数控原理与系统概述.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,第五章数控原理与系统,数控技术,*,*,第五章数控原理与系统,数控技术,第五章 数控原理与系统,第一节 概述,第二节 CNC轨迹控制原理,第四节 进给速度和加减速控制,第五节 CNC输入输出与通信功效,第三节 刀具位置赔偿和半径赔偿,数控原理与系统概述,第1页,第一节 概述,一、CNC系统组成与功效,二、CNC硬件结构,三、CNC软件结构,数控原理与系统概述,第2页,一、CNC系统组成与功效,1、数字控制任务,数控机床任务，主要在于制造各种要求几何形状。,机械制造技术中，被加工零件几何形状千变万化，主要有回转体零件和非回转体零件。,从控制技术观点来分析各种加工方法时，主要着眼于几何规律方面控制。,数控原理与系统概述,第3页,机械制造工艺中数字控制就是使工件与刀具相对运动形成要求几何轨迹，及一些辅助控制。机床数字控制根本任务就是运动轨迹程量控制和开关量控制。总体采取G、M代码和S、T、F等。,柔性自动化要求CNC含有通信和DNC功效。,市场个性化和适应性要求CNC本身含有结构上开放性和功效上可重构性。,数控原理与系统概述,第4页,2、CNC系统组成。,依据机床数字控制任务，CNC系统采取了计算机作为控制部件，经过常驻在其内部数控系统软件实现部分或全部数控功效，从而能对机床运动进行实时控制。,只要改变计算机控制软件就能实现一个新控制方法，这是CNC最大特点，其基本结构组成如图。,数控原理与系统概述,第5页,图中给出了整个机床计算机数控系统组成框图，是在通常总体考虑机床控制功效意义上概念。,实际CNC能够不含伺服驱动和一些输入输出设备。,数控原理与系统概述,第6页,3、CNC控制器普通工作过程,CNC工作是在计算机硬件支持下，执行软件控制功效全过程。,（1）输入：输入CNC控制器通常有零件程序、机床参数和赔偿数据。,机床参数和除刀具尺寸外赔偿数据普通在机床出厂或在用户安装调试时已设定好，所以主要是零件程序和刀具尺寸赔偿数据输入。,输入形式有光电阅读机纸带输入、键盘输入、磁盘输入和连接上级计算机DNC接口输入。,CNC输入工作方式有存放方式和NC方式，前者将整个零件程序全部输入再调出，后者边输入边加工。,数控原理与系统概述,第7页,（2）译码,译码处理是将零件程序一个程序段作为单位进行处理。,译码处理将零件轮廓信息、进给速度F和其它辅助信息（M、S、T）解释后，存放在指定内存专用区域。,在译码过程中还要完成对程序段语法检验，发觉错误马上报警。,（3）刀具赔偿：刀具赔偿是指刀具长度和刀具半径赔偿。,刀具赔偿作用就是把零件轮廓轨迹按已定刀具尺寸数据自动转换成刀具中心轨迹。,高档CNC刀具赔偿还包含程序段之间自动转接和过切削判断，即C刀具赔偿功效。,数控原理与系统概述,第8页,（4）进给速度处理：,数控加工程序给定刀具相对工件移动速度是在各坐标合成运动方向上速度，即F代码指令值。,速度处理先按合成速度来计算各进给运动坐标方向分速度，为插补时计算各进给坐标行程量准备。,同时处理机床最低和最高速度限制及自动加减速。,（5）插补：要进行轨迹加工，CNC必须从一条已知起点和终点曲线上自动进行“数据点密化”工作，此即所谓插补。,插补是在要求周期内执行一次，即在每个周期内，按指令进给速度计算出一个微小直线数据段，经过若干插补周期后，完成一个程序段加工。,数控原理与系统概述,第9页,（6）位置控制：位置控制是处于伺服回路位置环上，如图。,其主要工作是在每个采样周期内，将插补计算出理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电动机。,这部分工作可由硬件或软件来完成，通常还要完成位置回路增益调整、各坐标方向螺距误差赔偿和反向间隙赔偿。,数控原理与系统概述,第10页,（7）I/O处理主要是指CNC与机床之间电气信号输入、输出处理和控制。,（8）显示：为操作者提供方便，包含：零件程序、参数、刀具位置、机床状态、报警信息等显示。,有些CNC还有刀具加工轨迹静态和动态图形显示。,（9）诊疗：,自动故障诊疗是当代CNC所必须具备功效，通常有联机诊疗和脱机诊疗两种功效。,数控原理与系统概述,第11页,联机诊疗是指CNC中自诊疗程序，融合在各个部分，随时检验不正常事件。,脱机诊疗是在CNC不工作情况下诊疗，经过配置各种脱机诊疗程序对存放器、外围设备接口和I/O接口进行检验。,脱机诊疗也可采取远程通信方式进行，即所谓远程诊疗。,远程诊疗是把用户CNC经过网络与远程通信诊疗中心计算机相连，由诊疗中心计算机对CNC进行诊疗、故障定位和修复,数控原理与系统概述,第12页,CNC工作内容和过程概括为如图表示。,数控原理与系统概述,第13页,4、CNC控制器功效,CNC控制器功效通常包含基本功效和选择功效。,（1）轴控制功效：CNC可控制和同时控制轴数。,对于数控机床运动轴有移动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。,控制轴数越多，尤其是同时控制轴数越多，CNC控制器就越辅助，多轴联动零件程序编制也越困难。,（2）准备功效：也称G功效，用来指令机床运动方式，包含基本移动、平面选择、准备设定、刀具赔偿、固定循环、米英制转换等指令。,数控原理与系统概述,第14页,（3）插补功效：,CNC经过软件插补实现刀具运动轨迹。,分为粗插补和精插补。,粗插补时，软件每次插补一个小线段数据。,精插补时，伺服接口依据粗插补结果，将小线段分成单个脉冲输出。,（4）进给功效：用F直接指令各轴进给速度，包含：,切削进给速度，以每分钟进给毫米数指定。,同时进给速度，以主轴每转进给毫米数要求，主轴需装位置编码器，目标是便于切螺纹。,快速进给速度，经过参数设定，用G00指令。,进给倍率，经过面板上进给倍率开关给定。,数控原理与系统概述,第15页,（5）主轴功效：,就是指定主轴转速功效，用S代码和其后数字表示，多为S4位，单位为r/min。,（6）辅助功效：用来指令主轴启、停和转向；切屑液开和关；刀库启、停等用M代码2位数。,（7）刀具功效和第二辅助功效：,刀具功效用来选择所需刀具,用T2位或4位数表示。,第二辅助功效指定工作台分度，用B代码3位数表示。,数控原理与系统概述,第16页,（8）赔偿功效：,一个是指刀具尺寸赔偿和程序段自动转接，以简化程序。,另一个是指丝杠螺距误差和反向间隙或者热变形赔偿等。,（9）字符、图形显示功效：CNC控制器可配置单色或彩色CRT，经过软件和接口实现字符和图形显示。,（10）自诊疗功效：,为了预防孤残发生或扩大和在故障出现后可快速查明故障类型及部位，以降低故障停顿时间而设。,诊疗程序普通都能够包含在系统程序中，在运行过程中进行检验和诊疗，也可作服务性程序脱机诊疗数控原理与系统概述,第17页,（11）通信功效：,CNC控制器都含有RS232通信接口，有还备有DNC接口，还有CNC可与MAP相连，介入工厂通信网络。,DNC设有缓冲存放器，能够数控格式输入，也能够二进制格式输入，进行高速传输。,（12）人机交互图形编程功效：,目标是深入提升数控机床开动率和编程效率。,能够直接依据蓝图输入简单表示几何尺寸生成程序；能够用对话式编程；能够用宏程序编程。,数控原理与系统概述,第18页,二、CNC系统硬件结构,CNC软件功效要有对应硬件水准来支持。,已经有或常规CNC必须趋向开放式CNC。,1、常规CNC硬件结构,（1）常规CNC发展主要形式，大致上有三种：,一个是总线式模块化结构CNC，元器件采取了32位RISC（精简指令集）芯片、数学协处理器及闪烁存放器等；,用于多轴控制高档数控机床。,数控原理与系统概述,第19页,第二种是以单板或专用芯片及模板组成结构紧凑CNC。,大量用于中等和经济型数控机床。,第三种是基于通用计算机（PC或IPC）基础上开发CNC。,其优点是能够充分利用通用计算机丰富软件资源，而且能够伴随计算机硬件升级而升级。,前两种类型相对第三种可称为专用结构计算机，其特点是硬件印制板是制造厂专门设计制造，不含有通用性。,第三种硬件通常无需专门设计，只要装入不一样控制软件，便可组成不一样类型CNC，通用性大，易于维修。,数控原理与系统概述,第20页,（2）单微处理器结构：,是CNC发展早期采取结构，因为只有一个微处理器能控制系统总线，占有总线资源，CNC各个任务都以集中控制、分时处理方式完成。,如图为单微处理器结构CNC框图，其中微处理器CPU是CNC关键，主要由运算器和控制器组成，完成对数据算术和逻辑运算以及系统操作控制。,数控原理与系统概述,第21页,数控原理与系统概述,第22页,（3）多微处理器结构,CNC多微处理器结构是指在系统中有两个或两个以上微处理器能控制系统总线、或主存放器进行工作系统结构。,详细有紧耦合和松耦合两种结构型式。,所谓紧耦合，是指两个或两个以上微处理器组成处理部件之间采取紧耦合，有集中操作系统，共享资源。,所谓送耦合，是指两个或两个以上微处理器组成功效模块之间采取松耦合，有多重操作系统有效地实现并行处理。,数控原理与系统概述,第23页,1）多微处理器CNC经典结构,共享总线结构，如图。,数控原理与系统概述,第24页,共享存放器结构，如图。,数控原理与系统概述,第25页,2）多微处理器CNC基本功效模块,主要有以下六种基本功效模块：,CNC管理模块。包含初始化、中止管理、总线裁决、系统犯错识别和处理、系统硬件与软件诊疗等。,CNC插补模块。完成插补前预处理，然后进行插补计算，给定各坐标轴位置值。,位置控制模块。,PLC(PMC)模块。零件程序中开关量（S、M、T）和机床面板来信号在这个模块中进行逻辑处理。,命令与数据输入输出和显示模块。,存放器模块。这是程序和数据主存放器，或是功效模块间数据传送用共享存放器。,数控原理与系统概述,第26页,2、开放式CNC硬件结构,对数控系统柔性和通用性要求主要表达在：,依据不一样加工需求快速、高效、经济地构筑面向客户控制系统；,降低数控机床生产厂对控制系统供给商高依赖性；,大幅度降低维护和培训成本；,改变当前数控系统封闭型设计，以适应未来车间面向任务恶化订单生产组织模式，使底层生产控制系统集成更为简便和有效。,为此，必须重新审阅原有控制系统设计模式，建立新开放型系统设计框架，使数控系统向模块化、平台化、工具化和标准化发展。,数控原理与系统概述,第27页,国外，数控系统开放性在技术上表达为平台技术和面向应用功效单元系统参考结构。,美国1981年开始NDD(Next Generational Controller)计划，最终形成了一份开放式系统体系结构规范SOSAS。,1994年又开始了OMAC(Open Modular Architecture Systems)项目标研究。,欧共体于1992年在ESPRIT框架内，开始了OSACA(Open System Architecture for Controls Within Automation Systems)项目标研究，1994年完成了定义，1996年完成了原型系统开发。,1990年日本IMS中，对CNC要求标准化和智能化。,数控原理与系统概述,第28页,（1）开放式CNC定义,参考IEEE对开放式系统要求：一个真正意义上开放式数控系统必须具备不一样应用程序能协调地运行于系统平台上能力，,提供面向功效动态重构工具，同时提供统一标准化应用程序用户界面，含有以下特征：,1）可互操作性（Interoperability）：,指不一样应用程序模块经过标准化应用程序接口运行于系统平台之上，,不一样模块之间保持平等相互操作能力，协调工作。,这一特征要求提供标准化接口、通讯和交互模型。,数控原理与系统概述,第29页,2）可移植性（Portability）：,指不一样应用程序模块可运行于不一样供给商提供系统平台之上。,这一特征处理CNC软件公用问题；,要求设计软件与设备无关性，即经过统一应用程序接口，完成对设备控制。,3）可缩放性（Scalability）：指增加和降低系统功效仅表现为特定模块单元装载和卸载。,4）可相互替换性(Interchangeability)：指不一样性能与可靠性和不一样功效能力功效模块可相互替换。,数控原理与系统概述,第30页,一个开放式CNC开放性表达在：,提供标准化环境基础平台，,允许不一样开发商所提供不一样功效软、硬件模块介入，以组成满足不一样需求CNC。,开放式数控系统是从全新角度分析和实现数控功效，,强调系统对控制需求可重构性和透明性，,以及系统功效面向多供给商。,数控原理与系统概述,第31页,（2）基于PC(或IPC)开放式CNC硬件配置形式,1）基于PC有限开放CNC,大多经过改造原有CNC系统接口，使CNC系统能与PC互连，由PC负担CNC人机界面功效。详细有,PC连接型CNC如图,是将现有CNC与PC用串行线直接相连而组成。,数控原理与系统概述,第32页,PC内藏型CNC，如图。,在CNC内部加装PC，PC与CNC之间用专用总线连接。,数控原理与系统概述,第33页,2）基于PC可开放CNC,是在通用PC机扩展槽中加入专用CNC卡而成，也称CNC内藏型。,专用CNC卡包含加工轨迹生成等几乎全部CNC处理功效。,三、CNC软件结构,1、CNC中软、硬件界面与数据转换,在CNC系统中，软件和硬件在逻辑上是等价，即由硬件完成工作标准上也可由软件完成。,数控原理与系统概述,第34页,2、CNC系统多任务并行处理与实时中止处理,CNC多任务表现在他软件必须完成管理和控制两大任务。,系统管理包含：输入、I/O处理、显示、诊疗。,系统控制包含：译码、刀具赔偿、速度处理、插补、位置控制。如图。,数控原理与系统概述,第35页,所谓并行处理，是指计算机在同一时刻或同一时间间隔内完成两种或两种以上相同或不一样工作。,并行处理方法有资源重复、时间重合和资源分时共享等处理方法。,CNC系统中止管理主要靠硬件完成，中止类型有：,外部中止内部定时中止。,硬件故障中止。,程序性中止。,数控原理与系统概述,第36页,3、常规CNC软件结构,CNC软件结构决定于系统采取中止结构。,常规CNC中，已经有结构模式有中止型结构和前后台型结构。,（1）中止型结构模式,这类型结构特点是除了初始化程序之外，整个系统软件各种任务模块分别安排在不一样级别中止服务程序中，整个软件就是一个大多重中止系统。,其管理功效主要经过各级中止程序之间相互通信安排来实现。,如FANUE-BESK 7CM CNC系统软件结构就是一个经典中止型结构。,数控原理与系统概述,第37页,（2）前后型结构模式,这种软件结构特点是前台程序为一个中止服务程序，它几乎负担了全部实时功效，,而后台程序或背景程序只是完成管理功效和非实时性任务（如插补准备）。,后台程序是一个循环运行程序，在其运行过程中，前台实时中止程序不停插入，与后台程序相配合，共同完成零件加工任务。,如美国A-B7360 CNC软件即为此结构模式。,数控原理与系统概述,第38页,4、开放式CNC软件结构,依据开放式控制系统要求，除它硬件要采取基于标准总线公用模块化设计外，,其软件应采取平台技术、统一标准规范和面向功效元拓朴结构应用软件，以确保系统含有开放基本特征。,数控原理与系统概述,第39页,第二节 机床数控装置插补原理,1插补基本概念,数控系统依据零件轮廓线型有限信息，计算出刀具一系列加工点、用基本线型拟合，完成所谓数据“密化”工作。,插补有二层意思：,一是用小线段迫近产生基本线型（如直线、圆弧等）；,二是用基本线型拟合其它轮廓曲线。,插补运算含有实时性，直接影响刀具运动。插补运算速度和精度是数控装置主要指标。插补原理也叫轨迹控制原理。五坐标插补加工仍是国外对我国封锁技术。,下面以基本线型直线、圆弧生成为例，叙述插补原理。,数控原理与系统概述,第40页,2 插补方法分类,1.基准脉冲插补,每次插补结束仅向各运动坐标轴输出一个控制脉冲，各坐标仅产生一个脉冲当量或行程增量。脉冲序列频率代表坐标运动速度，而脉冲数量代表运动位移大小。基准脉冲插补方法很多，如逐点比较法、数字积分法、脉冲乘法器等2.数据采样插补,采取时间分割思想，依据编程进给速度将轮廓曲线分割为每个插补周期进给直线段（又称轮廓步长）进行数据密化，以此来迫近轮廓曲线。然后再将轮廓步长分解为各个坐标轴进给量（一个插补周期进给量），作为指令发给伺服驱动装置。该装置按伺服检测采样周期采集实际位移，并反馈给插补器与指令比较，有误差运动，误差为零停顿，从而完成闭环控制。,数据采样插补方法有：直线函数法、扩展DDA、二阶递归算法等。,数控原理与系统概述,第41页,3基准脉冲插补,1 逐点比较法,这是早期数控机床广泛采取方法，又称代数法、醉步法，,适合用于开环系统。,1.插补原理及特点,原理,：每次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲而每走一步都要经过偏差函数计算，判断偏差点瞬时坐标同要求加工轨迹之间偏差，然后决定下一步进给方向。每个插补循环由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别四个步骤组成。,逐点比较法能够实现直线插补、圆弧插补及其它曲线插补。,特点,：运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，脉冲输出均匀，调整方便。,数控原理与系统概述,第42页,2.逐点比较法直线插补,（1）偏差函数结构,对于第一象限直线OA上任一点P(,X,Y,):,X/Y,=,Xe/Ye,若刀具加工点为Pi（X,i,，Y,i,），,则该点偏差函数F,i,可表示为,若F,i,=0，表示加工点位于直线上；,若F,i,0，表示加工点位于直线上方；,若F,i,0，表示加工点位于直线下方。,（2）偏差函数递推计算,采取偏差函数递推式计算，,既由前一点计算后一点,Y,X,F0,P,i,(X,i,Y,i,),A,e,(X,e,Y,e,),O,数控原理与系统概述,第43页,Fi,=,Yi Xe-XiYe,若F,i,=0，要求向+X 方向走一步,Xi,+1=,Xi,+1,Fi,+1=,XeYi,Ye,(,Xi,+1),=,Fi,-,Ye,若F,i,0，要求+Y 方向走一步，则有,Yi,+1=,Yi,+1,Fi,+1=,Xe,(,Yi,+1)-,YeXi,=,Fi,+,Xe,（3）终点判别,直线插补终点判别可采取三种方法。,1）判断插补或进给总步数：；,2分别判断各坐标轴进给步数；,3）仅判断进给步数较多坐标轴进给步数。,数控原理与系统概述,第44页,（4）逐点比较法直线插补举例,第一象限直线OA，终点X,e,=6,Y,e,=4，插补从直线起点O开始，故F,0,=0。终点判别是判断进给总步数N=6+4=10，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减1，若N=0，则停顿插补。,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,数控原理与系统概述,第45页,（4）逐点比较法直线插补举例,对于第一象限直线OA，终点坐标X,e,=3,Y,e,=5，插补从直线起点O开始，用,逐点比较法实现该直线插补,。,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,数控原理与系统概述,第46页,3.逐点比较法圆弧插补,（1）偏差函数,任意加工点P,i,（X,i,，Y,i,），偏差函数F,i,可表示为,若,F,i,=0，表示加工点位于圆上；,若,F,i,0，表示加工点位于圆外；,若,F,i,0,F 0,数控原理与系统概述,第47页,（,2）偏差函数递推计算,1）逆圆插补,若,F,0，要求向-X方向,走一步,若F,i,0，要求向+Y方向,走一步,2）顺圆插补,若,F,i,0，要求向-Y方向,走一步,若Fi0，要求向+X方向,走一步,（3）终点判别,1）判断插补或进给总步数：,2）分别判断各坐标轴进给步数,；,数控原理与系统概述,第48页,（4）逐点比较法圆弧插补举例,对于第一象限圆弧AB，,起点A（4，0），终点B（0，4）,A,B,Y,X,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,=3,y,3,=2,=5,4,F,3,0,-x,F,5,=F,4,-2x,4,+1=-3,x,5,=2,y,5,=3,=3,6,F,5,0,-x,F,7,=F,6,-2x,6,+1=1,x,7,=1y,7,=4,=1,8,F,7,0,-x,F,8,=F,7,-2x,7,+1=0,x,8,=0,y,8,=4,=0,数控原理与系统概述,第49页,4.逐点比较法速度分析,式中：,L,直线长度；,V,刀具进给速度；,N,插补循环数；,f,插补脉冲频率。,所以：,刀具进给速度与插补时钟频率,f,和与X轴夹角 相关,数控原理与系统概述,第50页,5.逐点比较法象限处理,（1）分别处理法,四个象限直线插补，会有4组计算公式；对于4个象限逆时针圆弧插补和4个象限顺时针圆弧插补，会有8组计算公式。,（2）坐标变换法,用第一象限逆圆插补偏差函数进行第三象限逆圆和第二、四象限顺圆插补偏差计算，用第一象限顺圆插补偏差函数进行第三象限顺圆和第二、四象限逆圆插补偏差计算。,顺圆,逆圆,数控原理与系统概述,第51页,2 数字积分法,用数字积分方法计算刀具沿各坐标轴位移，数,字积分法又称数字微分分析（DDA）法.,1.DDA直线插补,（1）原理：,积分过程能够用微小量累加近似：,由右图所表示,则,X、Y,方向位移,（积分形式）,X,Y,A(X,e,Y,e,),V,y,X,Y,A(X,e,Y,e,),V,x,V,y,V,O,Y,X,数控原理与系统概述,第52页,（累加形式）,其中，,m,为累加次数（容量）取为整数，,m,=02,N,-1，共2,N,次(,N,为累加器位数)。,令,t,=1,m,K,=1，则,K=,1/m=1/,2,N,。,则,（2）结论：,直线插补从始点走向终点过程，能够看作是各坐标轴每经过一个单位时间间隔，分别以增量,kx,e,（,x,e,/,2,N,）及,ky,e,（,y,e,/,2,N,）同时累加过程。累加结果为：,数控原理与系统概述,第53页,DDA直线插补：以,X,e/2,N,、,y,e/2,N,（二进制小数，形式上即,X,e、,y,e）作为被积函数，同时进行积分（累加），,N为累加器,位数,，当累加,值,大于2,N,-1时，便发生溢出，而余数仍存放在累加器中,。,积分值=溢出脉冲数,代表值,+余数,当两个积分累加器依据插补时钟,脉冲,同时累加时，用这些溢出脉冲数,（最终X坐标接收,X,e个,脉冲,、Y坐标接收,y,e个,脉冲,）,分别控制对应坐标轴运动,，加工出要求直线。,（3）终点判别,累加次数、即插补循环数是否等于2,N,可作为DDA法直线插补判别终点依据。,（4）组成,：二坐标DDA直线插补器包含X积分器和Y积分器，每个积分器都由被积函数存放器,J,VX,（速度寄器）和累加器,J,RX,（余数存放器）组成。初始时，,X,被积函数存放器存,X,e，,Y,被积函数存放器存,y,e。,数控原理与系统概述,第54页,2.,DDA法直线插补举例,插补第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。取被积函数存放器分别为,J,VX,、,J,VY,，余数存放器分别为,J,RX,、,J,RY,，终点计数器为,J,E,，均为三位二进制存放器。,累加次数,X,积分器,Y,积分器,终点计数器,J,E,备 注,J,VX,(X,e,),J,RX,溢出,J,vy,(Y,e,),J,Ry,溢出,0,101,000,011,000,000,初始状态,1,101,101,011,011,001,第一次迭代,2,101,010,1,011,110,010,X溢出,3,101,111,011,001,1,011,Y溢出,4,101,100,1,011,100,100,X溢出,5,101,001,1,011,111,101,X溢出,6,101,110,011,010,1,110,Y溢出,7,101,011,1,011,101,111,X溢出,8,101,000,1,011,000,1,000,X,Y溢出,A(5,3),X,Y,数控原理与系统概述,第55页,3.DDA法圆弧插补,DDA法圆弧插补积分表示式,由,令,则,圆弧插补是对切削点,即时坐标,X,i,与,Y,i,数值,分别进行累加,V,V,y,V,x,P,A,B,R,X,Y,O,数控原理与系统概述,第56页,(2)其特点是：,1)各累加器初始值为零，各存放器为起点坐标值；,2),X,被寄函数积存器存,Y,i,Y,被寄函数积存器存,X,i,，,为动点坐标；,3),X,i,、,Y,i,在积分过程中，产生进给脉冲,X、,Y,时，要对对应,坐标进行加1或减1修改；,4)DDA圆弧插补终点判别要有二个计数器，哪个坐标终点到了，,哪个坐标停顿积分迭代；,5)与DDA直线插补一样，,J,VX,、J,VY,中值影响插补速度。,数控原理与系统概述,第57页,4.DDA圆弧插补举例,Y,X,次序,X积分器,X终,Y积分器,Y终,注,J,VX,(Y,i,),J,RX,X,J,VY,(X,i,),J,RY,Y,0,000,000,0,101,101,000,0,101,初始,1,000,000,0,101,101,101,0,101,2,000,001,000,0,101,101,010,1,100,修正Y,i,3001,001,0,101,101,111,0,100,4,001,010,0,101,101,100,1,011,修正Y,i,5,010,011,100,0,101,101,001,1,010,修正Y,i,6,011,111,0,101,101,110,0,010,7,011,100,010,1,100,101,011,1,001,修正Y,i,修正X,i,8,100,110,0,100,100,111,0,001,9,100,101,010,1,011,100,011,1,000,修正Y,i,修正X,i,10,101,111,0,011,011,11,101,001,1,001,011,010,修正X,i,12,101,001,1,001,010,001,修正X,i,13,101,110,0,001,001,14,101,011,1,000,001,000,结束,数控原理与系统概述,第58页,3 数据采样插补,3.1 概述,1.数据采样插补基本原理,粗插补：采取时间分割思想，依据进给速度,F,和插补周期,T,，将廓型曲线分割成一段段轮廓步长,L,L,=,FT,(一个插补采样周期轮廓步长),，然后计算出每个插补周期坐标增量。,精插补,：,依据位置反馈采样周期大小，由伺服系统完成。,2.插补周期和检测采样周期,插补周期大于插补运算时间与完成其它实时任务时间之和,，当代数控系统普通为2,4ms，有已到达零点几毫秒。,插补周期应是,位置反馈,检测采样周期,整数倍。,3.插补精度分析,直线插补时，轮廓步长与被加工直线重合，没有插补误差。,圆弧插补时，轮廓步长作为弦线或割线对圆弧进行迫近，存在半径误差。,数控原理与系统概述,第59页,e,ra,Y,Y,X,X,O,O,e,r,l,r,*,r,r,a,e,ri,e,ra,采取弦线（,l,）迫近时，见左图。半径为,r,被迫近圆弧最大半径误差,e,r,，,其对应圆心角为,，,由图可推导出：,当采取内外均差（,e,ra,=,e,ri,）割线时，半径误差更小，是内接弦二分之一；若令二种迫近半径误差相等，则内外均差弦轮廓步长或步距角是内接弦时 倍。但因为内外均差割线迫近时，插补计算复杂，极少应用。,由上面分析可知：,圆弧插补时半径误差,e,r,与圆弧半径,r,成反比，与插补周期,T,和进给速度,F,平方成正比。,数控原理与系统概述,第60页,3.3.2 数据采样法直线插补,1.插补计算过程,（1）插补准备 主要是计算,轮廓步长,及其对应,坐标增量,。,（2）插补计算 实时计算出各插补周期中插补点（动点）坐标值。,2.实用插补算法,(标准：算法简单、计算速度快、插补误差小、精度高),（1）直接函数法,插补准备：,插补计算：,（2）进给速率数法（扩展DDA法）,插补准备:步长系数,插补计算：,（3）方向余弦法,插补准备：,插补计算：4）一次计算法,插补准备：,插补计算：,X,A(X,e,Y,e,),Y,X,Y,O,l,l,l,数控原理与系统概述,第61页,3.3.3 数据采样法圆弧插补,1.直线函数法（弦线法）,上式中，和 都是未知数，难以用简单方法求解，采取近似计算，用 和 来取代，,则,P,A(X,i,Y,i,),B(X,i+1,Y,i+1,),E,X,Y,F,H,M,i,i+1,C,D,O,数控原理与系统概述,第62页,2.扩展DDA法数据采样插补,将DDA切向迫近改变为割线迫近。详细还是计算一个插补周期T内，轮廓步长,L,坐标分量X,i,和Y,i,由右图经过推导,可得：,其中:,新加工点,A,i,坐标位置,特点：计算简单，速度快，精度高。,B,A,i,C,X,Y,M,H,Q,O,A,i,A,i-1,数控原理与系统概述,第63页,作业.对于第一象限直线OA，起点坐标，终点坐标X=,Y=，用逐点比较法实现该直线插补。,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,8F,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,数控原理与系统概述,第64页,刀具赔偿是数控中主要组成部分，当采取不一样尺寸刀具加工同一轮廓尺度零件，或同一名义尺寸刀具因换刀重调或磨损而引发尺寸改变时，为了编程方便和不改变已制备好穿孔带（或程序），数控装置常备有刀具赔偿机能。,第三节,刀具位置赔偿和半径赔偿,数控原理与系统概述,第65页,一、刀具位置赔偿,当采取不一样尺寸刀具加工同一轮廓尺寸零件，或同一名义尺寸刀具应换刀重调或磨损而引发尺寸改变时，,为了编程方便和不改变已制备好穿孔带，数控装置常备有刀具位置赔偿机能，,将改变尺寸经过拨码开关或键盘进行手动输入，便能自动进行赔偿。,数控原理与系统概述,第66页,1、刀具位置赔偿计算,（图为不一样尺寸刀具四方刀架）,K,I,数控原理与系统概述,第67页,刀架中心位置为各刀具换刀点，并以1号刀尖B点为全部刀具编程起点。,当1号刀从B到A其增量值为：,U,BA,=X,A,-X,1,W,BA,=Z,A,-Z,1,当换2号时，到尖处于C点，C点坐标原点为I、K。,当时：,(,),补,(,),补,-(,)+,补,-(,),补,数控原理与系统概述,第68页,2、刀具位置赔偿处理方法,机器在赔偿前必须处理前后两把刀具位置赔偿差异。,比如,T1刀具赔偿量为+0.5mm,T2刀具赔偿量为+0.35mm,二者差0.15mm。因为T2-T1=+0.35-(+0.5）=-0.15mm（向床头箱移动为负，称进刀，远离为正，称退刀),也就是说,在T1更换为T2时,要求刀架前进0.15mm。,数控原理与系统概述,第69页,对此，可作以下处理：,(1)在更换刀具时，先把原来刀具(T1）赔偿量撤消（依据上例，刀架前进0.5mm），,然后依据新刀具（T2)赔偿量要求退回03.5mm，,这么，实际上刀架 前进了差值为0.15mm。,(2)在更换刀具时，马上进行新换刀具赔偿量和原来刀具赔偿量（老刀具赔偿量）差值运算，并依据这个差值进行刀具赔偿。,这种方法称差值赔偿法。,实际上是把原刀具赔偿量撤消和新刀具赔偿量读入进行复合。,数控原理与系统概述,第70页,二、刀具半径赔偿,:,1、刀具半径赔偿作用,在数控机床上用圆头刀和铣刀加工零件时，,其加工程序编制有两种方法:,1）按零件轮廓编程,2）按刀具圆心（中心）运动轨迹编程,换刀和刀具磨损时不需要重新制作程序纸,带，数控系统能够自动进行赔偿，正确加工,零件。数控系统这种功效称为“刀具半径赔偿”。,数控原理与系统概述,第71页,2、刀具半径赔偿方法,如图待加工零件，加工路线为：,OABCDEFO,数控原理与系统概述,第72页,O为起刀点，如图示。,从O点开始刀具半径矢量r要作长度分别为OO,1,和O,1,a直线插补，得到A点赔偿矢量r。,AB段直线插补，得到B点赔偿矢量r。,数控原理与系统概述,第73页,BD段作半径为R+r圆弧插补，直到半径矢量r与终点矢量O,2,D重合。,DE作直线插补，E点转角处，赔偿矢量r应作半径为r圆弧插补，使e,e,1,完成赔偿矢量r与直线EF法向重合。,EF段作直线插补.,数控原理与系统概述,第74页,由前所述，可见要实现刀具半径赔偿，数控系统除了有直线、圆弧插补功效外，,还须含有处理刀具半径矢量能力，,这种处理能力表现在赔偿矢量偏移计算和赔偿矢量旋转两个方面。,刀具半径赔偿实现方法有各种:,DDA法,逐点比较法,矢量判别法,其中，矢量判别法可适合用于各种插补方法,数控原理与系统概述,第75页,上述对刀具赔偿矢量处理，通称为“刀具偏移计算”。,这些方法刀具半径赔偿只能计算出直线或圆弧终点刀具中心坐标值，,而对于两个程序段之间轮廓转接（又称拐角或过渡）是以圆弧方式进行，故称其为普通刀具半径赔偿，或称B机能刀具赔偿（简称B刀补）。,数控原理与系统概述,第76页,如图示，设要加工程序段为圆弧AB、半径为R，加工开始时，刀具中心处于A点，它刀具半径矢量为r。要求加工结束时，刀具中心处于圆弧终点B。,数控原理与系统概述,第77页,分析：,为实现上述要求，可把刀具中心运动分解成两种运动:AA”和A”B,AA”:该运动实际上以O点为中心作