数控系统的加工控制原理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第2,章,章,数,数控,系,系统,的,的加,工,工控,制,制原,理,理,2.1,概,概述,2.1.1插,补,补的,基,基本,概,概念,数控,系,系统,根,根据,零,零件,轮,轮廓,线,线型,的,的有,限,限信,息,息，,计,计算,出,出刀,具,具的,一,一系,列,列加,工,工点,、,、完,成,成所,谓,谓的,数,数据,“,“密,化,化”,工,工作,。,。,插补有二,层,层意思：,一是用小,线,线段逼近,产,产生基本,线,线型（如,直,直线、圆,弧,弧等）；,二是用基,本,本线型拟,和,和其它轮,廓,廓曲线。,插补运算,具,具有实时,性,性，直接,影,影响刀具,的,的运动。,插,插补运算,的,的速度和,精,精度是数,控,控装置的,重,重要指标,。,。插补原,理,理也叫轨,迹,迹控制原,理,理。五坐,标,标插补加,工,工仍是国,外,外对我国,封,封锁的技,术,术。,计算机数,控,控：,利用计算,机,机强大的,数,数值计算,和,和信息处,理,理能力，,对,对产品加,工,工过程进,行,行数字化,信,信息处理,与,与控制。,2.1,概,概述,数控加工,原,原理与实,现,现过程,一、数控,加,加工的“分解与合,成,成”原理,分解：将零件,设,设计信息,细,细化为控,制,制机床坐,标,标运动的,细,细微指令,。,。,合成：通过驱,动,动装置实,现,现微小运,动,动，通过,机,机床结构,及,及工艺过,程,程将各坐,标,标轴的微,小,小运动进,行,行合成形,成,成刀具运,动,动轨迹及,加,加工轨迹,，,，通过加,工,工轨迹合,成,成形成工,件,件表面。,1.,零件加工,表,表面分解,加工表面-,加,加工路,径,径-刀具,路,路径,二、数控,加,加工的实,现,现过程,2.,刀具运动,路,路径分解,刀具运动,路,路径分解:,将刀具运,动,动路径分,解,解成数控,系,系统所能,接,接受和执,行,行的最基,本,本的数控,曲,曲线。,分解方法：,(1)直,接,接分解法,(2)函,数,数逼近法,(3)曲,线,线拟合法,3.,数控轨迹,插,插补,路径、轨,迹,迹与轨迹,插,插补：,路径表示刀具,将,将要走过,的,的道路，,只,只具有几,何,何形状的,概,概念，没,有,有时间上,的,的概念。,轨迹表示刀具,不,不仅要沿,给,给定的路,径,径运动，,而,而且还规,定,定了完成,这,这一运动,所,所需的时,间,间，即轨,迹,迹不但具,有,有几何形,状,状的概念,而且还,包,包含速度,和,和加速度,等,等物理概,念,念。,插补是根据给,定,定的基本,数,数控曲线,、,、刀具路,径,径或零件,表,表面等几,何,何元素描,述,述信息，,在,在这些元,素,素上的已,知,知点之间,，,，按要求,的,的精度和,速,速度进行,坐,坐标点密,化,化的过程,。,。,轨迹插补,方,方法,(1)脉,冲,冲增量插,补,补,(2),数据采样,插,插补,(3),混合插补,2.2,插,插补方法,的,的分类,硬件插补,器,器,完成插补,运,运算的装,置,置或程序,称,称为插补,器,器 软,件,件插补器,软硬件结,合,合插补器,1.基准,脉,脉冲插补,每次插补,结,结束仅向,各,各运动坐,标,标轴输出,一,一个控制,脉,脉冲，各,坐,坐标仅产,生,生一个脉,冲,冲当量或,行,行程的增,量,量。脉冲,序,序列的频,率,率代表坐,标,标运动的,速,速度，而,脉,脉冲的数,量,量代表运,动,动位移的,大,大小。基,准,准脉冲插,补,补的方法,很,很多，如,逐,逐点比较,法,法、数字,积,积分法、,脉,脉冲乘法,器,器等。,2.2.2 插补,方,方法的分,类,类,2.,数,数,据,据,采,采,样,样,插,插,补,补,采,用,用,时,时,间,间,分,分,割,割,思,思,想,想,，,，,根,根,据,据,编,编,程,程,的,的,进,进,给,给,速,速,度,度,将,将,轮,轮,廓,廓,曲,曲,线,线,分,分,割,割,为,为,每,每,个,个,插,插,补,补,周,周,期,期,的,的,进,进,给,给,直,直,线,线,段,段,（,（,又,又,称,称,轮,轮,廓,廓,步,步,长,长,）,）,进,进,行,行,数,数,据,据,密,密,化,化,，,，,以,以,此,此,来,来,逼,逼,近,近,轮,轮,廓,廓,曲,曲,线,线,。,。,然,然,后,后,再,再,将,将,轮,轮,廓,廓,步,步,长,长,分,分,解,解,为,为,各,各,个,个,坐,坐,标,标,轴,轴,的,的,进,进,给,给,量,量,（,（,一,一,个,个,插,插,补,补,周,周,期,期,的,的,近,近,给,给,量,量,）,）,，,，,作,作,为,为,指,指,令,令,发,发,给,给,伺,伺,服,服,驱,驱,动,动,装,装,置,置,。,。,该,该,装,装,置,置,按,按,伺,伺,服,服,检,检,测,测,采,采,样,样,周,周,期,期,采,采,集,集,实,实,际,际,位,位,移,移,，,，,并,并,反,反,馈,馈,给,给,插,插,补,补,器,器,与,与,指,指,令,令,比,比,较,较,，,，,有,有,误,误,差,差,运,运,动,动,，,，,误,误,差,差,为,为,零,零,停,停,止,止,，,，,从,从,而,而,完,完,成,成,闭,闭,环,环,控,控,制,制,。,。,数,据,据,采,采,样,样,插,插,补,补,方,方,法,法,有,有,：,：,直,直,线,线,函,函,数,数,法,法,、,、,扩,扩,展,展DDA,、,、,二,二,阶,阶,递,递,归,归,算,算,法,法,等,等,。,。,一,、,、,基,基,准,准,脉,脉,冲,冲,插,插,补,补,1,逐,逐,点,点,比,比,较,较,法,法,早,期,期,数,数,控,控,机,机,床,床,广,广,泛,泛,采,采,用,用,的,的,方,方,法,法,，,，,又,又,称,称,代,代,数,数,法,法,、,、,醉,醉,步,步,法,法,，,，,适,适,用于开环系,统,统。,1.插补原,理,理及特点,原理：每次仅向,一,一个坐标轴,输,输出一个进,给,给脉冲，而,每,每走一步都,要,要通过偏差函数计,算,算，判断偏差,点,点的瞬时坐,标,标同规定加,工,工轨迹之间,的,的偏差，然,后,后决定下一,步,步的进给方,向,向。每个插,补,补循环由偏,差,差判别、进,给,给、偏差函,数,数计算和终,点,点判别四个,步,步骤组成。,逐点比较法,可,可以实现直,线,线插补、圆,弧,弧插补及其,它,它曲安插补,。,。,特点：运算直观,，,，插补误差,不,不大于一个,脉,脉冲当量，,脉,脉冲输出均,匀,匀，调节方,便,便。,2.逐点比,较,较法直线插,补,补,（1）偏差,函,函数构造,对于第一象,限,限直线OA,上,上任一点(X,Y):,X/Y,=,Xe/Ye,若刀具加工,点,点为Pi（X,i,，Y,i,），,则该点的偏,差,差函数F,i,可表示为,若F,i,=0，表,示,示加工点位,于,于直线上；,若F,i,0，表,示,示加工点位,于,于直线上方,；,；,若F,i,0，表,示,示加工点位,于,于直线下方,。,。,（2）偏差,函,函数字的递,推,推计算,采用偏差函,数,数的递推式,（,（迭代式）,既由前一点,计,计算后一点,Y,X,F0,P,i,(X,i,Y,i,),A,e,(X,e,Y,e,),O,F,i,=,Y,i,X,e-,X,i,Y,e,若F,i,=0，规,定,定向+X,方,方向走一,步,步,X,i,+1,=,X,i,+1,F,i,+1,=,X,e,Y,i,Y,e,(,X,i,+1,),=,F,i,-,Y,e,若F,i,0，规定+Y 方,向,向走一步，,则,则有,Y,i,+1,=,Y,i,+1,F,i,+1,=,X,e,(,Y,i,+1,)-,Y,e,X,i,=,F,i,+,X,e,（3）终点,判,判别,直线插补的,终,终点判别可,采,采用三种方,法,法。,1）判断插,补,补或进给的,总,总步数：；,2）分别判,断,断各坐标轴,的,的进给步数,；,；,3）仅判断,进,进给步数较,多,多的坐标轴,的,的进给步数,。,。,（4）逐点,比,比较法直线,插,插补举例,对于第一象,限,限直线OA,，,，终点坐标X,e,=6,Y,e,=4，插补,从,从直线起点O开始，故F,0,=0。终,点,点判别是判,断,断进给总步,数,数N=6+4=10，,将,将其存入终,点,点判别计数,器,器中，每进,给,给一步减1,，,，若N=0,，,，则停止插,补,补。,步数,判别,坐标进给,偏差计算,终点判别,0,F,0,=0,=10,1,F=0,+X,F,1,=F,0,-y,e,=0-4=-4,=10-1=9,2,F0,+X,F,3,=F,2,-y,e,=2-4=-2,=8-1=7,4,F0,+X,F,5,=F,4,-y,e,=4-4=0,=6-1=5,6,F=0,+X,F,6,=F,5,-y,e,=0-4=-4,=5-1=4,7,F0,+X,F,8,=F,7,-y,e,=2-4=-2,=3-1=2,9,F0,+X,F,10,=F,9,-y,e,=4-4=0,=1-1=0,O,A,9,8,7,5,4,3,2,1,6,10,Y,X,3.逐点比,较,较法圆弧插,补,补,（1）偏差,函,函数,任意加工点P,i,（X,i,，Y,i,），偏差函,数,数F,i,可表示为,若,F,i,=0，表示,加,加工点位于,圆,圆上；,若,F,i,0，表示,加,加工点位于,圆,圆外；,若,F,i,0,F 0,（,2）偏差函,数,数的递推计,算,算,1）逆圆,插,插补,若,F,0，规定向-X方向,走一步,若F,i,0，规定,向,向+Y方向,走一步,2,）,）,顺,顺,圆,圆,插,插,补,补,若,F,i,0,，,，,规,规,定,定,向,向-Y,方,方,向,向,走,一,一,步,步,若F,i,0,，,，,规,规,定,定,向,向+y,方,方,向,向,走,一,一,步,步,（3,）,）,终,终,点,点,判,判,别,别,1,）,）,判,判,断,断,插,插,补,补,或,或,进,进,给,给,的,的,总,总,步,步,数,数,：,：,2,）,）,分,分,别,别,判,判,断,断,各,各,坐,坐,标,标,轴,轴,的,的,进,进,给,给,步,步,数,数,；,（4,）,）,逐,逐,点,点,比,比,较,较,法,法,圆,圆,弧,弧,插,插,补,补,举,举,例,例,对,于,于,第,第,一,一,象,象,限,限,圆,圆,弧,弧AB,，,，,起,点,点A,（,（4,，,，0,）,）,，,，,终,终,点,点B,（,（0,，,，4,）,）,A,B,Y,X,4,4,步数,偏差判别,坐标进给,偏差计算,坐标计算,终点判别,起点,F,0,=0,x,0,=4,y,0,=0,=4+4=8,1,F,0,=0,-x,F,1,=F,0,-2x,0,+1,=0-2*4+1=-7,x,1,=4-1=3,y,1,=0,=8-1=7,2,F,1,0,+y,F,2,=F,1,+2y,1,+1,=-7+2*0+1=-6,x,2,=3,y,2,=y,1,+1=1,=7-1=6,3,F,2,0,+y,F,3,=F,2,+2y,2,+1=-3,x,3,=4,y,3,=2,=5,4,F,3,0,-x,F,5,=F,4,-2x,4,+1=-3,x,5,=4,y,5,=0,=3,6,F,5,0,-x,F,7,=F,6,-2x,6,+1=1,x,7,=4,y,7,=0,=1,8,F,7,0,-x,F,8,=F,7,-2x,7,+1=0,x,8,=4,y,8,=0,=0,4.,逐,逐,点,点,比,比,较,较,法,法,的,的,速,速,度,度,分,分,析,析,式,中,中,：,：,L,直,直,线,线,长,长,度,度,；,；,V,刀,刀,具,具,进,进,给,给,速,速,度,度,；,；,N,插,插,补,补,循,循,环,环,数,数,；,；,f,插,插,补,补,脉,脉,冲,冲,的,的,频,频,率,率,。,。,所,以,以,：