机床数控原理复习资料.docx

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1、机床数控原理复习资料第一章数控系统概述1 .数控技术：简称数控(Numerical Control),是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法；也可称为计算机数字控制(Computerized Numerical Control,CNC)2 .数控系统：用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体；3 .数控机床：采用数控技术进行控制的机床；4 .数控机床的坐标系确定，首先确定Z轴，再确定X轴，最后按照笛卡尔直角坐标系判定Y轴5 .数控系统最基本的组成包括：输入/输出装置、数控装置、伺服驱动三部分。6 .输入/输出装置是进行数控加工活运动控制程序加工与控制数据、机床参数以及坐标位置、

2、检测开关等数据的输入、输出7 .数控装置：是数控系统的核心。通过输入输出装置输入的数据，通过内部的逻辑电路或控制软件进行编译运算和处理，并输出各种信息和指令，以控制机床的各个部分进行规定的动作8 .伺服驱动：用来接受数控装置发出的指令经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件,己加工处符合图样的要求的零件。9 .数控机床的类型： 工艺用途分：金属切削机床数控系统、金属成型类机床数控系统、特种加工类机床数控系统；按控制运动的方式分：点位控制数控系统、点位直线控制数控系统、轮廓控制数控系统；按伺服控制方式分：开环控制数控系统，半闭环控制数控系统、闭环控制数控系统10 .特点和适用情况：

3、11. CNC系统的特点：灵活性；通用性；可靠性；数控功能多样性；使用维修方便；易于实现机电一体化。12. CNC系统的功能：控制功能、准备功能、插补功能、固定循环加工性能、进给功能、主轴功能、辅助功能、刀具功能和第二辅助功能、补偿功能、字符图形显示功能、自诊断功能、通信功能、人机对话编程功能13. 准备功能字：G,用于指令机床或控制系统做某种功能的操作，为数控系统的插补运算做好准备。14尺寸字功能：即尺寸指令；主要用来指令机床的刀具运动到达的坐标位置。第一组XYZUVWPQR,主要用来指令到达点坐标或距离；第二组ABCDE主要用来指令到达点的角度坐标；第三组是IJK主要用来指令零件圆弧轮廓圆

4、心点的坐标尺寸15 .进给功能字：F,功能是指令切削的进给速度；16 .主轴转速功能字：S；主要来指定主轴转速或速度，单位RPM或mm/min17 .刀具功能字：T；用来选择刀具18 .辅助功能字：M；用来指令数控机床的辅助动作及其状态。第二章数控系统的插补与刀具补偿原理1 .插补是指在轮廓控制系统中，根据给定的进给速度和轮廓线型的要求，在已知数据点之间插入中间点的方法。2 .插补运算类型：基准脉冲插补（数字脉冲乘法器插补法、逐点比较法、数字枳分法、矢量判断法、比较积分法、最小偏差法、目标点跟踪法、直接函数法、单步跟踪法、加密判别和双判别法）；数据采样插补（直接函数法、扩展数字枳分法、二阶递归

5、扩展数字积分圆弧插补法、圆弧双数字积分插补法、角度逼近圆弧插补法、ITM法）；3 .刀具补偿分为两种，刀具长度补偿；刀具半径补偿；刀具补偿指令：G43, .正补偿；G44负补偿4 .刀具半径补偿作用：根据刀补指令，数控机床可自动进行刀具半径补偿；当刀具有少量磨损时，只需要对刀补参数做适当的修改即可；在进行粗加工时运用刀具半径补偿，无需修改刀具尺寸或建模尺寸而重新生成新的程序，只需在数控机床上对刀补参数做适当的修改即可。5 .逐点比较插补的步躲：差别判别：判别刀具当前的位置与实际轮廓的偏离情况，决定刀具的走向；进给控制：根据判定结果，控制刀具进给，向给定的轮廓逼近，减少偏差；新偏差计算：进给后产

6、生新的位移变差，进一步计算，为下一次偏差判别做准备；终点判别：判定刀具是否到达预设的轮廓终点，如果没有，继续差别判断，如果已经到达，插补完成。6.第一象限直线插补原理：如图第一象限立线段插补，用户给出起点和终点坐标，令起点坐标为坐标原点，终点为Pe（Xe,ye）,插补点 Pi 的坐标为（Xi,yi）（i=l, 2, 3）：差别判断：直线OPe，OPi与X轴的夹角分别为Qe，a”则：tanae=ye/xe若插补点Pltanae= tanai若插补点Pltanai=yi/xi（xi，yi）恰在直线上,则:fi= yi xe -Xi ye=0（Xi，yi）恰在直线上方,则:tanae tanai f

7、i = yiXe ye 0若插补点Pi （xj, yi）恰在直线下方，tanae xe -Xi ye 0,则插补点（孙yi）恰在线上方；fi0,则插补点（X”恰在线下方;进给控制:当2。时，向+ x方向进给一步;当 时，向+ V方向进给一步; 新偏差计算：判别函数的计算由递推迭加的方法实现如果向+X向进给一步，则fi+l= yi+l Xe -Xi+J ye= yi Xe -（Xi+l）ye=fi-ye同理，如果向+y向进给一步，则fi+i= yi+l Xe -Xi+1 ye=（yi +7）Xc -Xiye=fi+ye终点判别：单向计数，取Xe和*中较大的作为计数长度；双向计数，将心和*的长度相

8、加作为计数长度；分别计数，即计x又计y,直到x减到0, y也减到0,停止插补。逐点比较法直线插补实例：设脉冲当量=1,起点（0,0）,终点（5,4）。解：Xc+ye=5+4=9,所以总步数为9步该直线为第一象限直线，fi20,则想+x方向进给一步，fi+产fi-ye；fi0,则想+y方向进给一步，fi+|=fi+Xe序号偏差判别进给控制偏差计算终点判断1f0=0+xf1=f0-ye=0-4=-482fl0 Xf3=f2-ye=l-4=-364f30+ Xf5=f4-ye=2-4=-246f50+ Xf7=f6-ye=3-4=-l28f70+ Xf9=f8-ye=4-4=00第一象限逆圆弧插补原

9、理:公式：走fi+i=fi-2x+lfx=x-lf y=yfi0,走fi+j=fi2y+l, x=x, y=y+l7 . C功能刀具直线过渡的转接类型判别：根据两段轨迹的矢量夹角和刀具补偿的方向不同，有以下几种转接过渡方式：180360 ,缩短型；90180 ,伸长型；090 ,插入型：8 .在脉冲增量式插补算法中，可以通过改变插补周期T来控制进给速度；在数据采集算法中，进给速度与插补周期没有直接联系，按照加减速控制算法与插补算法的先后位置关系，可分为前加减速控制和后加减速控制两种方案。加减法控制的方法分为梯形、指数型、抛物线型和复合曲线加减速法等9 .逐点比较法实现4象限直线插补和逆圆插补的

10、计算过程：=x；+y；R2o在圆上（内）沙曲方向步选10 .数字积分法实现第1象限直线插补的计算过程；11 .与直线插补比较，数字积分法实现第一象限逆圆插补的异同之处：与直线插补类似，圆弧插补也可由两个数字积分器来实现，两者之间所不同的是直线插补是被积函数为常量（kxe,kye），而圆弧插补被积函数为变量（kXi,kyi）,且随着溢出脉冲变化而不断变化。第三章数控系统的软硬件及相关技术1. CNC系统的定义：也称数控系统，是实现数字控制的装置。2. CNC系统的结构：操作面板，输入输出装置，PLC, CNC装置，伺服单元，驱动装置，测量单元辅助控制机钩送给传动机构壬运动机构3. CNC软件的组

11、成：由管理软件和控制软件组成。4. 单微处理器的结构特点:单微处理器是指在CNC装置中只有一个微处理器,工作方式为集中控制、分时处理CNC的各项任务。特点:结构简单,容易实现;处理器通过总线与各个控制单元相连,完成信息交换;由于只有一个微处理器来集中控制,其功能受到微处理器字长、数据宽度、寻址功能和运算速度等因素的限制;由于插补等功能由软件实现,因此,数控功能的实现与处理速度成为一对矛盾。5. 多微处理机结构的特点：多微处理器结构的CNC装置将数控系统的总任务划分为多个子任务，也称为功能模块，每个子任务由一个独立的CPU来控制。在多微处理器结构中，CPU之间有两种耦合形式，即紧耦合和松耦合。紧

12、耦合结构由各微处理构成处理部件，有集中的操作系统，。共享资源；松耦合结构由各微处理器构成处理模块，有多种操作系统。可有效地进行并行处理。目前使用的多微处理器系统有三种不同的结构，即主从式系统总线式多主CPU系统和分布式系统。在该系统中，有一个主处理器，其他则是从微处理器。各微处理器都是完整而独立的系统。只有主微处理器能控制总线并访问总线上的资源，主微处理器通过该总线对未处理器进行控制、监控，并协调整个多微处理器的操作；从微处理器只能被动地执行主微处理器发出的指令或完成一些特定的功能，不能与主微处理器一起进行系统的决策和规划等工作，且一般不能访问系统总线上的资源。主从微处理器间的通信可以通过I/

13、O接口进行应答，也可以采用双端RAM技术进行，即通信的双方都通过自己的总线读写同一个存储器。总结两类共享总线结构共享存储器结构。6. 多微处理器区别于单微处理器的最显著特点是通信，CNC各项任务和职能都是依靠组成系统的各CPU之间的相互通信配合完成的。多微处理器结构的CNC的典型通信方式由共享总线和共享存储器两类。7. CNC系统的多任务并行处理特性：CNC是一个专用的实时多任务操作系统，他的系统程序包括管理和控制两大任务。系统管理包括通信、显示、诊断、零件程序输入/输出以及人机界面管理（参数设置、程序编辑、文件管理等），这类程序实时性要求不高；系统控制包括：译码、刀具补偿、速度处理、插补、位

14、置控制、开关量输入输出控制等。并行处理是指计算机在同一时刻或同一时间间隔处理两个或两个以上的性质相同或不相同的工作。并行处理的优点是提高了运行速度。8. CNC系统控制软件的输入、译码、预计算、插补计算、输出等模块的工作过程：输入：CNC系统通过纸带阅读器或其他读取设备输入零件程序，采用中断方式，在系统程序中通过自带的中断程序读入一个字符至接口中时，就向主机发出中断，由中断服务程序将该字符送入内存,每一个按键则向主机申请一次中断，调出一次键盘服务程序，对应的键盘命令进行处理。译码：经过输入系统工作，将数据段送入零件程序存储后，由译码程序将输入的零件程序数据段翻译成本系统能识别的语言。预计算：在插补运算前进行的数据预处理，目的是为了提高系统实时处理能力和减轻插补运算的工作负担。预计算通常包括刀具长度补偿、刀具半径补偿、象限及进给方向判断、进给速度换算和机床辅助功能判断等插补计算：插补计算是CNC计算中最重要的计算工作之一。在软件系统中计算所需的插补轨迹这些数字电路必须由计算机的成形来模拟输出：进行伺服控制。当进给脉冲改变方向是，要进行反向间隙补偿处理。