数控技术第3章3.4节(1)

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1、数数控控技技术术华中科技大学机械科学与工程学院第3章计算机数控装置3.1概述3.2CNC装置的硬件结构3.3CNC装置的软件结构3.4典型数控功能原理及实现3.5国内外典型CNC系统简介13.4典型数控功能原理及实现3.4.1机床的控制功能需求3.4.2插补功能3.4.3补偿功能3.4.4PLC功能3.4.5故障诊断功能23.4典型数控功能原理及实现3.4.1机床的控制功能需求用户需求功能概述自动加工控制功能–程序（译码、解释、刀补、插补、运动控制）【GF】–主轴【S】–换刀【TD】–辅助【M】手动操作功能【用途

2、：调试、对刀…】–点动故障监控/诊断–手摇–回零人机对话、交互–干预（修调、暂停）刀具管理功能–寿命管理–刀库管理33.4典型数控功能原理及实现3.4.1机床的控制功能需求基本控制功能运动控制–单轴运动控制（点位、速度）–多轴联动控制（路径、比例）–运动控制用什么语言？I/O控制–开关量–模拟量–脉冲量–数字量–I/O(逻辑)控制用什么语言？43.4典型数控功能原理及实现3.4.2插补功能G92X0Z0G91G01Z-100F200G01X10053.4典型数控功能原理及实现插补问题的描述位移X程数控指令Y

3、伺服序装置速度Fx系统指令Fy功能对用G代码(或其它语言)表达的加工任务进行解释、分析、计算，分解为伺服系统可以接收的动作指令，驱动执行部件按特定的规律运动，完成加工任务。63.4典型数控功能原理及实现插补的基本概念插补：零件轮廓线型已知点，进给速度、刀具参数、进给方向等，计算出中间点坐标值。插补的实质：“数据密化”。刀具或工件的移动轨迹是小线段构成的折线，用折线逼近轮廓线型。Y有插补拟合误差，但脉冲当量小（pm、m级），插补拟合误差在加工误差范围内。X脉冲当量：刀具或工件能移动的最小位移量。73.4典型数控功能原

4、理及实现插补问题描述/定义已知(输入)G代码程序描述零件轮廓或刀位轨迹的直线、圆弧…•起点、终点---直线•起点、终点、圆心、方向---圆弧进给速度求解(输出)进给伺服系统可以接收的指令•各轴的增量或速度（x,y…）83.4典型数控功能原理及实现直线插补问题图解y终点（10,5）G92X0Y0xG01X10Y5F500起点（0,0）问题描述：如何协调并控制两个坐标轴X，Y的运动，使得刀具能相对工件从起点沿直线运动到终点.93.4典型数控功能原理及实现圆弧插补问题图解y起点（0,30）G92X-10Y3

5、0G01X0Y30F500G02X30Y0I0J30xo终点（30,0）问题描述：如何协调并控制两个坐标轴X，Y的运动，使得刀具能相对工件从起点沿圆弧运动到终点.103.4典型数控功能原理及实现3.4.2.1插补方法的分类插补器：数控装置中完成插补运算工作的装置或程序。硬件插补器插补器分类软件插补器及软硬件结合插补器113.4典型数控功能原理及实现早期NC数控系统：用硬件插补器，由逻辑电路组成特点：速度快，灵活性差，结构复杂，成本高。CNC数控系统：软件插补器，由微处理器组成，由计算机程序完成各种插补功能；特点：结构简单

6、，灵活易变，速度较慢。现代CNC数控系统：软件插补或软、硬件插补结合的方法，由软件完成粗插补，硬件完成精插补。123.4典型数控功能原理及实现粗插补用软件方法，将加工轨迹分割为线段，精插补用硬件插补器，将粗插补分割的线段进一步密化数据点。CNC系统一般都有直线插补、圆弧插补两种基本功能。一些高档CNC系统，已出现螺旋线、抛物线、渐开线、正弦线、样条曲线和球面螺旋线插补等功能。根据数控系统输出到伺服驱动装置信号不同，插补方法可归纳为两大类：1．基准脉冲插补（或称脉冲增量插补、行程标量插补等）2．数据采样插补（或称数据增量插

7、补、时间标量插补等）133.4典型数控功能原理及实现1．基准脉冲插补（脉冲增量插补、行程标量插补）特点：数控装置向各坐标轴输出一个基准脉冲序列，驱动进给电机运动。运算简单，易用硬件电路实现，运算速度快。每个脉冲使坐标轴产生1个脉冲当量增量；脉冲数量代表位移量；脉冲序列频率代表运动速度。适用步进电机驱动的、中等精度或中等速度要求的开环数控系统；数据采样插补的精插补基准脉冲插补的具体方法很多：逐点比较法、数字积分法、比较积分法、数字脉冲乘法器法、最小偏差法、矢量判别法、单步追踪法、直接函数法等。143.4典型数控功能原理及实

8、现2．数据采样插补（数据增量插补、时间分割法）特点：数控装置产生的是标准二进制字。插补运算分两步完成：第一步粗插补;第二步精插补.第一步粗插补：时间分割，把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为插补周期T。在每个T内，计算轮廓步长l＝F·T，将轮廓曲线分割为若干条长度为轮廓步长l的微小直线段；l＝