數(shù)控技術(shù)概論及加工編程課件

數(shù)控技術(shù)概論及加工編程(1)第一章緒論§1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展§2數(shù)控加工的特點(diǎn)§3數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)內(nèi)在動(dòng)力：迫切需要一種精度高、柔性好的加工設(shè)備技術(shù)基礎(chǔ)：電子技術(shù)、電腦技術(shù)、控制技術(shù)為小批量、精密、複雜的零件生產(chǎn)提供了極其有效的自動(dòng)化加工手段定義：數(shù)字控制技術(shù)：簡(jiǎn)稱數(shù)控（NumericalControl,NC）用電子電腦以指令方式控制機(jī)床動(dòng)作的技術(shù)數(shù)控機(jī)床：用該控制技術(shù)控制的機(jī)床§1數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展1.數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生1952年在美國(guó)成功研製出第一臺(tái)三座標(biāo)數(shù)控銑床2.數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理組成:程式載體、輸入裝置、CNC單元、伺服系統(tǒng)、位置回饋系統(tǒng)、機(jī)床機(jī)械部件程式載體輸入裝置CNC單元伺服系統(tǒng)機(jī)床位置回饋信號(hào)工作原理：數(shù)控機(jī)床的組成框圖

數(shù)控銑床:發(fā)展最早的一種數(shù)控機(jī)床升降工作臺(tái)式→工作臺(tái)不升降(圖1)

可加工複雜平面、曲面、殼體3.數(shù)控機(jī)床的發(fā)展由數(shù)控機(jī)床的組成與原理知：數(shù)控加工是以介質(zhì)作為機(jī)床自己能閱讀的工藝卡片，用控制機(jī)構(gòu)和伺服機(jī)構(gòu)代替人的大腦和雙手的部分功能，控制全部加工過(guò)程。

數(shù)控車床：目前使用較廣泛的數(shù)控機(jī)床

加工中心：一次裝夾完成多道工序加工的數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別在於：數(shù)控機(jī)床是按程式自動(dòng)加工零件，後者要由工人手工操作來(lái)加工零件工藝分析工序卡數(shù)控加工程式零件圖§2數(shù)控加工的特點(diǎn)1.數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工的比較

零件加工精度高、加工品質(zhì)穩(wěn)定

加工生產(chǎn)率高

減輕勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度

良好的經(jīng)濟(jì)效益

有利於生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化2.數(shù)控加工的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)加工對(duì)象改型的適應(yīng)性強(qiáng)3.數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用範(fàn)圍

結(jié)構(gòu)比較複雜的零件

需要頻繁改型的零件

價(jià)格昂貴、不允許報(bào)廢的零件

需要最短生產(chǎn)週期的急需零件

多品種小批量生產(chǎn)的零件10100200綜合費(fèi)用專用機(jī)床通用機(jī)床數(shù)控機(jī)床零件批量零件批量數(shù)零件複雜程度專用機(jī)床通用機(jī)床數(shù)控機(jī)床1.規(guī)格指標(biāo):指數(shù)控機(jī)床的基本能力指標(biāo)，主要包括§3數(shù)控機(jī)床的主要性能指標(biāo)行程範(fàn)圍:工作臺(tái)面尺寸:承載能力:控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù):機(jī)床能加工零件的最大重量機(jī)床安裝工件的最大範(fàn)圍

機(jī)床允許的加工空間控制軸數(shù):機(jī)床數(shù)控裝置能夠控制的進(jìn)給軸數(shù)目聯(lián)動(dòng)軸數(shù):機(jī)床數(shù)控裝置同時(shí)控制的進(jìn)給軸數(shù)目：如2軸、2.5軸、3軸、4軸、5軸控制等2.5軸聯(lián)動(dòng)：兩個(gè)軸是同時(shí)、連續(xù)控制，第三軸是間歇控制3軸聯(lián)動(dòng)：三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z是同時(shí)插補(bǔ)，是三維連續(xù)控制5軸聯(lián)動(dòng)：三個(gè)坐標(biāo)軸X、Y、Z，與工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)、刀具的擺動(dòng)同時(shí)聯(lián)動(dòng)（或是與兩軸的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)動(dòng)，或刀具做兩個(gè)方向的擺動(dòng)）2.5軸數(shù)控機(jī)床加工3軸數(shù)控銑床曲面加工5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工3.性能指標(biāo):最大主軸轉(zhuǎn)速:最高快移速度和最高進(jìn)給速度:最高快移速度指進(jìn)給軸在非加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度主軸所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速，是影響零件表面加工品質(zhì)、生產(chǎn)率、刀具壽命的主要因素最高進(jìn)給速度指進(jìn)給軸在加工狀態(tài)下的最高移動(dòng)速度2.精度指標(biāo):機(jī)床的移動(dòng)部件沿某一坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)際值與給定值的接近程度同一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用相同程式、相同代碼加工一批零件所得到結(jié)果的一致性分度工作臺(tái)在分度時(shí)指令要求回轉(zhuǎn)的角度值和實(shí)際回轉(zhuǎn)的角度值的差值定位精度:重複定位精度:分度精度:機(jī)床移動(dòng)部件位置精度可以測(cè)量的最小增量（對(duì)測(cè)量系統(tǒng)而言）可以控制的最小位移增量（對(duì)控制系統(tǒng)而言）脈衝當(dāng)量：

解析度：

數(shù)控裝置每發(fā)出一個(gè)脈衝信號(hào)，反映到機(jī)床移動(dòng)部件上的移動(dòng)量。例：0.001mm脈衝當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床的加工精度和加工表面品質(zhì)越高解析度（Resolution）與脈衝當(dāng)量:數(shù)控技術(shù)概論及加工編程(2)§1概述§2硬體數(shù)控系統(tǒng)§3電腦數(shù)控系統(tǒng)§4CNC系統(tǒng)的軟體插補(bǔ)§5CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制第二章數(shù)控系統(tǒng)工作原理§1概述1.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展2.機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的分類按所用數(shù)控裝置的構(gòu)成方式硬線數(shù)控系統(tǒng)（NC）電腦數(shù)控系統(tǒng)（CNC）（軟線）它的輸入、插補(bǔ)運(yùn)算和控制功能，都由專用的固定組合邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同功能的機(jī)床，其組合邏輯電路不同。改變或增減控制、運(yùn)算功能時(shí)，需改變硬體電路。通用性、靈活性差，製造週期長(zhǎng)，成本高它的硬體電路是由小型或微型電腦再加上通用或?qū)Ｓ玫拇笠?guī)模積體電路製成，數(shù)控機(jī)床的主要功能由系統(tǒng)軟體來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同功能的機(jī)床系統(tǒng)軟體不同。修改或增減系統(tǒng)功能時(shí)，不需變動(dòng)硬體電路，只需改變系統(tǒng)軟體。有較高靈活性，利於縮短製造週期，降低成本

按所用進(jìn)給伺服系統(tǒng)開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)機(jī)床工作臺(tái)控制系統(tǒng)伺服馬達(dá)機(jī)床工作臺(tái)數(shù)控裝置位置檢測(cè)器伺服馬達(dá)機(jī)床工作臺(tái)數(shù)控裝置位置檢測(cè)器按數(shù)控系統(tǒng)加工功能點(diǎn)位控制系統(tǒng)（PositioningControlSystem）直線控制系統(tǒng)（LineMotionControlSystem）輪廓控制系統(tǒng)（ContouringControlSystem）特點(diǎn):只要求保證點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位,即只控制行程的終點(diǎn)座標(biāo)值,而對(duì)點(diǎn)與點(diǎn)之間刀具所移動(dòng)的軌跡不加控制.在移動(dòng)過(guò)程中,刀具不進(jìn)行切削,採(cǎi)用機(jī)床設(shè)定的最高進(jìn)給速度進(jìn)行定位運(yùn)動(dòng),接近終點(diǎn)需要低速趨近。如:鑽床、衝床特點(diǎn):除了控制點(diǎn)與點(diǎn)之間的準(zhǔn)確定位外,還要保證刀具在被控制的兩點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線，且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，刀具按給定的進(jìn)給速度進(jìn)行切削。如:車床、銑床、磨床特點(diǎn):能同時(shí)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上座標(biāo)方向的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行連續(xù)控制,不僅要控制起點(diǎn)、終點(diǎn)座標(biāo)的準(zhǔn)確性,而且對(duì)每暫態(tài)的位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷的控制,具有這種控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床可以加工曲線和曲面.如:具有兩座標(biāo)或兩座標(biāo)以上聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床、車床、磨床和加工中心。按功能水準(zhǔn)分類高檔中檔低檔專案低檔中檔高檔解析度1010.1進(jìn)給速度8-15m/min15-24m/min15-100m/min聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2～3軸2～4軸或3～5軸以上主CPU8位16位、32位、64位伺服系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)開環(huán)直流及交流閉環(huán)伺服系統(tǒng)內(nèi)裝PC無(wú)有顯示功能數(shù)碼管有字元圖形、人機(jī)對(duì)話、自診斷通信功能無(wú)DNC介面MAP介面分類界限§2硬體數(shù)控系統(tǒng)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)座標(biāo)、終點(diǎn)座標(biāo)、曲線類型和走向，由數(shù)控系統(tǒng)即時(shí)地算出各個(gè)中間點(diǎn)的座標(biāo)。即需要“插入、補(bǔ)上”運(yùn)動(dòng)軌跡各個(gè)中間點(diǎn)的座標(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)座標(biāo)值，常用的插補(bǔ)計(jì)算方法有：逐點(diǎn)比較法和數(shù)字積分法。逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法(point-by-pointrelativemethod)基本原理：每走一步都要將加工點(diǎn)的暫態(tài)座標(biāo)與規(guī)定的圖形軌跡相比較判斷一下偏差，然後決定下一步的走向，如果加工點(diǎn)走到圖形外面去了，那麼下一步就往圖形裏面走；如加工點(diǎn)在圖形裏面，則下一步就向圖形外面走，以縮小差距。這樣就能得到一個(gè)非常接近規(guī)定圖形的軌跡。ABOYXP0(x,y)P1P2圖中AB是需要插補(bǔ)的曲線，用逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)前先要根據(jù)AB的形狀構(gòu)造一個(gè)函數(shù)F=F（x,y）x,y為刀具的座標(biāo)函數(shù)F的正負(fù)必須反映出刀具與曲線的相對(duì)位置關(guān)係，設(shè)這種關(guān)係為F(x,y)>0刀具在曲線上方F(x,y)=0刀具在曲線上F(x,y)<0刀具在曲線下方由於F(x,y)反映了刀具偏離曲線的情況，稱之為偏差函數(shù)

逐點(diǎn)比較法的程式流程如圖。一個(gè)插補(bǔ)迴圈由偏差判別、進(jìn)給、偏差計(jì)算和終點(diǎn)判別四個(gè)工作節(jié)拍組成。各節(jié)拍功能：偏差判別

進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別偏差判別進(jìn)給偏差計(jì)算終點(diǎn)判別判別偏差函數(shù)的正負(fù)，以確定刀具相對(duì)於所加工曲線的位置根據(jù)上一節(jié)拍的判斷結(jié)果確定刀具的進(jìn)給方向。若偏差函數(shù)F(x,y)小於零，說(shuō)明刀具在曲線下方（P0點(diǎn)）。請(qǐng)回答，為了讓刀具向曲線靠近並朝曲線的終點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，刀具應(yīng)沿X軸或Y軸走一步？若偏差函數(shù)大於零呢？等於零？計(jì)算出刀具進(jìn)給後在新位置上的偏差值，為下一插補(bǔ)迴圈做好準(zhǔn)備判斷刀具是否到達(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)直線插補(bǔ)（linearinterpolation）即若加工點(diǎn)P在直線OA上方，則即若加工點(diǎn)P在直線OA下方，則即設(shè)某時(shí)刻刀具運(yùn)動(dòng)到P（Xi,Yi）偏差函數(shù)為Fi，則F的數(shù)值稱為該點(diǎn)的“偏差值”①偏差函數(shù)OA是要加工的直線。起點(diǎn)座標(biāo)O為座標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)A座標(biāo)為。點(diǎn)P為任一加工點(diǎn)（刀具），若P點(diǎn)正好在直線OA上時(shí)，下式成立OYXAPF>0F<0②進(jìn)給方向與偏差判別若點(diǎn)P在直線上或上方（F≥0）應(yīng)向+X方向發(fā)一脈衝，使機(jī)床刀具向+X方向前進(jìn)一步，以接近該直線；OYXA綜上所述，在直線插補(bǔ)中，偏差函數(shù)與刀具位置的關(guān)係是F>0刀具在直線上方F=0刀具在直線上F<0刀具在直線下方OYXAPF>0F<0OYXA當(dāng)點(diǎn)P在直線下方時(shí)(F＜0)，刀具向

+Y

方向前進(jìn)一步。偏差情況進(jìn)給方向偏差計(jì)算+X+Y直線插補(bǔ)計(jì)算過(guò)程當(dāng)偏差值F<0時(shí)，刀具從現(xiàn)加工點(diǎn)向Y正向前進(jìn)一步，到達(dá)新加工點(diǎn)則新加工點(diǎn)的偏差值為新加工點(diǎn)的偏差可用前一點(diǎn)的偏差遞推出來(lái)：當(dāng)偏差值F≥0時(shí)，刀具從現(xiàn)加工點(diǎn)向X正向前進(jìn)一步，到達(dá)新加工點(diǎn)則新加工點(diǎn)的偏差值為③終點(diǎn)判別對(duì)於逐點(diǎn)比較插補(bǔ)法，每進(jìn)行一個(gè)插補(bǔ)迴圈，刀具或者沿X軸走一步，或沿Y軸走一步，因此插補(bǔ)數(shù)與刀具沿X、Y軸已走的總步數(shù)相等。這樣可根據(jù)插補(bǔ)迴圈數(shù)i與刀具沿X、Y軸應(yīng)進(jìn)給的總步數(shù)N是否相等判斷終點(diǎn)，即直線加工結(jié)束的條件為i=N④插補(bǔ)程式及舉例0n,0Fi原地等待插補(bǔ)時(shí)鐘F≥0？進(jìn)給方向+x進(jìn)給方向+yY插補(bǔ)結(jié)束NYN左圖是逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)流程圖。n是插補(bǔ)迴圈數(shù)，F(xiàn)i是第i個(gè)插補(bǔ)迴圈時(shí)偏差函數(shù)值。例：逐點(diǎn)法加工直線OA，並畫出插補(bǔ)軌跡OYXA(5,3)解：插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程見(jiàn)表脈衝個(gè)數(shù)偏差判別進(jìn)給方向偏差計(jì)算終點(diǎn)判別0E=81+XE=E-1=8-1=7≠02+YE=E-1=7-1=6≠03+XE=E-1=6-1=5≠04+YE=E-1=5-1=4≠05+XE=E-1=4-1=3≠06+XE=E-1=3-1=2≠07+YE=E-1=2-1=1≠08+XE=E-1=1-1=0到終點(diǎn)12345678OA(5,3)YX插補(bǔ)軌跡圓弧插補(bǔ)（circularinterpolation）加工第一象限逆時(shí)針圓弧若點(diǎn)正好落在圓弧上，則有ABP若點(diǎn)在圓弧外側(cè)，則有Rp>RP若點(diǎn)在圓弧內(nèi)側(cè)，則有Rp<RP上面各式可分別寫成：在圓弧上在圓弧外側(cè)在圓弧內(nèi)側(cè)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)的偏差判別式定義為：RRpABF<0F>0XYOP若點(diǎn)在圓弧外側(cè)或圓弧上，即滿足F≥0的條件時(shí)，應(yīng)向X軸發(fā)出一負(fù)方向脈衝（-△X），向圓內(nèi)走一步；若點(diǎn)P在圓弧內(nèi)側(cè)呢？PRRpABF<0F>0XYOP應(yīng)向Y軸發(fā)出一正向脈衝（+△Y），向圓弧外走一步。P設(shè)點(diǎn)在圓弧外側(cè)或圓弧上，(F≥0)可計(jì)算出新加工點(diǎn)偏差為P設(shè)點(diǎn)在圓弧內(nèi)側(cè)，(F<0)可計(jì)算出新加工點(diǎn)偏差為且且和直線插補(bǔ)一樣，除偏差計(jì)算外，還要進(jìn)行終點(diǎn)判別，方法與前同。例：加工圖示逆圓弧AB，起點(diǎn)A(6,0)，B(0,6),試對(duì)其進(jìn)行插補(bǔ)，並畫出插補(bǔ)軌跡。AB(6,0)(0,6)0n,0Fi原地等待插補(bǔ)時(shí)鐘F≥0？進(jìn)給方向-x進(jìn)給方向+yY插補(bǔ)結(jié)束NYN插補(bǔ)流程圖見(jiàn)右脈衝個(gè)數(shù)偏差判別進(jìn)給方向偏差計(jì)算座標(biāo)計(jì)算終點(diǎn)判別1F0=0-XF1=F0-2X0+1=0-2×6+1=-11X1=X0-1=6-1=5Y1=Y0=02F1=-11<0+YF2=F1+2Y1+1=-11+0+1=-10X2=X1=5Y2=Y1+1=13F2=-10<0+Y4F3=-7<0+Y5F4=-2<0+Y6F5=5>0-X7F6=-4<0+Y8F7=5>0-X9F8=-2<0+Y10F9=9>0-X11F10=+4>0-X12F11=1>0-XABXYO圓弧插補(bǔ)軌跡圖(6,0)(0,6)2.數(shù)字積分法利用數(shù)字積分的方法，計(jì)算刀具沿各坐標(biāo)軸的位移，使得刀具沿著所加工的軌跡運(yùn)動(dòng)數(shù)字積分原理△tYt數(shù)字積分(DDA)直線插補(bǔ)①原理yxoE(7,4)例：右圖下，若要使從O點(diǎn)到E點(diǎn)的插補(bǔ)過(guò)程進(jìn)給脈衝均勻，就必須使分配給x,y方向的單位增量成正比。設(shè)需要在t=10秒內(nèi)使加工到達(dá)終點(diǎn)E，則每單位時(shí)間間隔△t內(nèi)，x和y的增量分別為△x’=xe/10=0.7△y’=ye/10=0.4上述例子實(shí)際上是累加運(yùn)算過(guò)程（積分）DigitalDifferentialAnalyzer(數(shù)字微分分析器)從直線起點(diǎn)到終點(diǎn)的過(guò)程，可以看作是各坐標(biāo)軸每經(jīng)過(guò)一個(gè)單位時(shí)間間隔△t，分別以增量kxe,kye同時(shí)累加的過(guò)程。據(jù)此，可以作出直線插補(bǔ)器。設(shè)要加工一條直線OE，Vx，Vy表示刀具在x，y方向的移動(dòng)速度VXoE(xe,ye)VVyVx刀具在x，y方向上移動(dòng)距離的微小增量為：假定進(jìn)給速度V是均勻的(V為常數(shù))，對(duì)於直線函數(shù)，Vx

、Vy

亦為常數(shù)，即代入上式得y積分累加器Ray被積函數(shù)寄存器Rx(xe)被積函數(shù)寄存器Ry(ye)x積分累加器Raxx積分器y積分器△x△y控制脈衝⊿t插補(bǔ)X軸溢出脈衝Y軸溢出脈衝DDA直線插補(bǔ)器示意圖直線插補(bǔ)器由兩個(gè)數(shù)字積分器組成，每個(gè)座標(biāo)的積分器由累加器和被積函數(shù)寄存器所組成。終點(diǎn)座標(biāo)值存放在被積函數(shù)寄存器中。②終點(diǎn)判別經(jīng)計(jì)算，刀具從原點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)的累加次數(shù)m=2n因此，可以設(shè)置一個(gè)位數(shù)為n的終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Re來(lái)記錄累加次數(shù)。插補(bǔ)前將其清零，插補(bǔ)運(yùn)算開始後，每進(jìn)行一次加法運(yùn)算，Re就加1，當(dāng)記滿2n數(shù)時(shí)，停止運(yùn)算，插補(bǔ)完成。工作過(guò)程為：每發(fā)一個(gè)插補(bǔ)脈衝（即來(lái)一個(gè)△t），使kxe，kye向各自的累加器裏累加一次，累加的結(jié)果有無(wú)溢出脈衝△x(或△y)，取決於累加器的容量2n和kxe，kye的大小。③舉例例：要插補(bǔ)所示直線軌跡OA，起點(diǎn)座標(biāo)為O(0,0)，終點(diǎn)座標(biāo)為A(5,3),若被積函數(shù)寄存器Rx、Ry和餘數(shù)寄存器Rax、Ray以及終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Re均為三位二進(jìn)位寄存器。請(qǐng)寫出插補(bǔ)過(guò)程、畫出DDA直線插補(bǔ)軌跡。課堂練習(xí)！yxoA(5,3)注：插補(bǔ)前Rax、Ray、Re為零，Rx、Ry分別存放xe=5，ye=3，且始終保持不變累加次數(shù)X積分器Y積分器終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Re備註RxRax⊿xRyRay⊿y0101000011000000初始狀態(tài)11010112101011310101141010115101011610101171010118101011DDA直線插補(bǔ)過(guò)程累加次數(shù)X積分器Y積分器終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Re備註RxRax⊿xRyRay⊿y0101000011000000初始狀態(tài)1101101011011001一次累加2101011310101141010115101011610101171010118101011DDA直線插補(bǔ)過(guò)程累加次數(shù)X積分器Y積分器終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Re備註RxRax⊿xRyRay⊿y0101000011000000初始狀態(tài)1101101011011001一次累加21010101011110010⊿x溢出310141015101610171018101DDA直線插補(bǔ)過(guò)程累加次數(shù)X積分器Y積分器終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Re備註RxRax⊿xRyRay⊿y0101000011000000初始狀態(tài)1101101011011001一次累加21010101011110010⊿x溢出31011110110011011⊿y溢出41015101610171018101DDA直線插補(bǔ)過(guò)程累加次數(shù)X積分器Y積分器終點(diǎn)計(jì)數(shù)器Re備註RxRax⊿xRyRay⊿y0101000011000000初始狀態(tài)1101101011011001一次累加21010101011110010⊿x溢出31011110110011011⊿y溢出41011001011100100⊿x溢出51010011011111101⊿x溢出61011100110101110⊿y溢出71010111011101111⊿x溢出810100010110001000⊿x、

⊿y同時(shí)溢出，插補(bǔ)結(jié)束DDA直線插補(bǔ)過(guò)程A（5，3）XYODDA直線插補(bǔ)軌跡圖§3電腦數(shù)控系統(tǒng)1、基本概念按美國(guó)電子工程協(xié)會(huì)（EIA）數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的定義，CNC（ComputerizedNumericalControl）系統(tǒng)是：用電腦通過(guò)執(zhí)行其記憶體內(nèi)的程式來(lái)完成數(shù)控要求的部分或全部功能，並配有介面電路、伺服驅(qū)動(dòng)的一種專用電腦系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據(jù)輸入的程式或指令，由電腦進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，形成理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，插補(bǔ)計(jì)算出的位置數(shù)據(jù)輸出到伺服單元，控制電機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加工出所需零件。CNC系統(tǒng)中的電腦主要用來(lái)進(jìn)行數(shù)值和邏輯運(yùn)算，對(duì)機(jī)床進(jìn)行即時(shí)控制，只要改變電腦中的控制軟體就能實(shí)現(xiàn)一種新的控制方式。2.數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)CNC系統(tǒng)靈活可變，易於變化和擴(kuò)展CNC系統(tǒng)通用性強(qiáng)CNC系統(tǒng)可靠性強(qiáng)CNC系統(tǒng)易於實(shí)現(xiàn)多功能、高複雜程式的控制CNC系統(tǒng)使用、維護(hù)方便3.數(shù)控系統(tǒng)的硬體結(jié)構(gòu)輸入/輸出設(shè)備（I/O）中央處理單元（CPU）匯流排（BUS）記憶體（ROM、RAM）I/O介面輸入/輸出設(shè)備（I/O）通常配置的I/O設(shè)備主要有：紙帶閱讀機(jī)、鍵盤、操作控制面板、顯示器、紙帶穿孔機(jī)、外部存儲(chǔ)設(shè)備中央處理單元（CPU）是CNC系統(tǒng)的核心與“頭腦”，主要具備的功能：可進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算可保存少量數(shù)據(jù)能對(duì)指令進(jìn)行解碼並執(zhí)行規(guī)定動(dòng)作能和記憶體、外設(shè)交換數(shù)據(jù)提供整個(gè)系統(tǒng)所需的定時(shí)和控制可回應(yīng)其他部件發(fā)來(lái)的脈衝請(qǐng)求算術(shù)、邏輯部件CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)所包含的部分：累加器和通用寄存器組程式計(jì)數(shù)器、指令寄存器、解碼器時(shí)序和控制部件匯流排（BUS）在CNC系統(tǒng)中內(nèi)部各部件之間傳輸資訊的通路CPU晶片內(nèi)部採(cǎi)用三匯流排結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)匯流排DB（DataBus）地址匯流排AB（AddressBus）控制匯流排CB（ControlBus）CPU與外界傳送數(shù)據(jù)的通道確定傳輸數(shù)據(jù)的存放地址管理、控制信號(hào)的傳送記憶體（ROM、RAM）存放CNC系統(tǒng)控制軟體、零件程式、原始數(shù)據(jù)、參數(shù)、運(yùn)算中間結(jié)果和處理後的結(jié)果的器件和設(shè)備。一般分為內(nèi)、外存儲(chǔ)器記憶體內(nèi)記憶體外存儲(chǔ)器磁泡記憶體半導(dǎo)體記憶體穿孔紙帶磁帶磁片隨機(jī)存取記憶體RAM只讀記憶體ROM硬磁片軟磁片PROMEPROM4.數(shù)控系統(tǒng)的工作過(guò)程解碼速度計(jì)算插補(bǔ)輸入運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算I/O處理將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控代碼翻譯成CNC系統(tǒng)能識(shí)別的代碼形式將工件輪廓的軌跡轉(zhuǎn)換成CNC系統(tǒng)認(rèn)定的軌跡解決加工運(yùn)動(dòng)的速度刀具偏置刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償5.數(shù)控系統(tǒng)的主要功能固定迴圈功能補(bǔ)償功能圖形顯示功能通信功能人機(jī)對(duì)話編程功能控制功能準(zhǔn)備功能插補(bǔ)功能進(jìn)給功能主軸功能輔助功能刀具功能字元顯示功能基本功能：選擇功能：系統(tǒng)基本配置的功能用戶可根據(jù)實(shí)際要求選擇的功能滿足用於操作和機(jī)床控制要求的方法和手段6.數(shù)控系統(tǒng)的軟體CNC軟體結(jié)構(gòu)類型前後臺(tái)型結(jié)構(gòu)中斷型結(jié)構(gòu)：前臺(tái)程式(以一定週期定時(shí)發(fā)生)：後臺(tái)程式(迴圈執(zhí)行的主程序)：中斷服務(wù)程式、實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、位控等即時(shí)功能輸入解碼、數(shù)據(jù)處理等功能整個(gè)軟體是個(gè)大中斷系統(tǒng)，各種功能副程式均被安排在級(jí)別不同的中斷服務(wù)程式中CNC典型的軟體結(jié)構(gòu)軟體總體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)方式為中斷型結(jié)構(gòu),主CPU為8086。中斷優(yōu)先順序結(jié)構(gòu)0級(jí)1級(jí)中斷7級(jí)6級(jí)5級(jí)3級(jí)2級(jí)優(yōu)先順序主要功能中斷源0初始化開機(jī)後進(jìn)入1CRT顯示，ROM校驗(yàn)硬體，主程序2工作方式選擇16ms3PLC控制16ms4報(bào)警硬體5插補(bǔ)運(yùn)算8ms6軟體定時(shí)2ms7紙帶閱讀機(jī)硬體隨機(jī)各級(jí)中斷功能由0級(jí)轉(zhuǎn)入CRT顯示ROM校驗(yàn)1級(jí)程式框圖2級(jí)方式選擇MDI方式STEP方式JOG方式EDIT方式TAPE方式公共程式複位2級(jí)程式框圖各級(jí)程式框圖例（僅舉兩級(jí)）CNC系統(tǒng)的軟體插補(bǔ)§4插補(bǔ)演算法分兩類：脈衝增量插補(bǔ)數(shù)字增量插補(bǔ)數(shù)字增量的DDA插補(bǔ)演算法直線插補(bǔ)演算法:粗插補(bǔ)+精插補(bǔ)多由硬體完成粗插補(bǔ)的任務(wù)：根據(jù)程編給出的進(jìn)給速度(合成速度),計(jì)算出8ms中各座標(biāo)的位移△x，△y，△z圓弧插補(bǔ)基本思想：滿足精度要求前提下,用弦進(jìn)給代替弧進(jìn)給xexyezeo△x=ftcos△y=ftcos△z=ftcos每8ms的合成進(jìn)給量1.B(Basic)刀具半徑補(bǔ)償§5CNC系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償和加減速控制概念左刀補(bǔ)、右刀補(bǔ)執(zhí)行過(guò)程分三步建立進(jìn)行撤銷G41G42外輪廓加工內(nèi)輪廓加工2.刀補(bǔ)計(jì)算CNC系統(tǒng)的刀補(bǔ)是按零件輪廓尺寸和刀具運(yùn)動(dòng)的方向指令及採(cǎi)用的刀具半徑值，由電腦自動(dòng)完成。刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算，對(duì)於直線輪廓控制是計(jì)算出刀具中心軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)座標(biāo)值，對(duì)於圓弧輪廓而言，是算出刀補(bǔ)後圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)座標(biāo)值及刀具補(bǔ)償後的圓弧半徑值。直線段刀具補(bǔ)償計(jì)算求A’座標(biāo):YA’(,)OO’XA(,)圓弧段刀具補(bǔ)償計(jì)算求B’座標(biāo):OYXA’(,)A(,)B’(,)B(,)Rr3.C功能刀具半徑補(bǔ)償C(Complete)功能刀具補(bǔ)償概念C刀具補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)思想緩衝寄存器：BS存放再下一個(gè)程式段刀補(bǔ)緩衝區(qū)：CS存放下一個(gè)的程式段工作寄存器：AS存放正在加工的程式段輸出寄存器：OS存放進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制資訊ASOSNCASOSBS改進(jìn)NCCSASOSBSCNCABC外輪廓加工內(nèi)輪廓加工轉(zhuǎn)接輪廓加工A’B’C”C’刀具4.程式段間轉(zhuǎn)接情況分析轉(zhuǎn)接方式：直線與直線直線與圓弧圓弧與圓弧據(jù)前後兩段軌跡的連接方式分為據(jù)前後兩段軌跡的向量夾角和刀補(bǔ)方向分為縮短型伸長(zhǎng)型插入型轉(zhuǎn)接類型：直線與直線轉(zhuǎn)接縮短型轉(zhuǎn)接：OBADCFJKGYX伸長(zhǎng)型轉(zhuǎn)接：OKCJBDAFYGX插入型轉(zhuǎn)接：JBCC’DOFKXYAG類型的判斷主要依據(jù)大小表3-10程編軌跡的連接刀具補(bǔ)償方向sinɑ≥0cosɑ≥0象限轉(zhuǎn)接類型對(duì)應(yīng)圖號(hào)G41G01/G41G01G4111Ⅰ縮短3-37a)10Ⅱ3-37b)00Ⅲ插入3-37d)01Ⅳ伸長(zhǎng)3-37c)G42G01/G42G01G4211Ⅰ伸長(zhǎng)3-38a)10Ⅱ插入3-38d)00Ⅲ縮短3-38c)01Ⅳ3-38b)注：1和0分別代表“是”和“否”①刀具半徑向量的計(jì)算OBADCFJKJBCC’DOFKA轉(zhuǎn)接向量：圖中刀具半徑向量，及從直線轉(zhuǎn)接交點(diǎn)A指向刀具中心軌跡交點(diǎn)的向量，(插入型)5.轉(zhuǎn)接向量的計(jì)算刀具半徑向量:在加工中,始終垂直於程編軌跡,大小等於刀具半徑值,方向指向刀具中心的一個(gè)向量。②轉(zhuǎn)接交點(diǎn)向量的計(jì)算OBADCFXYXYOBADCFJKXYYX上式是以計(jì)算AB為例,若計(jì)算AD,則代入AF與X軸的夾角。伸長(zhǎng)型交點(diǎn)向量的計(jì)算主要是注意向量方向及它與X軸逆時(shí)針?lè)较驃A角已知：、，AB=AD=求：∵∴先計(jì)算：即下麵主要是計(jì)算：ABC直接代入刀具半徑向量公式ACBDFO求得最終求得ACBDFOx同理求得求得後，對(duì)應(yīng)於編程軌跡、，刀具中心軌跡為注：向量只要大小（長(zhǎng)度）與方向相等，即為兩向量相等插入型交點(diǎn)向量、的計(jì)算已知：、，AB=BC=AD=C’D=求、解：∵∴插入（1）型G41JBCC’DOFKAGXY∵∴JBCC’DOFKAGyxXY求得後，對(duì)應(yīng)於編程軌跡、，刀具中心軌跡為插入（2）型G42解：∵BCC’DOyxXYAF∴∵∴BCC’DOyxXYAFADC’求得後，對(duì)應(yīng)於編程軌跡、，刀具中心軌跡為6.C功能刀具補(bǔ)償實(shí)例OAHGA’FefghijklCSASOSBSCNC7.CNC系統(tǒng)的加減速控制CNC裝置中為了保證機(jī)床在啟動(dòng)或停止時(shí)不產(chǎn)生衝擊、失步、超程或振盪，必須對(duì)送到進(jìn)給電機(jī)的脈衝頻率或電壓進(jìn)行加減速控制①前加減速控制穩(wěn)定速度和瞬時(shí)速度線性加減速處理

勻速減速加速ABOCPV(t)tVcDABOCPtVcV(t)②後加減速控制指數(shù)加減速控制直線加減速控制加速時(shí)V(t)=Vc（1+e-1/T）減速時(shí)V(t)=Vc（1-e-1/T）勻速時(shí)V(t)=Vc數(shù)控技術(shù)概論及加工編程(3)§1概述§2伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)§3伺服系統(tǒng)的檢測(cè)、回饋元件第三章數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)§1概述1.伺服系統(tǒng)的概念由伺服電路、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成伺服系統(tǒng)與一般機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)有本質(zhì)上差別，它能根據(jù)指令信號(hào)精確地控制執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)速度與位置伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床的聯(lián)繫環(huán)節(jié)，是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成功能：接受來(lái)自數(shù)控裝置的指令來(lái)控制驅(qū)動(dòng)機(jī)床的各運(yùn)動(dòng)部件，從而準(zhǔn)確控制它們的速度和位置，達(dá)到加工出所需工件外形和尺寸2.對(duì)伺服系統(tǒng)的基本要求精度高：穩(wěn)定性好：快速回應(yīng)：調(diào)速範(fàn)圍寬：低速大轉(zhuǎn)矩：3.伺服系統(tǒng)的分類開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)開環(huán)伺服系統(tǒng)指令脈衝步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路功率步進(jìn)電機(jī)機(jī)床工作臺(tái)執(zhí)行部件伺服驅(qū)動(dòng)裝置滾珠絲桿（機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）齒輪箱伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)：無(wú)檢測(cè)元件、無(wú)回饋回路，控制方式簡(jiǎn)單，但精度難保證，切削力矩小，用於要求不高的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是直、交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)：裝有各式各樣的速度、位置檢測(cè)元件，兩種系統(tǒng)中檢測(cè)元件安裝位置不同。位置控制速度控制位置檢測(cè)裝置位置回饋位置回饋速度回饋工作臺(tái)指令脈衝Servomotor§2伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)滿足以下要求：調(diào)速範(fàn)圍寬輸出位移有足夠的精度負(fù)載特性要硬動(dòng)態(tài)回應(yīng)快1.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)構(gòu)㈠步進(jìn)電機(jī)定子上才有繞組!工作原理三相雙三拍工作方式：AB→BC→CA→AB…三相六拍工作方式：A→AB→B→BC→C→CA…三相單三拍工作方式：A→B→C→A…每個(gè)狀態(tài)只有一組繞組通電三次換接為一個(gè)迴圈三相通電繞組A、B、C常用通電方式有：為提高位置精度，常將轉(zhuǎn)子做成多齒的步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也隨之改變步進(jìn)電機(jī)的步距角與定子繞組的相數(shù)m、通電方式k有關(guān)，可用下式表示：步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高，即步進(jìn)電機(jī)選型及工作方式定下後，步距角是確定的，因此其轉(zhuǎn)速n(r/min)只取決於指令脈衝頻率f的大?。簄=×60f=×60f結(jié)論:相鄰兩次通電相數(shù)一樣時(shí)，k=1；反之，k=2。三相三拍時(shí)k=1,三相六拍時(shí)k=2起動(dòng)頻率fq連續(xù)運(yùn)行頻率（最高工作頻率）fmax步距角2.步進(jìn)電機(jī)的主要特性輸入一個(gè)脈衝信號(hào),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度步進(jìn)電機(jī)連續(xù)工作時(shí)能接受的最高頻率,因運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響比起動(dòng)時(shí)大大減小，所以fmax》fq，它表明步進(jìn)電機(jī)所能達(dá)到的最高速度電機(jī)正常起動(dòng)時(shí)(不丟步)所能承受的最高控制頻率,起動(dòng)頻率低於連續(xù)運(yùn)動(dòng)頻率,因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)電機(jī)既要克服負(fù)載力矩,又要克服慣性力矩，且負(fù)載越大，fq越低。步距角越小,加工精度越高工作臺(tái)位移量的控制3.步進(jìn)式伺服系統(tǒng)的工作原理指令脈衝機(jī)床工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制線路步進(jìn)電機(jī)絲桿工作臺(tái)進(jìn)給速度的控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的控制4.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源脈衝發(fā)生器脈衝分配器功率放大器步進(jìn)電機(jī)脈衝分配器（環(huán)形分配器）功率放大器步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電源是一個(gè)整體，通常每一種型號(hào)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均對(duì)應(yīng)有一個(gè)型號(hào)的驅(qū)動(dòng)電源，其組成：㈡直流(DC)伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理主要基於電磁感應(yīng)定律：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)並切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體中要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電磁力定律：載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力作用直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，對(duì)伺服電機(jī)的調(diào)速性能要求高的設(shè)備中，大都採(cǎi)用DC伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。換向片電樞導(dǎo)體磁極磁極電刷直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)①定子②轉(zhuǎn)子③電刷、換向片其上繞組通以直流電產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)其上繞組通以直流電在定子磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩電刷與外加直流電源相接，換向片與電樞導(dǎo)體相接，使產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩保持恒定方向，轉(zhuǎn)子能沿固定方向均勻、連續(xù)旋轉(zhuǎn)

永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn):具有較大的轉(zhuǎn)矩、慣量比能承受較大的峰值電流和超載轉(zhuǎn)矩低速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，慣量比大調(diào)速範(fàn)圍寬具有高精度的檢測(cè)元件熱容量大目前數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中採(cǎi)用的直流電動(dòng)機(jī)主要是大慣量寬速直流伺服電動(dòng)機(jī)，占主導(dǎo)地位的是永久磁鐵勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)㈢直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)1.原理由上式知：對(duì)給定的電動(dòng)機(jī)要改變其轉(zhuǎn)速，有兩種辦法：改變外加電壓u改變磁通量

電樞等效電路圖他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理圖改變磁通量的方法不能滿足數(shù)控機(jī)床的要求，而改變電壓的方法具有恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性，機(jī)械特性好，即機(jī)械特性與調(diào)節(jié)特性都是直線，轉(zhuǎn)速與控制量U之間是線性關(guān)係，而後一種方法轉(zhuǎn)速與控制量是非線性關(guān)係，控制及設(shè)計(jì)系統(tǒng)都不方便。因此永磁直流電機(jī)大都採(cǎi)用該調(diào)速方案。MU2nU1U3U4機(jī)械特性U調(diào)節(jié)特性M0nM1M2M32.方式:改變電壓3.SCR與PWM比較可控矽調(diào)速（晶閘管SCR）脈衝調(diào)寬調(diào)速（PWM：PulseWidthModulation）

SCR會(huì)影響加工零件的表面粗糙度.PWM加工精度高,機(jī)械工作平穩(wěn)

SCR機(jī)床熱變形小,有利於提高加工精度

PWM功率損耗小

PWM適用於起,制動(dòng)頻繁的場(chǎng)合

PWM具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)硬度

PWM回應(yīng)快㈣交流(AC)伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較複雜，電刷、換向器需經(jīng)常維護(hù)，電機(jī)轉(zhuǎn)速受限，AC克服此缺點(diǎn)，因此AC伺服電動(dòng)機(jī)有取代DC伺服電動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)工作原理：定子繞組接上三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。永磁交流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)：定子、轉(zhuǎn)子、檢測(cè)元件向量控制：直流伺服電機(jī)的調(diào)速性能好，控制簡(jiǎn)單（線性），如果能模擬直流電動(dòng)機(jī)，使交流電機(jī)具有與直流電機(jī)近似的優(yōu)良特性。為此，需將三相交變數(shù)轉(zhuǎn)換為與之等效的直流量，然後按直流電動(dòng)機(jī)的控制方法對(duì)其進(jìn)行控制。§3伺服系統(tǒng)檢測(cè)、回饋元件㈠概述對(duì)檢測(cè)元件的主要要求：工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)能滿足精度和速度的要求使用維護(hù)方便易於實(shí)現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)測(cè)量和處理，易於實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成本低㈡分類數(shù)字式測(cè)量和模擬式測(cè)量增量式測(cè)量和絕對(duì)式測(cè)量直接測(cè)量和間接測(cè)量㈢旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)工作原理在2個(gè)定子繞組中分別施加EA、EB兩個(gè)交流電壓，由於電磁感應(yīng)，應(yīng)用疊加原理，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電壓為相位工作方式幅值工作方式兩定子繞組通以同頻、同幅但相位相差的交流勵(lì)磁電壓，在轉(zhuǎn)子繞組上感應(yīng)電壓為兩定子繞組通以同頻、同相位但幅值不同的交流電壓，在轉(zhuǎn)子繞組上感應(yīng)電壓為1、直線感應(yīng)同步器的結(jié)構(gòu)㈣感應(yīng)同步器鑒相方式鑒幅方式2、工作原理兩滑尺繞組通以同頻、同幅但相位相差的交流勵(lì)磁電壓，在轉(zhuǎn)子繞組上感應(yīng)電壓疊加後為兩滑尺繞組通以同頻、同相位但幅值不同的交流電壓，在轉(zhuǎn)子繞組上感應(yīng)電壓為㈤脈衝編碼器光柵㈥

1尺規(guī)光柵2指示光柵3光電接收器4光源僅用於位置檢測(cè)的元件：僅用於速度檢測(cè)的元件：兩者均可使用的檢測(cè)元件：總結(jié)：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光柵、磁尺測(cè)速發(fā)電機(jī)脈衝編碼器磁尺㈦㈧測(cè)速發(fā)電機(jī)電磁式測(cè)量位移裝置：光電式位移測(cè)量裝置：旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺編碼盤、光柵用磁性尺規(guī)代替光柵，用電磁方法計(jì)數(shù)磁波數(shù)目的一種測(cè)量方法。數(shù)控技術(shù)概論

及加工編程

(4)第四章數(shù)控編程基礎(chǔ)數(shù)控加工程式的編制是數(shù)控加工中的重要一環(huán)，在數(shù)控加工與數(shù)控機(jī)床之間起著紐帶作用。O10G55G90G01Z40F2000M03S500G01X-50Y0G01Z-5F100G01G42X-10Y0H01G01X60Y0G03X80Y20R20G03X40Y60R40G01X0Y40G01X0Y-10G01G40X0Y-40G01Z40F2000M05M30第一節(jié)數(shù)控程式編制的概念一、數(shù)控程式編制的定義和方法

程式編制的定義

程式編制的步驟與要求分析零件圖樣工藝處理數(shù)學(xué)處理編寫程式單製作控制介質(zhì)CRT/MDIRS232、網(wǎng)卡程式檢驗(yàn)、試切基點(diǎn)：簡(jiǎn)單平面輪廓節(jié)點(diǎn)：方程曲線列表曲線

程式編制的方法

手工編程

自動(dòng)編程語(yǔ)言數(shù)控自動(dòng)編程

圖形數(shù)控自動(dòng)編程

語(yǔ)音數(shù)控自動(dòng)編程二、字元與代碼三、字與字的功能類別

字：一套有規(guī)定次序的字元，可以作為一個(gè)資訊單元存儲(chǔ)、傳遞和操作。

字長(zhǎng)：一個(gè)字所含字元個(gè)數(shù)。

常規(guī)加工程式中的字：

一個(gè)英文字母＋若干位10進(jìn)制數(shù)字組成。

順序號(hào)字－地址符:N地址符

作用：程式校對(duì)和檢索修改；在加工軌跡圖幾何節(jié)點(diǎn)處標(biāo)上相應(yīng)順序號(hào)字，可直觀檢查程式；可作為條件轉(zhuǎn)向的目標(biāo)；可進(jìn)行程式段的複歸操作。

使用規(guī)則：數(shù)字為整數(shù)；數(shù)字可以不連續(xù)；可只在部分程式段中設(shè)順序號(hào)，也可全設(shè)，也可全不設(shè)。

模態(tài)（續(xù)效）指令：一經(jīng)指定，直到出現(xiàn)同組其他G指令才失效。

準(zhǔn)備功能字：G00～G99，前置“0”可省略

尺寸字：X、Y、Z、U、V、W、P、Q、R；

A、B、C、D、E；

I、J、K。

進(jìn)給功能字：F

主軸轉(zhuǎn)速功能字：S

刀具功能字：T

輔助功能字：M非模態(tài)指令四、程式段格式

程式段格式：程式段中的字、字元和數(shù)據(jù)的排列形式。

固定順序格式分隔符號(hào)程式段格式字地址可變程式段格式程式段由若干個(gè)字組成；每個(gè)字以字母（地址符）開頭；字長(zhǎng)不固定、程式段長(zhǎng)度可變；字的排列不要求有固定的順序N、G、X、Y、Z、F、S、T、M、；

加工程式的一般格式：％O10N10G55G90G00Z40N20M03S500N30X-50Y0N40G01Z-5F100N50G01G42X-10Y0H01N60X60Y0N70G03X80Y20R20N80G03X40Y60R40N90G01X0Y40N100X0Y-10N110G01G40X0Y-40N120G00Z40N130M05N140M30％第二節(jié)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系一、坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)方向先確定Z軸，再確定X軸和Y軸二、坐標(biāo)系的原點(diǎn)

機(jī)床原點(diǎn)：在機(jī)床上由機(jī)床生產(chǎn)廠家設(shè)置的一個(gè)固定不變的基準(zhǔn)點(diǎn)，在機(jī)床說(shuō)明書上有說(shuō)明。

編程原點(diǎn)：由編程人員在工件上根據(jù)編程方便性自行設(shè)定的編制加工程式的原點(diǎn)。

加工原點(diǎn)：三、絕對(duì)坐標(biāo)系和增量坐標(biāo)系G90G00X10Y12G01X30Y37F100……G91G00X10Y12G01X20Y25F100……G00U10V12G01U20V25F100……G90、G91N30G90G01X40Z-30F500N40X60Z-48N30G91G01X10Z-30F500N40X20Z-18G90、G91是一對(duì)模態(tài)指令，在同一程式段中只能用一種；無(wú)論是絕對(duì)尺寸還是增量尺寸，同一軸向的尺寸字的地址符要相同。有些系統(tǒng)可直接用地址符來(lái)區(qū)分：X、Y、Z——絕對(duì)尺寸

U、V、W——相對(duì)尺寸第三節(jié)常用編程指令預(yù)置寄存指令G92(G50)功能：使用G92指令用來(lái)確定起刀點(diǎn)與編程原點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)係，從而建立加工坐標(biāo)系。指令格式：G92X_Y_Z_；執(zhí)行G92指令，機(jī)床不產(chǎn)生任何運(yùn)動(dòng)；設(shè)定的加工原點(diǎn)與當(dāng)前刀具位置有關(guān)，隨刀具起始點(diǎn)的位置不同而改變，必須保證起刀點(diǎn)位置與程式中G92指令中的座標(biāo)值一致，重複加工時(shí)應(yīng)特別注意；也可用CRT/MDI輸入?yún)?shù)方式通過(guò)G54～G59設(shè)定加工坐標(biāo)系。G92X150Z100G92X150Z20功能：用來(lái)指定平面直線和圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償平面。指令格式：G17；（設(shè)置加工平面為XY，數(shù)控銑床默認(rèn)平面）

G18；（設(shè)置加工平面為ZX，數(shù)控車床默認(rèn)平面）

G19；（設(shè)置加工平面為YZ）

座標(biāo)平面選擇指令G17、G18、G19快速點(diǎn)定位指令G00功能：在加工過(guò)程中，常需要刀具空運(yùn)行到某一點(diǎn)，為下一步加工做好準(zhǔn)備，利用指令G00可以使刀具快速移動(dòng)到目標(biāo)點(diǎn)。

指令格式：G00X_Y_Z_；執(zhí)行G00指令時(shí)，刀具的移動(dòng)速度由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，不受進(jìn)給功能指令F的影響。刀具的移動(dòng)方式有三種：各軸以其最快的速度同時(shí)移動(dòng)，因速度和移動(dòng)距離的不同先後到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，刀具移動(dòng)路線為多段直線的組合。2)各軸按設(shè)定的速度以聯(lián)動(dòng)的方式移動(dòng)到位，刀具移動(dòng)路線為一條直線。3)各軸按輸入的座標(biāo)字順序分別快速移動(dòng)到位，刀具的移動(dòng)路線為階梯形。直線插補(bǔ)指令G01功能：指定直線插補(bǔ)，其作用是切削加工任意斜率的平面或空間直線。

指令格式：G01X_Y_Z_F_；N30G90G01X40Z-30F500N40X60Z-48N30G91G01X10Z-30F500N40X20Z-18功能：G02為順圓插補(bǔ)；G03為逆圓插補(bǔ)，用以在指定平面內(nèi)按設(shè)定的進(jìn)給速度沿圓弧軌跡切削。圓弧插補(bǔ)指令G02、G03指令格式：I、J、K：起點(diǎn)到圓心的增量（向量方向指向圓心）；有些系統(tǒng)相反；有些系統(tǒng)可由G90、G91決定

I、J、K是絕對(duì)或增量尺寸；有些車削系統(tǒng)I可用直徑值；圓心角≤180°，R為正；≥180°，R為負(fù)；不能進(jìn)行整圓加工。G92X0Y0Z0G90G00X200.Y40.G03X140.Y100.I-60.F300.G02X120.Y60.I-50.G92X0Y0Z0G91G00X200.Y40.G03X-60.Y60.I-60.F300.G02X-20.Y-40.I-50.G92X0Y0Z0G90G00X200.Y40.G03X140.Y100.R60.F300.G02X120.Y60.R50.G92X0Y0Z0G91G00X200.Y40.G03X-60.Y60.R60.F300.G02X-20.Y-40.R50.G41刀具半徑補(bǔ)償指令G40、G41、G42刀具半徑補(bǔ)償基本概念G42指令格式：G01G41/G42X_Y_H_(D_)….….G01G40X_Y_刀補(bǔ)執(zhí)行過(guò)程：刀補(bǔ)建立：刀補(bǔ)進(jìn)行：刀補(bǔ)撤銷：下一程式段起點(diǎn)處刀具半徑向量頂點(diǎn)刀具半徑補(bǔ)償舉例：N010G92X0Y0Z10N020S600M03N030G90G17N040G41G00X20Y10D01N050Z-10M08N060G01Y50F100N070X50N080Y20N090X10N100G00Z10M09N110G40X0Y0M05N120M30注意事項(xiàng)：建立和撤銷刀補(bǔ)程式段，不能使用圓弧插補(bǔ)指令；在補(bǔ)償進(jìn)行狀態(tài)中不得變換補(bǔ)償平面；偏置量的改變：一般應(yīng)在刀補(bǔ)撤銷（G40後）狀態(tài)下通過(guò)重新設(shè)定進(jìn)行，但也可在已偏置狀態(tài)下直接改變；偏置量的符號(hào)：如果偏置量值為負(fù)，G41和G42可互相取代；由於刀具半徑補(bǔ)償引起的過(guò)切：N010G92X0Y0Z10N020S600M03N030G90G17N040G41G00X20Y10D01N050Z-5M08N055G01Z-10F100N060G01Y50F100…...N100G00Z10M09N110G40X0Y0M05N120M30N010G92X0Y0Z10N020S600M03N030G90G17N040G41G00X20Y9D01N045Y1N050Z-5M08N055G01Z-10F100N060G01Y50F100…...刀具半徑補(bǔ)償?shù)膬?yōu)越性：可直接按零件輪廓編程，不必考慮刀具半徑的半徑，從而簡(jiǎn)化編程；當(dāng)?shù)毒吣p或重磨後，刀具半徑減小，只需手工輸入新的半徑值，而不必修改程式；可用同一程式（或稍作修改），甚至同一刀具進(jìn)行粗、精加工。刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償指令G49、G43、G44－補(bǔ)償?shù)毒唛L(zhǎng)度差值。指令格式：

G01G43/G44Z_H_

……

……G01G49設(shè)定H01=-4.0（偏置值）G91G00G43Z-32H01;實(shí)際Z向進(jìn)給-32.0+(-4.0)=-36.0G01Z-21.0F1000;Z向?qū)?36.0進(jìn)給到-57.0G00G49Z53.0;Z向?qū)⑼说?3.0+4.0，返回到初始位置數(shù)控技術(shù)概論

及加工編程

(5)第五章數(shù)控編程技術(shù)第一節(jié)數(shù)控加工的工藝設(shè)計(jì)一、數(shù)控加工內(nèi)容的選擇

通用機(jī)床無(wú)法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)選內(nèi)容；通用機(jī)床難加工，品質(zhì)也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容；通用機(jī)床加工效率低、工人手工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機(jī)床尚存在富餘能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。

工藝設(shè)計(jì)是對(duì)工件進(jìn)行數(shù)控加工的前期工藝準(zhǔn)備工作，合理的工藝設(shè)計(jì)方案是數(shù)控編程的依據(jù)。編程人員必須首先搞好工藝設(shè)計(jì)，然後再考慮編程。

數(shù)控加工工藝與普通加工工藝在原則上基本相同，但又有其特點(diǎn)：數(shù)控加工的工序內(nèi)容複雜數(shù)控加工程式的編制複雜工藝內(nèi)容明確而具體對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)二、數(shù)控加工工藝性分析尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)宜用同一基準(zhǔn)引注或座標(biāo)式尺寸零件輪廓幾何要素的條件應(yīng)完整、準(zhǔn)確定位基準(zhǔn)要可靠不充分、不清楚過(guò)於“苛刻”、自相矛盾應(yīng)採(cǎi)用同一基準(zhǔn)定位同一基準(zhǔn)可以是工件上已有表面，也可設(shè)置輔助基準(zhǔn)零件結(jié)構(gòu)工藝性

結(jié)合數(shù)控加工特點(diǎn)靈活運(yùn)用普通加工工藝的一般原則，將數(shù)控加工工序穿插與零件加工的整個(gè)工藝過(guò)程中，使之與普通工序良好銜接。三、數(shù)控加工工藝路線設(shè)計(jì)首先找出所有加工的零件表面並逐一確定各表面的加工方法劃分加工階段劃分工序，安排順序常規(guī)工序、熱處理工序零件加工工藝路線

工序的劃分以一次安裝、加工作為一道工序以同一把刀具加工內(nèi)容作為一道工序以加工部位劃分工序以粗、精加工劃分工序

工步的劃分先粗後精；先面後孔；按刀具集中。上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機(jī)床加工工序的也要綜合考慮；先內(nèi)後外；以相同定位、夾緊方式或同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)進(jìn)行，以減少重複定位次數(shù)、換刀次數(shù)與挪動(dòng)壓板次數(shù)；在同一次安裝中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對(duì)工件剛性破壞較小的工序。

順序的安排

數(shù)控加工工序與普通工序的銜接建立工序間的相互狀態(tài)要求。四、數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)數(shù)控加工工藝十分嚴(yán)密，工序設(shè)計(jì)中必須注意加工過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)；對(duì)圖形進(jìn)行數(shù)學(xué)處理、計(jì)算和編程時(shí)，力求準(zhǔn)確無(wú)誤。數(shù)控工序設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：本工序加工內(nèi)容（走刀路線、工步順序）的確定；定位夾緊方式及夾具選擇；數(shù)控刀具的選擇；切削用量的選擇；對(duì)刀點(diǎn)、換刀點(diǎn)的確定。

確定走刀路線走刀路線：在數(shù)控加工中，刀具刀位點(diǎn)相對(duì)於工件運(yùn)動(dòng)的軌跡。走刀路線不僅包括了加工內(nèi)容，也反映出加工順序，是編程的依據(jù)之一。

確定走刀路線的原則

1)應(yīng)保證被加工工件的精度和表面粗糙度；

2)應(yīng)使加工路線最短，以減少空行程時(shí)間，提高加工效率；

3)在滿足工件精度、表面粗糙度、生產(chǎn)率等要求的情況下，儘量簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)處理時(shí)的數(shù)值計(jì)算工作量，以簡(jiǎn)化編程工作。為保證零件表面品質(zhì)，應(yīng)減少接刀、停刀刀痕應(yīng)儘量減少在輪廓切削中停刀；避免沿法向切入工件；最終輪廓應(yīng)在一次走刀中連續(xù)加工出來(lái)；儘量採(cǎi)用順銑，提高零件表面品質(zhì)和刀具耐用度。使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單，減少編程工作量每次直線進(jìn)給，刀位點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)單，程式段短、而且加工過(guò)程符合直紋面的形成規(guī)律，利於準(zhǔn)確保證母線的直線度。符合這類工件表面數(shù)據(jù)給出情況，便於加工後檢驗(yàn)，葉形的準(zhǔn)確度高。尋求最逗走刀路線，減少空刀時(shí)間以提高加工效率；但不能忽略必要的輔助尺寸（刀具引入量和超出量）以及對(duì)位置精度的影響。

定位基準(zhǔn)與夾緊方案的確定1)力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一；2)儘量將工序集中，減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾後就能加工出全部待加工表面；3)避免採(cǎi)用占機(jī)人工調(diào)整裝調(diào)方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能。

夾具的選擇1)當(dāng)零件加工批量不大時(shí)，應(yīng)儘量採(cǎi)用組合夾具、可調(diào)夾具和其他通用夾具，以縮短準(zhǔn)備時(shí)間、節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用；2)在成批生產(chǎn)時(shí)才考慮採(cǎi)用專用夾具，並力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；3)夾具要開敞，加工部位開闊，夾具的定位、夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工中的進(jìn)給(如產(chǎn)生碰撞等)；4)裝卸零件要快速、方便、可靠，以縮短輔助時(shí)間，批量較大時(shí)應(yīng)考慮採(cǎi)用氣動(dòng)或液壓夾具、多工位夾具。對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)的確定對(duì)刀點(diǎn)：是指通過(guò)對(duì)刀確定刀具與工件相對(duì)位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。通過(guò)G54～G59設(shè)定加工坐標(biāo)系，對(duì)刀點(diǎn)往往是零件的加工原點(diǎn)。通過(guò)G92或G50設(shè)定加工坐標(biāo)系，對(duì)刀點(diǎn)被認(rèn)為是程式開始運(yùn)行的起點(diǎn)，又稱“起刀點(diǎn)”。選擇對(duì)刀點(diǎn)的原則是：1)便於數(shù)學(xué)處理和簡(jiǎn)化程式編制；2)在機(jī)床上容易找正；3)在加工中便於檢查；4)有利於提高加工精度。“刀位點(diǎn)”：刀具的定位基點(diǎn)?！皳Q刀點(diǎn)”是指多刀機(jī)床在加工過(guò)程中換刀時(shí)的位置

刀具的選擇刀具剛性要好刀具耐用度要高刀具精度要高採(cǎi)用先進(jìn)的刀具材料優(yōu)選刀具參數(shù)盡可能採(cǎi)用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片刀具參數(shù)選擇：銑刀：銑內(nèi)凹輪廓：

r=(0.8~0.9)Rmin銑外凸輪廓時(shí)，r儘量大零件加工高度：H≤(1/4~1/6)r為保證平底兩次走刀路線搭接，編程半徑?。?.95(r-rε)鑽孔：L/D≤5鏜孔：儘量採(cǎi)用對(duì)稱的兩刃或兩刃以上的鏜刀頭精鏜宜採(cǎi)用微調(diào)鏜刀。選擇鏜刀主偏角接近90°，大於75°。

切削用量的確定輪廓加工中注意進(jìn)給速度的“超程”、“欠程”現(xiàn)象。選擇變化的進(jìn)給速度；自動(dòng)編程系統(tǒng)自身的“超程”保護(hù)功能；利用機(jī)床“進(jìn)給倍率”旋紐手工控制。加工圓弧段時(shí)，切削點(diǎn)的實(shí)際進(jìn)給速度≠刀具中心進(jìn)給速度。五、數(shù)控加工工藝檔的編寫數(shù)控加工工序卡數(shù)控加工走刀路線圖第二節(jié)數(shù)控編程中的數(shù)學(xué)處理一、選擇原點(diǎn)、換算尺寸車削件的編程原點(diǎn)：X——取在工件的回轉(zhuǎn)中心

Z——取在工件的左、右端面或?qū)ΨQ平面銑削件的編程原點(diǎn)：X、Y——工件的基準(zhǔn)面、孔軸線或?qū)ΨQ面

Z——工件的上、下表面尺寸換算：按尺寸公差中值換算二、基點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)基點(diǎn)：與系統(tǒng)插補(bǔ)功能一致的各幾何要素的連接點(diǎn)。方法：聯(lián)立方程組；幾何元素間的三角函數(shù)關(guān)係。（64.2786，39.5507）（64.2786，51.5507）方法：根據(jù)被加工曲線方程特性、逼近線段形狀（直線或圓?。┖驮试S的插補(bǔ)誤差，利用數(shù)學(xué)關(guān)係求解。節(jié)點(diǎn)：零件輪廓≠系統(tǒng)插補(bǔ)功能，如：橢圓、雙曲線、拋物線等。被加工曲線逼近線段交點(diǎn)＝節(jié)點(diǎn)零件輪廓＝系統(tǒng)插補(bǔ)功