例如銑床、鏜床等),如果Z軸是水平的(例如臥銑),沿主軸向工件看時(shí),向右方向?yàn)檎?。如果Z軸是垂直的(例如立銑),面對(duì)立柱向主軸方向看,向右為正。在工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床上(例如車床、磨床等),主刀架上的刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向是正向。Y
軸:其正方向根據(jù)右手定則由X和Z的方向確定。9X′Y′Z′坐標(biāo)軸:按照工件相對(duì)于刀具的運(yùn)動(dòng)原則定義,
其方向與XYZ坐標(biāo)系的方向相反。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸A、B、C:表示軸線為X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),正方向由右手螺旋定則確定。附加坐標(biāo)軸(輔助坐標(biāo)):平行于X、Y、Z的其他輔助坐標(biāo)分別定義為U、V、W或P、Q、R。10車床坐標(biāo)系:11三軸立式銑床坐標(biāo)系:12四軸加工中心坐標(biāo)系:X′+13五軸加工中心坐標(biāo)系:+X+Z+Y+A
+C142.2.3 數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)
機(jī)床坐標(biāo)系:是數(shù)控機(jī)床的固有坐標(biāo)系,也是最基本的坐標(biāo)系,具有固定的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸。數(shù)控銑床15機(jī)床出廠時(shí)已確定;數(shù)控裝置的內(nèi)部計(jì)算依據(jù)該坐標(biāo)系;通過上電回零建立,不受加工程序中坐標(biāo)系指令的影響;是換刀點(diǎn)、限位開關(guān)等機(jī)床基準(zhǔn)點(diǎn)確立的依據(jù)。工件坐標(biāo)系:為了編程和工件裝夾的方便,以工件上的一點(diǎn)為原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系,該原點(diǎn)稱為工件原點(diǎn)(零點(diǎn))。絕對(duì)坐標(biāo):工件上的所有點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡坐標(biāo)值均以一個(gè)固定坐標(biāo)原點(diǎn)作為計(jì)算起點(diǎn)。相對(duì)(增量)坐標(biāo):運(yùn)動(dòng)軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)總是以起點(diǎn)坐標(biāo)作為計(jì)算起點(diǎn)。機(jī)床坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系16一般情況下,應(yīng)選在尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)或定位基準(zhǔn)上,便于計(jì)算,減少換算,利于編程;盡量選在尺寸精度高、粗糙度值低的工件表面上,以提高被加工件的加工精度;要便于對(duì)刀操作、工件裝夾、測(cè)量和檢驗(yàn);對(duì)于對(duì)稱的工件,最好選在工件的對(duì)稱中心上,如車削。選
擇工件坐標(biāo)系原點(diǎn)的一般原則:17N0001 G01X100Y100
F100;N0002 X200
Y300;2.3.1 數(shù)控程序的典型構(gòu)成程序段號(hào)尺寸字準(zhǔn)備功能進(jìn)給功能結(jié)束符號(hào)尺寸字程序段程序功能18+2.3
數(shù)控程序基本構(gòu)成及常用指令程序段主程序19單孔鉆削程序子程序在一個(gè)零件的加工程序中,若有一定量的連續(xù)的程序段在幾處完全重復(fù)出現(xiàn),則可將這些重復(fù)的程序串單獨(dú)抽出來,按一定的格式編寫成子程序。例如:多個(gè)孔加工。202.3.2 常用指令——準(zhǔn)備功能G指令模態(tài)G指令:該指令被編程指定一次后,只要不再指定同組其他的指令或者不被注銷之前(例如M02),該指令一直有效。例如:G01X100
Y100X200
Y300非模態(tài)G指令:僅在出現(xiàn)的程序段中有效,每次使用時(shí)必須重新指定。例如:G0421ISO規(guī)定的準(zhǔn)備功能指令代碼—G代碼準(zhǔn)備功能字的格式為“G□
□”,用來定義工件的幾何形狀和機(jī)床的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),以便為插補(bǔ)做好準(zhǔn)備。(1)G00 快速定位G01 直線插補(bǔ)G02 順時(shí)針圓插補(bǔ)G03 逆時(shí)針圓插補(bǔ)由程序設(shè)定速度,且可用倍率調(diào)整系統(tǒng)確定速度,程序不能改變,但可用倍率調(diào)整22(2)G17 選擇XY平面(系統(tǒng)默認(rèn))G18 選擇ZX平面Z/X
平面23Y/Z 平面X/Y平面YXG19 選擇YZ平面Z正:小半圓負(fù):大半圓例如:G17 G02 X
Y
R
F
終點(diǎn)坐標(biāo)IJK為圓心相對(duì)起點(diǎn)的坐標(biāo),分別對(duì)應(yīng)XYZ軸G17 G02 X
Y
I
J
F
24(3)G40 取消刀補(bǔ)G41 左刀補(bǔ)G42 右刀補(bǔ)在前進(jìn)方向右側(cè)補(bǔ)償補(bǔ)償量刀具旋轉(zhuǎn)方向刀具前進(jìn)方向補(bǔ)償量刀具旋轉(zhuǎn)方向刀具前進(jìn)方向銑削加工刀具補(bǔ)償25G41G01X_Y_F_D_
;車削加工刀具補(bǔ)償R
r
=
R
+
dd粗加工刀補(bǔ)半徑粗銑實(shí)用刀具半徑RR
精銑刀具及刀補(bǔ)半徑精加工刀心軌跡粗加工刀心軌跡精加工余量d26(4)G43 刀具偏置/刀長(zhǎng)補(bǔ)償—正G44 刀具偏置/刀長(zhǎng)補(bǔ)償—負(fù)G49 取消刀具偏置/刀長(zhǎng)補(bǔ)償實(shí)際到達(dá)點(diǎn)程序中指令點(diǎn)實(shí)際到達(dá)點(diǎn)程序中指令點(diǎn)G43G
44(Hxx)值(Hxx)值+Z+ZZ編程位置實(shí)際位置H值H值G4327G44實(shí)際位置G43G01Z_H_
;Z+HZ-H(5)G90 絕對(duì)坐標(biāo)編程G91 相對(duì)坐標(biāo)編程坐標(biāo)值預(yù)選X(6)
G92例如:Y刀具當(dāng)前位置(0,0)(100,100)(100,250)G92 X0 Y0G90 G01 X100Y100X25028G92 X0 Y0G91 G01 X100Y100X150G92 X500 Y500G90 G01 X600Y600X750(1)輔助功能M由地址字
M和其后的一或兩位數(shù)字組成,主要用于控制零件程序的走向,
以及機(jī)床各種輔助功能的開關(guān)動(dòng)作。M功能有非模態(tài)M功能和模態(tài)M功能二種形式。29代碼模
態(tài)功 能說 明代碼模態(tài)功 能 說 明M00非模態(tài)程序暫停M03模態(tài)主軸正轉(zhuǎn)M02非模態(tài)程序結(jié)束M04模態(tài)主軸反轉(zhuǎn)M30非模態(tài)程序結(jié)束并返回程序起點(diǎn)M05模態(tài)主軸停止M07模態(tài)1#冷卻液打開M98非模態(tài)調(diào)用子程序M08模態(tài)2#冷卻液打開M99非模態(tài)子程序結(jié)束M09模態(tài)冷卻液關(guān)閉2.3.2 常用指令——其他指令例如30(2)主軸功能S主軸功能S控制主軸轉(zhuǎn)速,其后的數(shù)值表示主軸速度,單位為:轉(zhuǎn)/每分鐘(r/min)。S是模態(tài)指令,S
功能只有在主軸速度可調(diào)節(jié)時(shí)有效。S所編程的主軸轉(zhuǎn)速可以借助機(jī)床控制面板上的主軸倍率開關(guān)進(jìn)行修調(diào)。(3)速度功能FF指令表示工件被加工時(shí)刀具相對(duì)于工件的合成進(jìn)給速度,F(xiàn)的單位取決于G94(每分鐘進(jìn)給量mm/min)或G95(每轉(zhuǎn)進(jìn)給量mm/r)。(4)刀具選擇功能TT
代碼用于選刀,其后的
4
位數(shù)字分別表示選擇的刀具號(hào)和刀具補(bǔ)償號(hào)。31編程舉例32G92 X0 Y0 Z0G90 G17 G00 G41X250 Y550 M03S600G01 Y900 F150X450G03 X500 Y1150 I-600 J250G02 X900 I200 J150G03 X950 Y900 I650 J0G01 X1150Y550X700 Y650X250 Y550G00 G40 X0 Y0332.4 圖形化交互式自動(dòng)編程軟件美國(guó)Unigraphics
Solutions公司(簡(jiǎn)稱UGS)的UG以色列Cimatron公司的Cimatron美國(guó)CNCSofeware
公司MasterCAM美國(guó)PTC公司的Pro/E美國(guó)IBM公司的CATIA北京海爾軟件有限公司的Caxa制造工程師34圖形化自動(dòng)編程流程35舉例:以某零件螺旋槽加工為例,在UG/CAM
環(huán)境下對(duì)該模型的刀具路徑進(jìn)行加工仿真。三維幾何造型刀具運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真36謝 謝!37第三章
數(shù)控插補(bǔ)原理提
綱23.1
概述CNC數(shù)據(jù)處理脈沖增量插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)3.1
概述人工或計(jì)算機(jī)處理編寫數(shù)控加工程序(個(gè)人計(jì)算機(jī)等)圖紙輸入數(shù)控加工程序(通信接口、鍵盤等)數(shù)控加工程序駐留內(nèi)存的數(shù)控加工程序譯碼和預(yù)處理(刀具補(bǔ)償、速度計(jì)算等)數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)處理插補(bǔ)運(yùn)算處理(插補(bǔ)器)刀具中心軌跡產(chǎn)生刀具坐標(biāo)移動(dòng)的實(shí)際位置信號(hào)伺服/主軸控制數(shù)控系統(tǒng)一般的工作過程3G指令代碼基本執(zhí)行流程例如:G01X25
Y55
F100
M03
S60043.1
概述插補(bǔ):在軌跡起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)密化。所謂插補(bǔ),就是數(shù)控系統(tǒng)依據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù),在零件輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入一系列中間點(diǎn)的過程,其對(duì)應(yīng)的算法稱為插補(bǔ)算法。G01(100,100)(0,0)XYG02/G03(0,0)(0,100)YX(100,0)3.1
概述53.1
概述6硬件插補(bǔ):插補(bǔ)算法由專門的硬件電路實(shí)現(xiàn);硬插補(bǔ)器:電子管、晶體管、集成電路;速度快,但柔性差,調(diào)整和修改都困難。軟件插補(bǔ):插補(bǔ)算法由計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的軟件程序?qū)崿F(xiàn);軟插補(bǔ)器:基于PC或微處理器的系統(tǒng);速度慢,但柔性好,調(diào)整和修改都很方便。軟硬件結(jié)合的插補(bǔ):軟件完成粗插補(bǔ)、硬件完成精插補(bǔ)3.1
概述7脈沖增量插補(bǔ)(又稱基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ))每走一“步”的行程是固定的,每走一“步”的時(shí)間由系統(tǒng)控制,從而控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度。每“步”的位移稱為脈沖當(dāng)量。逐點(diǎn)比較法
、數(shù)字積分法等。多用于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng),開環(huán)控制。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)(又稱數(shù)字增量插補(bǔ))每走一“步”的時(shí)間是固定的,每走一“步”的行程由系統(tǒng)控制,從而控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度。時(shí)間分割法、擴(kuò)展DDA法等。用于伺服電機(jī)系統(tǒng),閉環(huán)、半閉環(huán)控制。CNC的數(shù)據(jù)處理是指插補(bǔ)之前的準(zhǔn)備工作,主要工作包括:指令譯碼及診斷;運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算:刀具半徑補(bǔ)償和長(zhǎng)度補(bǔ)償;進(jìn)給速度F值的處理;加減速控制。83.2
CNC數(shù)據(jù)處理3.2.1
指令譯碼及診斷以程序段為單位,把零件的輪廓(起點(diǎn)、終點(diǎn)、直線或圓弧)、進(jìn)給速度(F)和其他輔助信息(M、S、T)按照一定的語法規(guī)則解釋成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)形式并保存,同時(shí)還要完成程序段的語法檢查(診斷),這一過程稱為譯碼。程序緩沖器MDI緩沖器譯碼緩沖器RAM代碼識(shí)別數(shù)字碼字母碼讀存程序診斷9代碼識(shí)別基本過程與策略判斷字母碼功能時(shí)一般按查詢方式進(jìn)行譯碼實(shí)時(shí)性要求不高可按出現(xiàn)頻率高低的順序譯碼將文字碼與數(shù)字碼分開處理C語言編寫可采用switch 語句匯編語言可通過“比較判斷與轉(zhuǎn)移”等語句10語法錯(cuò)誤:格式不規(guī)范尺寸/S/F/T代碼后的數(shù)據(jù)超越了機(jī)床、CNC系統(tǒng)的范圍;出現(xiàn)CNC系統(tǒng)中未定義的G代碼、M代碼;N代碼后的數(shù)值超過了CNC系統(tǒng)規(guī)定的取值范圍;在程序中出現(xiàn)不認(rèn)識(shí)的功能代碼。邏輯錯(cuò)誤:代碼互斥在同一加工程序段中先后出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上同組G代碼;在同一加工程序段中先后出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上同組M代碼;在同一數(shù)控加工程序段中先后編入相互矛盾的尺寸代碼;違反系統(tǒng)約定,在同一數(shù)控加工程序段中超量編入M代碼。11NC程序診斷在代碼識(shí)別過程中,診斷程序?qū)?duì)數(shù)控加工程序的語法和邏輯錯(cuò)誤進(jìn)行集中檢查,只允許合法的程序段進(jìn)入后續(xù)處理。大大壓縮了譯碼結(jié)果存儲(chǔ)器的規(guī)模12指令譯碼數(shù)據(jù)的存放約定為了進(jìn)行插補(bǔ)和之前的預(yù)計(jì)算,系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)緩沖寄存器區(qū),每個(gè)區(qū)存放一個(gè)程序段的信息。N、X、Y、Z、I、J、K、S、F、T等代碼在一個(gè)程序段中只可能出現(xiàn)一次,可在內(nèi)存中指定固定存儲(chǔ)單元;根據(jù)G代碼功能的互斥性,每組G代碼分配一個(gè)地址。約定在一個(gè)數(shù)控加工程序段中,最多允許出現(xiàn)6個(gè)不同組的G代碼,則設(shè)置六個(gè)內(nèi)存單元來存放同一程序段中的G指令;對(duì)于輔助指令M代碼,一個(gè)程序段中最多出現(xiàn)3個(gè),因此,為M代碼準(zhǔn)備了3個(gè)單元。Ma:M00、M02;Mb:M03、M04、M05;Mc:M06;Md:M07/M08、M09;Me:M98、M99;常用的G指令分組Ga:G00、G01、G02、G03;Gb:G04;Gc:G17、G18、G19;Gd:G40、G41、G42;Ge:G43、G44、G45;Gf:G90、G91;Gg:G92;13常用的M指令分組3.2.2 刀具補(bǔ)償計(jì)算在數(shù)控系統(tǒng)中,刀具軌跡的控制均是基于參考長(zhǎng)度刀具的中心(銑、鏜等)為基準(zhǔn)。鏜刀 鉆頭立銑刀面銑刀球頭銑刀車刀14刀具補(bǔ)償功能的主要用途刀具半徑/長(zhǎng)度誤差補(bǔ)償。由于刀具的磨損或因換刀引起的刀具半徑/長(zhǎng)度的變化,只須修改相應(yīng)的偏置參數(shù)即可;減少粗、精加工程序編制的工作量。由于輪廓加工往往多道工序完成,在粗加工時(shí),均要為精加工工序預(yù)留加工余量。加工余量的預(yù)留可通過修改偏置參數(shù)實(shí)現(xiàn),而不必為粗、精加工各編制一個(gè)程序。C”BB’AG41刀具G42刀具編程軌跡刀具中心軌跡CA’C’3.2.2 刀具補(bǔ)償計(jì)算15
x
x
x
y
y
y
XOA
A
AK
x
2
y
2
xx2
y
2
y
y
rcos
r
x
rsin
r
ryrx
x
x
2
x2
y
y
y
x2
y2
直線軌跡YOrA′
(X0′,Y0′)XB′(Xe′,Y
e′)e eB(X,Y
)A(X0,,Y0)KRΔXαα
ΔY圓弧軌跡e e
x
x
x
ye
ye
y
BOX
B
BK
R
R
x
y
rsin
r
ye
x
rcos
r
e
rxe
xe
xe
R
ry
ye
ye
e
R
單段軌跡的刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算VSYXA(x,y)?yOO′?rA’(x′,
y′)K?x16G40bdefgo起刀點(diǎn)a a2a1G41典型加工零件輪廓(多直線段連接)17多段軌跡的刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算無過渡線段18圓弧過渡線段直線過渡線段多段軌跡刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^渡線段類型多段軌跡刀具半徑補(bǔ)償?shù)牡湫颓闆r19輪廓曲線的典型轉(zhuǎn)接類型直線→直線圓弧→直線直線→圓弧圓弧→圓弧例如:
直線→直線的轉(zhuǎn)接過渡類型定義第一段編程矢量(直線)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到第二段編程矢量(直線)的夾角為
θ
,當(dāng)
θ
在
0°
~
360°
的范圍內(nèi)變化時(shí),刀具中心的轉(zhuǎn)接過渡類型可以通過
θ
的正弦值和余弦值的正負(fù)、左刀補(bǔ)或右刀補(bǔ)的類型來判斷是縮短型、過渡型還是延長(zhǎng)型。θ20θ左刀補(bǔ)轉(zhuǎn)接過渡類型編程軌跡刀具中心軌跡θ延長(zhǎng)型270°<θ≤
360°過渡型180°<θ≤
270°縮短型θ≤
180°xyYOADCB EB′
C′Fα1Xα2延長(zhǎng)型交點(diǎn)矢量的計(jì)算21已知OA、AF、AB
和AD,求AC。OA為本程序段編程(程編)軌跡,其與X軸的夾角定義為α1;
AF為下一個(gè)程序段編程(程編)軌跡,其與X軸的夾角定義為α2;
α1和α2均為從X軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)到程編軌跡矢量所形成的角。?。?/p>
α=
α2-
α1刀具半徑Rd=AB=AD。AC的X分量記為ACX,
AC的Y分量記為ACY。2223第一段程序讀入BS,
算得編程軌跡后送到CS暫存,又將第二段程序讀入BS,也算出第二段程序的編程軌跡;接著對(duì)第一、二兩端編程軌跡的連接方式進(jìn)行判別,并對(duì)第一段編程軌跡進(jìn)行修正;順序地將第一段編程軌跡送到AS,第二段編程軌跡送到CS。隨后,由CPU對(duì)AS中的刀具中心軌跡進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算,插補(bǔ)計(jì)算結(jié)果送到OS暫存,并分兩次送伺服系統(tǒng)予以執(zhí)行;利用插補(bǔ)間隙,CPU又命令第三段程序讀入BS,隨后對(duì)第二、三段編程軌跡的轉(zhuǎn)接方式進(jìn)行判斷,并對(duì)第二段編程軌跡進(jìn)行修正,依次而行。緩沖寄存器BS刀補(bǔ)寄存器CS工作寄存器AS輸出寄存器OS刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算的工作流程243.2.3
F進(jìn)給速度計(jì)算25開環(huán)系統(tǒng):速度通過控制向步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)。速度計(jì)算的方法是根據(jù)程編的F值來確定該頻率值。半閉環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng):采用數(shù)據(jù)采樣方法進(jìn)行插補(bǔ)加工速度計(jì)算是根據(jù)程編的F值,將輪廓曲線分割為采樣周期的輪廓步長(zhǎng)。F60
26開環(huán)系統(tǒng)進(jìn)給速度的計(jì)算脈沖的頻率決定進(jìn)給速度進(jìn)給速度與脈沖頻率之間關(guān)系為:F
f
60
—脈沖當(dāng)量,單位:mm/脈沖f—脈沖源頻率(Hz)F—進(jìn)給速度(mm/min)脈沖頻率為:f
舉例:已知系統(tǒng)脈沖當(dāng)量δ=0.01mm/脈沖,進(jìn)給速度F=300mm/min,采用程序計(jì)時(shí)法進(jìn)行速度控制。300
500
Hz
F60
60
0.01脈沖頻率:ff27插補(bǔ)周期:T
1
0.002(s)
2(ms)閉環(huán)/半閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)給速度的計(jì)算283.2.4
加減速處理29加減速控制的重要性對(duì)數(shù)控機(jī)床來說,進(jìn)給速度(F代碼)不僅直接影響到加工零件的粗糙度和精度,而且與刀具、機(jī)床的壽命和生產(chǎn)效率密切相關(guān),特別是在高速加工中,加減速功能顯得尤為重要。可在編程進(jìn)給速率時(shí)用最高加工速度,數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)工件輪廓,能自動(dòng)(或手動(dòng))調(diào)整實(shí)際速度,可大大節(jié)省加工時(shí)間;當(dāng)速度高于一定值時(shí),在起動(dòng)和停止階段,為了防止產(chǎn)生沖擊、失步、超程或振蕩,保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和準(zhǔn)確定位,要有加減速控制功能。加減速控制策略數(shù)據(jù)采樣CNC系統(tǒng)的加減速控制,一般都采用軟件來實(shí)現(xiàn),這樣就能根據(jù)需要靈活地實(shí)現(xiàn)加減速功能。插補(bǔ)前加減速控制30插補(bǔ)后加減速控制3.2.4
加減速處理插補(bǔ)前加減速控制插補(bǔ)后加減速控制原理對(duì)合成速度(指令速度F)進(jìn)行控制對(duì)各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸分別進(jìn)行加減速控制優(yōu)點(diǎn)不影響實(shí)際插補(bǔ)輸出的位置精度不需預(yù)測(cè)減速點(diǎn),在插補(bǔ)輸出為0時(shí),開始減速,并通過一定的時(shí)間延遲逐漸靠近程序段終點(diǎn)。缺點(diǎn)需預(yù)測(cè)減速點(diǎn),這要根據(jù)實(shí)際刀具位置與程序段之間距離來確定,計(jì)算工作量大。合成位置可能不準(zhǔn)確,但這種影響只在加減速過程,進(jìn)入勻速狀態(tài)后,這種影響就不存在了。31加減速控制策略3.2.4
加減速處理典型的加減速曲線——
線性加減速穩(wěn)定階段速度V0A時(shí)間BC加速減速勻速Ofifi-1fc恒加速恒減速加速勻速減速fi
fi
1
a1Tfi
fi
1
=fcfi
fi
1
a2T:編程速度 F瞬時(shí)速度:fi穩(wěn)定速度:fc減速判別323.2.4
加減速處理f
(t)
f (1
e
t
/
)cf
(t)
fc
t
/
f
(t)
fce加速階段勻速階段減速階段典型的加減速曲線——指數(shù)型曲線加減速fc33采用迭代計(jì)算或查表方法代替指數(shù)運(yùn)算。3.2.4
加減速處理典型的加減速曲線——S曲線加減速加加速勻加速減加速勻速加 勻減 減速 速減減速s34fattt3.2.4
加減速處理典型的加減速曲線35特點(diǎn)對(duì)比線性加減速指數(shù)加減速S曲線加減速優(yōu)點(diǎn)算法簡(jiǎn)單,占用機(jī)時(shí)少,機(jī)床響應(yīng)快平滑性較好,運(yùn)動(dòng)精度高任意點(diǎn)處加速度連續(xù)變化,速度平滑性好,運(yùn)動(dòng)精度高缺點(diǎn)加速突變,柔性沖擊;速度過渡不平滑,運(yùn)動(dòng)精度低算法復(fù)雜、占用機(jī)時(shí)多、仍存在加速突變,柔性沖擊算法復(fù)雜、占用機(jī)時(shí)多應(yīng)用啟停、進(jìn)退刀等輔助運(yùn)動(dòng)常規(guī)速度和精度的加工高速、高精度加工3.2.4
加減速處理CNC運(yùn)算處理策略36數(shù)據(jù)處理中,多字長(zhǎng)運(yùn)算、左右移位處理,復(fù)雜度高、耗時(shí);本數(shù)據(jù)段插補(bǔ)過程中,必須提前將下一段數(shù)據(jù)全部處理完,實(shí)際運(yùn)算是齊頭并進(jìn);否則會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)等待,間斷式加工;在控制算法中不易解決的精度與速度矛盾,通過改善加減速算法能夠起到一定的效果;加工長(zhǎng)度比較小,往往刀具還沒有達(dá)到指令的進(jìn)給速度就必須做減速處理,以免在加工中發(fā)生超程,沖撞等問題;減速預(yù)估需考慮總體長(zhǎng)度;精度和實(shí)時(shí)性是數(shù)控系統(tǒng)慎重協(xié)調(diào)的重大問題。謝 謝!第三章
數(shù)控插補(bǔ)原理提
綱概述CNC數(shù)據(jù)處理脈沖增量插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)2脈沖增量插補(bǔ)(又稱基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ))每走一“步”的行程是固定的,每走一“步”的時(shí)間由系統(tǒng)控制,從而控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度。每“步”的位移稱為脈沖當(dāng)量。逐點(diǎn)比較法
、數(shù)字積分法等。多用于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng),開環(huán)控制。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)(又稱數(shù)字增量插補(bǔ))每走一“步”的時(shí)間是固定的,每走一“步”的行程由系統(tǒng)控制,從而控制系統(tǒng)的運(yùn)行速度。時(shí)間分割法、擴(kuò)展DDA法等。用于伺服電機(jī)系統(tǒng),閉環(huán)、半閉環(huán)控制。3.3 脈沖增量插補(bǔ)3.3.1 逐點(diǎn)比較法被控對(duì)象每走一步,都和規(guī)定的軌跡進(jìn)行比較,由比較結(jié)果決定下一步的移動(dòng)方向。3.3.1.1
直線插補(bǔ)YXOe eE(X,Y
)A(Xa,Ya)B(Xb,Yb)X
X
eY Ye直線方程為:以第一象限為例:A點(diǎn)在直線的上方,則Ya
Xe
XaYe
0B點(diǎn)在直線的下方,則YbXe
XbYe
0取判別函數(shù)F
YXe
XYe即在第一象限中:F
>0,點(diǎn)在直線的上方,向
+
X或
-Y方向走一步;F
<
0,點(diǎn)在直線的下方,向
+
Y或
-X方向走一步;F
=0,點(diǎn)在直線上,同F(xiàn)>0
,
向
+
X或
-Y方向走一步。4.2.1.1.1 計(jì)算機(jī)迭代算法為了簡(jiǎn)化計(jì)算機(jī)的計(jì)算,特別是簡(jiǎn)化乘除操作,在早期的CNC系統(tǒng)中具有重要意義。i
,
jei,
jeFi,
ji
1,
ji,
j
1
Yj
X
e
X
iYeX
i
1
X
i
1
F
Yj
X
e
(
X
i
1)Ye
F
Y
Yj
1
Yj
1
F
(Yj
1)
X
e
X
iYe
F
X
F
F
YeF
F
X
e設(shè)第一象限中的點(diǎn)
(
X
i
,Yj
)
的F值若沿
X
走一步,則若沿
Y
走一步,則即:F
0,F
0,終點(diǎn)判別方法對(duì)第一象限,每走一步判斷Xi-Xe
>=0并且Yi-Ye
>=
0是否成立,若條件滿足,證明到達(dá)終點(diǎn);取總步數(shù)N=Xe+Ye,每走一步,N=N-1,直到N=0為止。流程圖(以第一象限為例)開始F
0 ?+X走一步初始化Xe,
Ye
,
F,
N=Xe+Ye+Y走一步N=
N-1F=F+XeF=F-YeYNNN=0
?Y結(jié)束逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)的其他象限情況X0,Y0X0,Y0X0,Y0X
,Ye eXIIVIIIIIYXe,YeF>=0,
-XF>=
0,
-X F>=0,
+XXe,YeXe,YeF>=0,
+XF
<0,+Y X0,Y0F<0,
-YF<0,
-YF<0,
+Y3.3.1.2
圓弧插補(bǔ)Y(Xe,Ye)(X0,Y0)XF<0F>0原心在原點(diǎn)的圓的方程為:(
X
2
Y
2
)
(
X
2
Y
2
)
00 0選判別函數(shù)F
(
X
2
Y
2
)
(
X
2
Y
2
)0 0則以第一象限逆圓為例:F>0,點(diǎn)在圓弧外,向-X走一步;F=0,點(diǎn)在圓弧上,向-X走一步;F<0,點(diǎn)在圓弧內(nèi),向+Y走一步。
ji
,
j
1ii
1,
j
2Y
1
X2
(Y
1)2
(
X
2
Y
2
)
Fi j 0 0 i
,j
FYj
1
Y
j
1
2
X
1
(
X
1)2
Y
2
(
X
2
Y
2
)
Fi j 0 0 i
,j
FX
i
1
X
i
1若沿
Y走一步,則設(shè)第一象限中的點(diǎn)(
X
i
,Yj
)
的F值F
X
2
Y
2
(
X
2
Y
2
)i
,
j i i 0 0若沿
X走一步,則計(jì)算機(jī)迭代算法終點(diǎn)判別方法Xi
Xe
0且Yi
Ye
0開始F
0 ?-X走一步初始化Xe,
Ye
,
Xe,Ye,F=0+Y走一步F=F+2Y+1F=F-2X+1YNN插補(bǔ)結(jié)束?Y結(jié)束第一象限逆圓插補(bǔ)流程圖逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)的其他象限情況OF<
0XF≥
0F≥
0 YF≥
0F≥
0F≥
0F≥
0F≥
0F≥
0F<
0F<
0F<
0F<
0F<
0F<
0F<
0IIVIIIII3.3.1.3
逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)舉例例1:直線插補(bǔ)例2:圓弧插補(bǔ)3.3.1.4 逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)的特點(diǎn)誤差小于一個(gè)脈沖當(dāng)量;運(yùn)算直觀,輸出脈沖均勻,輸出脈沖的速度變化?。徊贿m用于高速度、高精度、多軸聯(lián)動(dòng)的場(chǎng)合。3.3.2 數(shù)字積分法DDA——DigitalDifferential
Analyzer數(shù)字積分原理tYY=f(t)Y0ti-1
tiYi-1Yi
函數(shù)Y=f(t)的積分tS
0f(t
)dt若時(shí)間間隔Δt=ti-ti-1足夠小,則S離散化為:0nti
1S
f
(t
)dt
Yi
1
t
Δt取最小單位“1”(脈沖當(dāng)量時(shí)間寬度),則nS
Yi
1i
1被積函數(shù)寄存器積分累加器+Δt存放Y值溢出脈沖(要求每次只溢出一個(gè)脈沖,即一個(gè)單位時(shí)間的面積)位數(shù)→最大數(shù)值位數(shù)?←溢出速度nS
Yi
1i
1基本數(shù)字積分器3.3.2.1
DDA直線插補(bǔ)XVyVO Vx(Xe,Ye)YΔt
時(shí)間內(nèi)在X,Y方向上的位移量為:
X
Vx
t
Y
Vy
tX
2
Y
2e e設(shè)直線長(zhǎng)度
L
對(duì)于直線有:
YeV, y即xeey eeLVLLV
V
XVx
XeV L V L
k
XV
V
Y
k
Y, 其中
k
則
X
K
Xe
t
Y
K
Ye
t所以,各坐標(biāo)軸的位移量為:00mmteeemmteeeXYi
1i
1i
1i
1X
KX dt
KX
tY
KYdt
K
?取?
t?
"1?"
KY
t
?取?
t?
"1"?
K構(gòu)建DDA格式X軸被積函數(shù)XeX軸積分累加器Y軸積分累加器Y軸被積函數(shù)Ye++Δt插補(bǔ)迭代控制脈沖
X
K
Xe
t
Y
K
Ye
t溢出條件:
k
Xe
1累加器容量m?(累加總次數(shù))對(duì)于:
寄存器n位最大容量值k
?ΔXX軸溢出脈沖ΔYY軸溢出脈沖在硬件DDA電路中,若積分累加器的字長(zhǎng)為n位,則當(dāng)累加器內(nèi)的數(shù)值到達(dá)2n時(shí),就有一個(gè)溢出脈沖,終點(diǎn)坐標(biāo)值越大(長(zhǎng)軸),則該軸方向上溢出脈沖的速度越快,即該軸的運(yùn)行速度越快。若某軸終點(diǎn)坐標(biāo)為P(單位為脈沖當(dāng)量),則累加2n次之后,該軸方向上的溢出脈沖個(gè)數(shù)必然為P個(gè)。1此時(shí),K
2nmX
K
X
e
ti
13.3.2.2
DDA圓弧插補(bǔ)P(X,Y)AVVyVxYXO圖中所示第一象限逆圓
K
VyV
VxR Y X由圖中
AOP∽
Vx
PV
,
得逆圓
X
Vx
t
K
Y
t
Y
Vy
t
K
X
t2n對(duì)于n位硬件累加器,取
K
1,則iii
1i
12nmY
1
X
t2nmX
1
Y
t順圓
X
Vx
t
K
Y
t
Y
Vy
t
K
X
tDDA第一象限逆圓硬件插補(bǔ)器流程:X軸被積函數(shù)YiX軸積分累加器Y軸積分累加器Y軸被積函數(shù)Xi++Y軸溢出脈沖+Y方向Δt插補(bǔ)迭代控制脈沖ΔYΔX X軸溢出脈沖-X方向
X
K
Y
t
Y
K
X
tDDA第一象限逆圓硬件插補(bǔ)過程:X軸被積函數(shù)初始值置Y0,Y軸被積函數(shù)初始值置X0
;X軸積分累加器溢出到-X方向,Y軸積分累加器溢出到+Y方向;X軸方向每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖,Y軸被積函數(shù)寄存器值減1;Y軸方向每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖,X軸被積函數(shù)寄存器值加1;當(dāng)其中一個(gè)軸到達(dá)終點(diǎn)后,該軸不再迭代,該方向到達(dá)終點(diǎn)。另一個(gè)軸也到達(dá)終點(diǎn)時(shí),迭代停止,插補(bǔ)結(jié)束。DDA圓弧插補(bǔ)其他象限情況:圓弧方向順圓逆圓象限IIIIIIIVIIIIIIIVX軸進(jìn)給方向++----++Y軸進(jìn)給方向-++-+--+X軸被積函數(shù)修正符號(hào)++----++Y軸被積函數(shù)修正符號(hào)-++-+--+3.3.2.3 硬件DDA插補(bǔ)存在的問題及改進(jìn)方法加工工件的最大尺寸受累加器的字長(zhǎng)的限制;因?yàn)槔奂悠鞯淖珠L(zhǎng)固定,造成速度不均。可以使用“左移規(guī)格化”加以改善;長(zhǎng)軸的脈沖先溢出,短軸的脈沖后溢出。使用“預(yù)置初值”減小加工誤差。軟件DDA插補(bǔ)隨著加工程序段行程的變化而自動(dòng)改變積分累加器的溢出基值,以提高脈沖發(fā)生率,穩(wěn)定脈沖輸出速度,并可以增大加工工件的尺寸;直線插補(bǔ)以位移量最大的坐標(biāo)軸分量(長(zhǎng)軸)為溢出基值圓弧插補(bǔ)以半徑R為溢出基值積分累加器預(yù)置一定的初值,可以使被積函數(shù)值較小的坐標(biāo)軸提前發(fā)生位置變化,從而改善加工軌跡,提高插補(bǔ)精度。(7,1)直線插補(bǔ)預(yù)置溢出基值(位移量最大的坐標(biāo)軸分量)的一半,“四舍五入”;圓弧插補(bǔ)預(yù)置溢出基值(半徑R)減1,即
R-1。軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——未置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值軟件DDA圓弧插補(bǔ)舉例——置初值大心釭大學(xué)雹DDA插補(bǔ)的特點(diǎn):運(yùn)算速度快,脈沖分配均勻,易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)和描繪多種平面函數(shù);需要采取必要的措施才能保證插補(bǔ)精度。脈沖增量插補(bǔ)的特點(diǎn)總結(jié):控制簡(jiǎn)單,用于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)中或者是伺服電機(jī)的位置控制方式;由于受到步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率的限制或者輸出脈沖接口電路以及脈沖可靠性的限制,輸出脈沖不可能太高,致使速度較低;步長(zhǎng)(脈沖當(dāng)量)是確定的,所以精度較低;必須解決控制脈沖的生成問題,若使用軟件定時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行速度將受到較大的影響;有其他的改進(jìn)方法,例如針對(duì)逐點(diǎn)比較法的最小誤差法,針對(duì)DDA的以割線代替切線的DDA方法、二階近似DDA方法等。3.4 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)3.4.1
基本原理實(shí)際位置指令位置插補(bǔ)模塊驅(qū)動(dòng)裝置工作臺(tái)測(cè)量元件調(diào)整運(yùn)算當(dāng)前位置誤差插補(bǔ)模塊按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算,算出在任一時(shí)間間隔內(nèi)各坐標(biāo)軸的進(jìn)給量,并輸出指令位置數(shù)據(jù);同時(shí),系統(tǒng)定時(shí)地反饋回路采樣(當(dāng)前實(shí)際位置);控制系統(tǒng)根據(jù)位置偏差,驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。3.4.1 基本原理插補(bǔ)周期:用于控制插補(bǔ)模塊的計(jì)算時(shí)間節(jié)拍;采樣周期:用于控制系統(tǒng)位置反饋的時(shí)間節(jié)拍,或稱為位置控制周期,簡(jiǎn)稱位控周期;插補(bǔ)周期必須大于插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間與完成其它實(shí)時(shí)任務(wù)時(shí)間之和,一般情況下插補(bǔ)周期應(yīng)取為最長(zhǎng)插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間的兩倍以上。插補(bǔ)周期應(yīng)與位控周期相等或成整數(shù)倍關(guān)系,從而使插補(bǔ)運(yùn)算與位置控制相互協(xié)調(diào),比如2倍。對(duì)于CNC裝置,插補(bǔ)周期和采樣周期是固定的。3.4.1 基本原理根據(jù)編程指令的進(jìn)給速度F和插補(bǔ)周期T,將輪廓曲線分割成一T段段的輪廓步長(zhǎng),F(xiàn)
=F×T,即插補(bǔ)周期內(nèi)的合成進(jìn)給量,或稱為周期進(jìn)給速度;然后根據(jù)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡與各坐標(biāo)軸的幾何關(guān)系求出各軸在一個(gè)T內(nèi)的插補(bǔ)進(jìn)給量ΔX、ΔY或ΔZ,進(jìn)而以這些微小直線段(輪廓步長(zhǎng))來逼近輪廓曲線。例如:設(shè)指令進(jìn)給速度為F=100mm/min,插補(bǔ)周期8ms,采樣周期4ms,求輪廓步長(zhǎng)FT?FTFΔXΔY3.4.2
直線數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)Pi+1ZXYΔZΔXΔYPeP0αβγFPi
02 202022202 220Y
Y
Z
Z
X
X
Z
Z
Y
Y
Y
Y
Z
Z
X
X
X
XeeeZe
Z0
e 0
Xe
X
0
Ye
Y0ee 0e
cos
e 0
cos
cos
e 0 起點(diǎn)坐標(biāo)為P0(X0,
Y0,
Z0)終點(diǎn)坐標(biāo)為Pe(Xe,
Ye,
Ze)該直線的方向余弦為:3.4.2
直線數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)每個(gè)采樣周期中,X、Y、Z軸的為FT在三個(gè)軸方向上的投影:
TT
Z
F cos
指令位置增量ΔX、ΔY、ΔZ分別
Y
F cos
X
FT
cos
Z
Z
Z
Y
Y
Yiii
1i
1則指令位置的迭代算法為:
X
i
1
X
i
X3.4.2
直線數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)Pi+1FP0XORYεPe3.4.3
圓弧數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)θαi+1PiαiΔXΔY
i
1i i i ii
1 i
Rsin
icos
Rcos
isin
Yicos
Xisin
R
sin
R
sin
Y
R
cos
cos
R
sin
sin
X
cos
Y
sin
Pi坐標(biāo)(Xi,Yi)Pi+1坐標(biāo)為(Xi+1,Yi+1)合成的周期進(jìn)給量為FT。θ為每個(gè)周期進(jìn)給對(duì)應(yīng)的圓心角,
圓弧半徑為R。則圓弧插補(bǔ)的迭代公式為:
X
i
1
R
cos
i
1
R
cos
i
R2R因?yàn)棣鹊闹岛苄。梢匀?/p>
FT
為:
2sin
1(FT
)
, 可以求出sin
和cos
。PiP0XOYPePi+1FTRθαi+1αi數(shù)據(jù)采樣圓弧插補(bǔ)的最大進(jìn)給速度由于是使用兩端在圓弧上的直線段(弦)去逼近圓弧,所以存在弦高差ε。將余弦函數(shù)按冪級(jí)數(shù)展開,并取
FT
R
,則ε表示為:F2R
T
2
8
8R
2
R
1
cos可見,進(jìn)給速度愈快,則造成的弦高差愈大。若系統(tǒng)允許的最大弦高差為δ,則周期進(jìn)給速度FT應(yīng)該滿足如下條件:FT
8R
min
mm450000RTF
8R
例如,δ取為1μm,采樣周期T=8ms,可以編程的最大F進(jìn)給速度應(yīng)該滿足如下條件:3.4.4
螺旋線數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)+直線插補(bǔ)起點(diǎn)終點(diǎn)F
X
i
,Yi
,
Zi
3.4.5 多坐標(biāo)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)對(duì)于超過三軸的插補(bǔ)速度控制,應(yīng)該針對(duì)具體的機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行處理。航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等傾角螺旋槽加工:系統(tǒng)共十個(gè)坐標(biāo)軸,其中八個(gè)為受控伺服軸,四軸聯(lián)動(dòng)。環(huán)釭大學(xué)雹爐丘大學(xué)雹環(huán)釭大學(xué)雹XY1W1ABPi+1Pi-A-X +XX-W
平面+B-W+W-B+A
min222
mmWBX AF
max
F ,
F
F
F設(shè)某段螺旋線的起點(diǎn)為Pi,終點(diǎn)為Pi+1。點(diǎn)Pi的坐標(biāo)為(Xi,Wi,Ai,Bi),點(diǎn)Pi+1的坐標(biāo)為(Xi+1,Wi+1,Ai+1,Bi+1)。定義四軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控編程F速度為:設(shè)在X、W1、A和B軸上的進(jìn)給速度分配系數(shù)為KX、KW、KA和KB,四者按下式確定:222iiiiWW
max
X
B
W
A
BX ,
AK
i
1i
1i
1i
1Wi
1
Wi222iiiBW
B
W
max
X
BX ,
A
AK
i
1i
1i
1i
1
iBi
1
Bi222iiXW
B
W
X
X
BK
i
1i
1i
1
iXi
1
X
iXAX
XK
Ki
1
iAi
1
Ai若X
i
1
Xi
Ai
1
Ai
,則222iiAW
B
W
A
A
BK
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K
B
FT
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A
Wk
W
Wk
KWFT
W設(shè)由數(shù)控編程F速度計(jì)算出的周期進(jìn)給量為FT,則四軸聯(lián)動(dòng)迭代算法為:
X
k
1
X
k
X
X
k
K
X
FT2.4.6 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)的特點(diǎn)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)實(shí)質(zhì)是一個(gè)速度分配過程,無論直線插補(bǔ),還是圓弧插補(bǔ),都需要首先計(jì)算周期進(jìn)給量,然后迭代計(jì)算;數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)的最大進(jìn)給速度的選擇主要受加工精度和機(jī)床伺服性能的限制;直線插補(bǔ)中,插補(bǔ)形成的每個(gè)微小線段與給定的直線重合,不會(huì)造成軌跡插補(bǔ)誤差;圓弧、曲線插補(bǔ)中,用一系列內(nèi)接弦逼近軌跡,存在弦高差,即軌跡誤差;謝 謝!第四章
位置檢測(cè)裝置提
綱24.1
概4.2
光電式位置檢測(cè)裝置核心3:① 要向數(shù)控系統(tǒng)反哪些信息?②什么樣的檢測(cè)方式能滿足些 求?③如何將檢測(cè)單元 成到控制回路和機(jī)床?④機(jī)床“上電”后, 要完成哪些工作?4.1
概常見位置反 裝置位置檢測(cè)裝置直線型旋轉(zhuǎn)型感應(yīng)同步器光柵磁尺旋轉(zhuǎn)變壓器脈沖編碼器按信號(hào)的讀取方式可分為:光電式、電磁式以光電式的精度和可 性最好,以廣泛應(yīng)用于NC機(jī)床。4增量式絕對(duì)式直線型增量式光柵尺激光尺絕對(duì)式光柵尺回轉(zhuǎn)型角度編碼器絕對(duì)式編碼盤5常見位置反 裝置線型編碼器:Linear
Encoder,也稱為直線光柵尺角度編碼器:An
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