1、第三章第三章 計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng) 一、數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)展一、數(shù)控系統(tǒng)的開(kāi)展3.1 概述概述 數(shù)控系統(tǒng)按時(shí)間來(lái)劃分可以分為兩類(lèi)五代：數(shù)控系統(tǒng)按時(shí)間來(lái)劃分可以分為兩類(lèi)五代：第第類(lèi)：硬件數(shù)控類(lèi)：硬件數(shù)控NC第一代：電子管、繼電器、模擬電路。第一代：電子管、繼電器、模擬電路。第二代：晶體管、數(shù)字電路分立元件。第二代：晶體管、數(shù)字電路分立元件。第三代：集成數(shù)字電路。第三代：集成數(shù)字電路。第第類(lèi)：軟件數(shù)控類(lèi)：軟件數(shù)控CNC第四代：內(nèi)裝小型計(jì)算機(jī)，中小規(guī)模集成電路。第四代：內(nèi)裝小型計(jì)算機(jī)，中小規(guī)模集成電路。 1. 微處置器數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)裝微處置器，字符顯示、微處置器數(shù)控系統(tǒng)，內(nèi)裝微處置器，字符顯

2、示、缺點(diǎn)自診斷。缺點(diǎn)自診斷。第五代：分第五代：分6 6個(gè)階段：個(gè)階段： 2. 超大規(guī)模集成電路，大容量存儲(chǔ)器，有可編程和超大規(guī)模集成電路，大容量存儲(chǔ)器，有可編程和遙控接口。遙控接口。 3. 人機(jī)對(duì)話(huà)人機(jī)對(duì)話(huà), 動(dòng)態(tài)圖形顯示動(dòng)態(tài)圖形顯示, 實(shí)施軟件精度補(bǔ)償實(shí)施軟件精度補(bǔ)償, 順順應(yīng)機(jī)床無(wú)人化要求。應(yīng)機(jī)床無(wú)人化要求。 4. 32位位CPU, 可控可控15軸軸, 分辨率分辨率, 0.0001mm, 進(jìn)給速進(jìn)給速度度24m/min, 可帶前饋控制的交流數(shù)字伺服可帶前饋控制的交流數(shù)字伺服, 智能化系統(tǒng)。智能化系統(tǒng)。 5. 64位系統(tǒng)。位系統(tǒng)。 6. 微機(jī)開(kāi)放式微機(jī)開(kāi)放式CNC系統(tǒng)。系統(tǒng)。二、數(shù)控系統(tǒng)的硬

3、件組成二、數(shù)控系統(tǒng)的硬件組成 圖圖3-1 數(shù)孔系統(tǒng)的硬件組成框圖數(shù)孔系統(tǒng)的硬件組成框圖 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件由微型機(jī)、外部設(shè)備、位置控制和計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的硬件由微型機(jī)、外部設(shè)備、位置控制和位置檢測(cè)、輸入輸出接口和操作面板組成。位置檢測(cè)、輸入輸出接口和操作面板組成。 (一一) 微型機(jī)微型機(jī) 微型機(jī)是微型機(jī)是CNC安裝的中心安裝的中心, 主要由微處置器、存儲(chǔ)器、輸主要由微處置器、存儲(chǔ)器、輸入輸出通道及聯(lián)絡(luò)這三者的總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)入輸出通道及聯(lián)絡(luò)這三者的總線(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)(AB)、控制總線(xiàn)、控制總線(xiàn)CB、地址總線(xiàn)、地址總線(xiàn)DB等組成。等組成。 微處置器是微型算機(jī)中的運(yùn)算器及控制部件，它是微型機(jī)微處置器是微型算

4、機(jī)中的運(yùn)算器及控制部件，它是微型機(jī)的中心，稱(chēng)為中央處置單元的中心，稱(chēng)為中央處置單元CPU。 內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存是微型機(jī)存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它與內(nèi)存儲(chǔ)器內(nèi)存是微型機(jī)存放程序和數(shù)據(jù)的部件，它與微處置器微處置器MPU直接交換信息，內(nèi)存儲(chǔ)器分為只讀存儲(chǔ)器直接交換信息，內(nèi)存儲(chǔ)器分為只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存儲(chǔ)器和隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。 二外部設(shè)備二外部設(shè)備 微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)外部設(shè)備，包括人機(jī)通訊設(shè)備，輸入、輸出設(shè)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)外部設(shè)備，包括人機(jī)通訊設(shè)備，輸入、輸出設(shè)備和外存儲(chǔ)器等。備和外存儲(chǔ)器等。 輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、紙帶輸入機(jī)光電閱讀機(jī)。輸入設(shè)備有鍵盤(pán)、紙帶輸入機(jī)光電閱讀機(jī)。 輸出設(shè)備有打印機(jī)、記錄儀、數(shù)碼顯示管和輸

5、出設(shè)備有打印機(jī)、記錄儀、數(shù)碼顯示管和CRT顯示器、紙顯示器、紙帶穿孔機(jī)。帶穿孔機(jī)。三輸入、輸出通道又稱(chēng)接口三輸入、輸出通道又稱(chēng)接口 輸入、輸出通道是微型機(jī)與機(jī)床之間的聯(lián)絡(luò)通道，經(jīng)過(guò)它微輸入、輸出通道是微型機(jī)與機(jī)床之間的聯(lián)絡(luò)通道，經(jīng)過(guò)它微型機(jī)向發(fā)送機(jī)床控制命令，并從機(jī)床上讀取加工信息。型機(jī)向發(fā)送機(jī)床控制命令，并從機(jī)床上讀取加工信息。四操作面板四操作面板 操作面板是操作人員用來(lái)與微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)展操作面板是操作人員用來(lái)與微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)展“對(duì)話(huà)的設(shè)備對(duì)話(huà)的設(shè)備。 三、數(shù)控系統(tǒng)軟件三、數(shù)控系統(tǒng)軟件 數(shù)控系統(tǒng)軟件是根據(jù)機(jī)床零件加工的實(shí)踐需求而編寫(xiě)的控?cái)?shù)控系統(tǒng)軟件是根據(jù)機(jī)床零件加工的實(shí)踐需求而編寫(xiě)的控制程序

6、。控制軟件普通有以下幾個(gè)部分組成：制程序。控制軟件普通有以下幾個(gè)部分組成： 一初始化程序一初始化程序 初始化是在數(shù)控安裝合上電源以后，自動(dòng)地對(duì)各有關(guān)接口初始化是在數(shù)控安裝合上電源以后，自動(dòng)地對(duì)各有關(guān)接口設(shè)置任務(wù)形狀，對(duì)有關(guān)存放器、存儲(chǔ)單元設(shè)置常數(shù)或清零。設(shè)置任務(wù)形狀，對(duì)有關(guān)存放器、存儲(chǔ)單元設(shè)置常數(shù)或清零。 二輸入數(shù)據(jù)處置程序二輸入數(shù)據(jù)處置程序 輸入數(shù)據(jù)處置程序?qū)⑤斎氲牧慵庸こ绦蛴靡?guī)范代碼表示的輸入數(shù)據(jù)處置程序?qū)⑤斎氲牧慵庸こ绦蛴靡?guī)范代碼表示的加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)展翻譯、整理，按所規(guī)定的格式存放。有些加工指令和數(shù)據(jù)進(jìn)展翻譯、整理，按所規(guī)定的格式存放。有些系統(tǒng)還要進(jìn)一步進(jìn)展刀具半徑偏移的計(jì)算，或?yàn)?/p>

7、插補(bǔ)運(yùn)算和速系統(tǒng)還要進(jìn)一步進(jìn)展刀具半徑偏移的計(jì)算，或?yàn)椴逖a(bǔ)運(yùn)算和速度控制等進(jìn)展一些預(yù)處置。度控制等進(jìn)展一些預(yù)處置。 有輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處置三項(xiàng)內(nèi)容。有輸入、譯碼、數(shù)據(jù)處置三項(xiàng)內(nèi)容。 (1) 輸入。輸入到輸入。輸入到CNC安裝的零件加工程序、控制參數(shù)和安裝的零件加工程序、控制參數(shù)和補(bǔ)償數(shù)據(jù)。程序是一次性輸入的，程序輸入需有讀入字符的中補(bǔ)償數(shù)據(jù)。程序是一次性輸入的，程序輸入需有讀入字符的中斷處置程序及輸入管理程序。斷處置程序及輸入管理程序。 2譯碼。將零件的輪廓信息和其他的輔助信息譯碼。將零件的輪廓信息和其他的輔助信息等翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的言語(yǔ)。在譯碼過(guò)程中，等翻譯成計(jì)算機(jī)內(nèi)部能識(shí)別的言語(yǔ)。在

8、譯碼過(guò)程中，還要完成對(duì)程序段的語(yǔ)法檢查，如發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤便立還要完成對(duì)程序段的語(yǔ)法檢查，如發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤便立刻報(bào)警。刻報(bào)警。 3數(shù)據(jù)處置。數(shù)據(jù)處置程序普通包括刀具半徑補(bǔ)數(shù)據(jù)處置。數(shù)據(jù)處置程序普通包括刀具半徑補(bǔ)償、速度計(jì)算以及輔助功能的處置等。償、速度計(jì)算以及輔助功能的處置等。 三插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制程序。三插補(bǔ)運(yùn)算及位置控制程序。 插補(bǔ)的義務(wù)是經(jīng)過(guò)插補(bǔ)計(jì)算程序在知有限信息的根底上進(jìn)展插補(bǔ)的義務(wù)是經(jīng)過(guò)插補(bǔ)計(jì)算程序在知有限信息的根底上進(jìn)展“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化任務(wù)，即在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)。數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化任務(wù)，即在起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)。 四速度控制程序四速度控制程序 速度控制程序的目的就是控制脈沖

9、分配的速度，即根據(jù)給速度控制程序的目的就是控制脈沖分配的速度，即根據(jù)給定的速度代碼，控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，以保證各軸按預(yù)定速度定的速度代碼，控制插補(bǔ)運(yùn)算的頻率，以保證各軸按預(yù)定速度進(jìn)給。當(dāng)速度明顯突變時(shí)，要進(jìn)展加減速控制，防止速度突變進(jìn)給。當(dāng)速度明顯突變時(shí)，要進(jìn)展加減速控制，防止速度突變呵斥伺服系統(tǒng)的失調(diào)。呵斥伺服系統(tǒng)的失調(diào)。 位置控制程序的主要義務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)位置控制程序的主要義務(wù)是在每個(gè)采樣周期內(nèi)，將插補(bǔ)計(jì)算的實(shí)際位置與實(shí)踐反響位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電算的實(shí)際位置與實(shí)踐反響位置相比較，用其差值去控制進(jìn)給電機(jī)，進(jìn)而控制任務(wù)臺(tái)或刀具的位移。機(jī)，進(jìn)而控制任務(wù)臺(tái)或刀具的位移。

10、 五系統(tǒng)管理程序五系統(tǒng)管理程序 為數(shù)據(jù)輸入、處置及切削加工過(guò)程效力的各個(gè)程序均由系為數(shù)據(jù)輸入、處置及切削加工過(guò)程效力的各個(gè)程序均由系統(tǒng)管理程序進(jìn)展調(diào)度，因此他是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)管理程序進(jìn)展調(diào)度，因此他是實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)協(xié)調(diào)任務(wù)的主體系統(tǒng)協(xié)調(diào)任務(wù)的主體軟件。軟件。 六診斷程序六診斷程序 診斷是指診斷是指CNC系統(tǒng)利用內(nèi)裝診斷程序進(jìn)展自診斷，主要有系統(tǒng)利用內(nèi)裝診斷程序進(jìn)展自診斷，主要有啟動(dòng)診斷和在線(xiàn)診斷兩種。啟動(dòng)診斷和在線(xiàn)診斷兩種。 啟動(dòng)診斷是指啟動(dòng)診斷是指CNC系統(tǒng)每次從通電開(kāi)場(chǎng)進(jìn)入正常的運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)備系統(tǒng)每次從通電開(kāi)場(chǎng)進(jìn)入正常的運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)備形狀中，診斷程序經(jīng)過(guò)掃描自動(dòng)檢查系統(tǒng)硬件、軟件及有關(guān)外形狀中，診斷程序經(jīng)過(guò)掃

11、描自動(dòng)檢查系統(tǒng)硬件、軟件及有關(guān)外設(shè)能否正常設(shè)能否正常 在線(xiàn)診斷程序是指在系統(tǒng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)形狀中，診斷程序定在線(xiàn)診斷程序是指在系統(tǒng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)形狀中，診斷程序定時(shí)中斷周期掃描檢查時(shí)中斷周期掃描檢查CNC系統(tǒng)本身以及各外設(shè)。只需系統(tǒng)不停系統(tǒng)本身以及各外設(shè)。只需系統(tǒng)不停電，在線(xiàn)診斷就不會(huì)停頓。電，在線(xiàn)診斷就不會(huì)停頓。 四、微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)四、微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)1較高的維修性和高可靠性；較高的維修性和高可靠性；2環(huán)境順應(yīng)性強(qiáng)；環(huán)境順應(yīng)性強(qiáng)；3控制的實(shí)時(shí)性；控制的實(shí)時(shí)性；4較完善的輸入輸出通道；較完善的輸入輸出通道；5較豐富的軟件；較豐富的軟件；6適當(dāng)?shù)挠?jì)算精度和運(yùn)動(dòng)精度。適當(dāng)?shù)挠?jì)算精度和運(yùn)動(dòng)精度

12、。3.2 插補(bǔ)原理插補(bǔ)原理 插補(bǔ)是指在一條知起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線(xiàn)上進(jìn)展數(shù)據(jù)點(diǎn)的插補(bǔ)是指在一條知起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線(xiàn)上進(jìn)展數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。插補(bǔ)的義務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，在一段零件輪密化。插補(bǔ)的義務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，在一段零件輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，計(jì)算出假設(shè)干個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)值。廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，計(jì)算出假設(shè)干個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)值。 目前常用的插補(bǔ)方法有：脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插目前常用的插補(bǔ)方法有：脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)兩類(lèi)。補(bǔ)兩類(lèi)。一、脈沖脈沖插補(bǔ)一、脈沖脈沖插補(bǔ) 脈沖增量插補(bǔ)為行程標(biāo)量插補(bǔ)。其特點(diǎn)是每次插補(bǔ)終了僅脈沖增量插補(bǔ)為行程標(biāo)量插補(bǔ)。其特點(diǎn)是每次插補(bǔ)終了僅產(chǎn)生一個(gè)行程增量，以一個(gè)個(gè)脈沖的

13、方式輸出，每插補(bǔ)運(yùn)算一產(chǎn)生一個(gè)行程增量，以一個(gè)個(gè)脈沖的方式輸出，每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多給每一軸一個(gè)進(jìn)給脈沖。脈沖增量插補(bǔ)算法主要運(yùn)用次，最多給每一軸一個(gè)進(jìn)給脈沖。脈沖增量插補(bǔ)算法主要運(yùn)用在開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中。在開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中。脈沖增量插補(bǔ)常用的方法有：脈沖增量插補(bǔ)常用的方法有：1. 逐點(diǎn)比較法及其改良法；逐點(diǎn)比較法及其改良法；2. 數(shù)字積分法及其改良法；數(shù)字積分法及其改良法；3. 數(shù)字脈沖乘法器法。數(shù)字脈沖乘法器法。一逐點(diǎn)比較法一逐點(diǎn)比較法 其根本思想是：走一步看一步；每走一步都要將加工點(diǎn)的瞬時(shí)其根本思想是：走一步看一步；每走一步都要將加工點(diǎn)的瞬時(shí)坐標(biāo)與給定軌跡相比較，決議下一步的走向。坐標(biāo)與給定軌

14、跡相比較，決議下一步的走向。 它是以折線(xiàn)來(lái)逼近直線(xiàn)或圓弧曲線(xiàn)的。它是以折線(xiàn)來(lái)逼近直線(xiàn)或圓弧曲線(xiàn)的。 1.逐點(diǎn)比較法直線(xiàn)插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法直線(xiàn)插補(bǔ)(1) 直線(xiàn)插補(bǔ)的原理直線(xiàn)插補(bǔ)的原理10月月15日日 如以下圖所示加工第一象限直線(xiàn)段如以下圖所示加工第一象限直線(xiàn)段: 起點(diǎn)為原點(diǎn)起點(diǎn)為原點(diǎn)O，終點(diǎn)為，終點(diǎn)為AXe，Ye，加工點(diǎn)為，加工點(diǎn)為mXm，Ym那么點(diǎn)那么點(diǎn)m相對(duì)于直相對(duì)于直線(xiàn)線(xiàn)OA有三種情況有三種情況:eXmXeYmXeXmYeXeYmXmY eYmXeXmYmF 令令， 作為直線(xiàn)插補(bǔ)的偏向判別式：作為直線(xiàn)插補(bǔ)的偏向判別式： 假設(shè)假設(shè)Fm=0，闡明，闡明m點(diǎn)在直線(xiàn)點(diǎn)在直線(xiàn)OA上；上； 假設(shè)假設(shè)Fm0

15、，闡明，闡明m點(diǎn)在直線(xiàn)點(diǎn)在直線(xiàn)OA上方上方;假設(shè)假設(shè)Fm0，闡明，闡明m點(diǎn)在直線(xiàn)點(diǎn)在直線(xiàn)OA下方。下方。A(Xe,Ye)YXm(Xm,Ym)mmO圖圖3-2 直線(xiàn)插補(bǔ)的原理圖直線(xiàn)插補(bǔ)的原理圖 假設(shè)假設(shè)Fm0，應(yīng)向，應(yīng)向+X方向走一步，新構(gòu)成的坐標(biāo)為：方向走一步，新構(gòu)成的坐標(biāo)為： 假設(shè)假設(shè)Fm0，應(yīng)向，應(yīng)向+Y方向走一方向走一步步,新構(gòu)成的坐標(biāo)為：新構(gòu)成的坐標(biāo)為：Xm+1=Xm+1， Ym+1=YmA(Xe,Ye)YXm(Xm,Ym)mmO圖圖4-2 直線(xiàn)插補(bǔ)的原理圖直線(xiàn)插補(bǔ)的原理圖eYmFeYmXeXmYmF 111新偏向?yàn)椋盒缕驗(yàn)椋篨m+1=Xm， Ym+1=Ym+1eXmFmF 1新偏向

16、為：新偏向?yàn)椋?綜上所述，逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)分四步：綜上所述，逐點(diǎn)比較直線(xiàn)插補(bǔ)分四步： 1) 1)偏向判別：判別偏向判別：判別FmFm的正負(fù)號(hào)；的正負(fù)號(hào)； 2) 2)坐標(biāo)進(jìn)給：控制坐標(biāo)進(jìn)給：控制X X或或Y Y坐坐 標(biāo)進(jìn)給一步；標(biāo)進(jìn)給一步； 3) 3)新偏向計(jì)算：新偏向計(jì)算： Fm+1 Fm+1； 4) 4)終點(diǎn)判別：執(zhí)行進(jìn)給的終點(diǎn)判別：執(zhí)行進(jìn)給的 總步數(shù)能否等于要求進(jìn)總步數(shù)能否等于要求進(jìn) 給的總步數(shù)。給的總步數(shù)。開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)Xe，YeX=0，Y=0，F(xiàn)m=0Jm=Xe+YeFm0+X向走一步向走一步+Y向走一步向走一步Fm+1= Fm-YeXm+1= Xm +1Fm+1= Fm+XeYm+1= Y

17、m +1Jm= Jm -1Jm =0終了終了YYNN 圖圖3-3 直線(xiàn)插補(bǔ)的框圖直線(xiàn)插補(bǔ)的框圖 例例1 1：插補(bǔ)第一象限直線(xiàn)段：插補(bǔ)第一象限直線(xiàn)段OAOA，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為，起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，終點(diǎn)為Xe=5Xe=5，Ye=3Ye=3OAYX 圖圖3-4 直線(xiàn)直線(xiàn)OA的插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程的插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程序序號(hào)號(hào)偏向偏向判別判別坐標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)給進(jìn)給新偏向計(jì)算新偏向計(jì)算終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別1F0=0+ XF1=F0-Ye=0-3=-3J1= J0-1=8-1=72F10+ XF3=F2-Ye=2-3=-1J3= J2-1=6-1=55F40+ XF5=F4-Ye=4-3=1J5= J4-1=4-1=36F50+

18、 XF6=F5-Ye=1-3=-2J6= J5-1=3-1=27F60+ XF8=F7-Ye=3-3=0J8= J7-1=1-1=0得得，時(shí)時(shí)，時(shí)時(shí)，解解：根根據(jù)據(jù)式式8350000011 JF)FXFF()FYFF(YXXYFmemmmemmememm4F30+ YF4=F3+Xe=-1+5=+4J4= J3-1=5-1=4OAYX 圖圖3-4 直線(xiàn)直線(xiàn)OA的插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程的插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程2不同象限的直線(xiàn)插補(bǔ)計(jì)算不同象限的直線(xiàn)插補(bǔ)計(jì)算L1Fm0, +XFm 0, +YY圖圖3-5 不同象限的直線(xiàn)插補(bǔ)原理圖不同象限的直線(xiàn)插補(bǔ)原理圖偏向計(jì)算公式：偏向計(jì)算公式：Fm0時(shí)時(shí)Fm+1=Fm-YeFm0時(shí)時(shí)

19、Fm+1=Fm+XeL2Fm0, -XFm 0, +YL3Fm0, -XFm 0, -YL4Fm0, +XFm 0, -YX 2. 2.逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ)逐點(diǎn)比較法圓弧插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ)的逐點(diǎn)比較法與直線(xiàn)插補(bǔ)步驟一樣，流程圖也一圓弧插補(bǔ)的逐點(diǎn)比較法與直線(xiàn)插補(bǔ)步驟一樣，流程圖也一樣，只是偏向判別函數(shù)樣，只是偏向判別函數(shù)Fm不同。不同。22222RmymxRmRmF 假設(shè)假設(shè)Fm=0，闡明，闡明m點(diǎn)在圓弧點(diǎn)在圓弧上上;假設(shè)假設(shè)Fm0，闡明，闡明m點(diǎn)在圓弧點(diǎn)在圓弧外外;m(Xm, Ym)A(Xp, Yp)B(Xe,Ye)XYRRm圖圖3-6 圓弧插補(bǔ)的原理圖圓弧插補(bǔ)的原理圖1插補(bǔ)原理插補(bǔ)原理假設(shè)假設(shè)Fm

20、0，應(yīng)向，應(yīng)向+Y方向走一步方向走一步, Ym+1=Ym+1, Xm+1=Xm12221211 mXmFRmYmXmFm(Xm, Ym)A(Xp, Yp)B(Xe,Ye)XYRRm圖圖3-6 圓弧插補(bǔ)的原理圖圓弧插補(bǔ)的原理圖12221211 mYmFRmYmXmF 終點(diǎn)判別：用終點(diǎn)判別：用X, Y方向應(yīng)走的方向應(yīng)走的總步數(shù)之和總步數(shù)之和JM。pYeYpXeXMJ 每走一步減每走一步減1，直至減為，直至減為0即至終點(diǎn)。即至終點(diǎn)。 例例2：插補(bǔ)第一象限逆時(shí)針圓弧：插補(bǔ)第一象限逆時(shí)針圓弧AB，起點(diǎn)坐標(biāo)，起點(diǎn)坐標(biāo)X0=6 ， Y0=0終點(diǎn)坐標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)為為Xe=0 ， Ye=6。OBYXA圖圖3-7 例

21、例2序序號(hào)號(hào)偏向偏向判別判別坐標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)給進(jìn)給新偏向新偏向終點(diǎn)判別終點(diǎn)判別01 23 456789101112計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)F0=0-X1112001 XFFJ1=J0-1=11X1=5, Y1=0F10+YJ2=J1-1=101012112 YFFX2=5, Y2=1F20+YJ3=J2-1=9X3=5, Y3=2712223 YFFF30+YJ4=J3-1=8X4=5, Y4=3212334 YFFF40-XJ6=J5-1=6X6=4, Y6=4412556 XFFF60-XJ8=J7-1=4X8=3, Y8=5212778 XFFF80-XJ10=J9-1=2X10=2, Y10=641

22、29910 XFFF100-XJ11=J10-1=1X11=1, Y11=6112101011 XFFF110-XJ12=J11-1=0X12=0, Y12=6012111112 XFFF0=0X0=6, Y0=0J0=12OBXYA圖圖3-7 例例2YFm0, -YFm 0, +X 圖圖3-8 順圓插補(bǔ)原理圖順圓插補(bǔ)原理圖Fm0, +XFm 0, +YFm0, +YFm 0, -XXFm0, -XFm 0, -YYFm0, -XFm 0, +Y 圖圖3-9 逆圓插補(bǔ)原理圖逆圓插補(bǔ)原理圖Fm0, -YFm 0, -XFm0, +XFm 0, -YXFm0, +YFm 0, +X 3. 3.逐點(diǎn)

23、比較法特點(diǎn)逐點(diǎn)比較法特點(diǎn) 進(jìn)給速度平穩(wěn)，可以方便地實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)、圓弧、拋物線(xiàn)等曲進(jìn)給速度平穩(wěn)，可以方便地實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)、圓弧、拋物線(xiàn)等曲線(xiàn)的插補(bǔ)；插補(bǔ)精度較高，插補(bǔ)誤差不超越一個(gè)脈沖當(dāng)量；改線(xiàn)的插補(bǔ)；插補(bǔ)精度較高，插補(bǔ)誤差不超越一個(gè)脈沖當(dāng)量；改良后的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)誤差不超越半個(gè)脈沖當(dāng)量。良后的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)誤差不超越半個(gè)脈沖當(dāng)量。( (二二) ) 數(shù)字積分法數(shù)字積分法 數(shù)字積分法又稱(chēng)數(shù)字微分分析法數(shù)字積分法又稱(chēng)數(shù)字微分分析法DDA ，是在數(shù)字積分器的，是在數(shù)字積分器的根底上建立起來(lái)的一種插補(bǔ)算法。其優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，根底上建立起來(lái)的一種插補(bǔ)算法。其優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，較容易地實(shí)現(xiàn)二次曲線(xiàn)、

24、高次曲線(xiàn)的插補(bǔ)，并具有運(yùn)算速度快、較容易地實(shí)現(xiàn)二次曲線(xiàn)、高次曲線(xiàn)的插補(bǔ)，并具有運(yùn)算速度快、運(yùn)用廣泛等特點(diǎn)。運(yùn)用廣泛等特點(diǎn)。 設(shè)函數(shù)設(shè)函數(shù)Y=ft，如以下圖求出曲線(xiàn)下面，如以下圖求出曲線(xiàn)下面t0到到tn區(qū)間的面積，區(qū)間的面積，普通運(yùn)用下面的積分公式：普通運(yùn)用下面的積分公式： 1. 1. 數(shù)字積分器的任務(wù)原理數(shù)字積分器的任務(wù)原理圖圖3-10 數(shù)字積分插補(bǔ)原理圖數(shù)字積分插補(bǔ)原理圖Ot2t1titi+1tntYY1Y2YiYi+1YnY=f(t) t nttYdtS0 假設(shè)把自變量的積分區(qū)間等假設(shè)把自變量的積分區(qū)間等分成許多有限的小區(qū)間分成許多有限的小區(qū)間t，這樣，這樣,求積分面積就轉(zhuǎn)化成求有限個(gè)小求

25、積分面積就轉(zhuǎn)化成求有限個(gè)小區(qū)間面積之和，即區(qū)間面積之和，即 1010nitiyniiSS 數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí), t普通取最小單位普通取最小單位“1，即一個(gè)，即一個(gè)脈沖周期，那么脈沖周期，那么 10niiyS 這樣，函數(shù)的積分運(yùn)算變成了變量的求和運(yùn)算，這樣，函數(shù)的積分運(yùn)算變成了變量的求和運(yùn)算，當(dāng)所選取的積分間隔當(dāng)所選取的積分間隔t足夠小時(shí)這種替代所引起的誤足夠小時(shí)這種替代所引起的誤差將不超越許用值。差將不超越許用值。12月月19日日 數(shù)字積分器通常由函數(shù)存放器、累加器和與門(mén)等組成，數(shù)數(shù)字積分器通常由函數(shù)存放器、累加器和與門(mén)等組成，數(shù)字積分器構(gòu)造框圖見(jiàn)圖字積分器構(gòu)造框圖見(jiàn)圖3-113-11。 其

26、任務(wù)過(guò)程為：每來(lái)一個(gè)其任務(wù)過(guò)程為：每來(lái)一個(gè)titi脈沖，與門(mén)翻開(kāi)一次，將函數(shù)存脈沖，與門(mén)翻開(kāi)一次，將函數(shù)存放器中的函數(shù)值送累加器里累加放器中的函數(shù)值送累加器里累加一次，令累加器的容量為一個(gè)單一次，令累加器的容量為一個(gè)單位面積，當(dāng)累加和超越累加器的位面積，當(dāng)累加和超越累加器的容量一個(gè)單位面積時(shí)，便發(fā)出溢容量一個(gè)單位面積時(shí)，便發(fā)出溢出脈沖，這樣累加過(guò)程中產(chǎn)生的出脈沖，這樣累加過(guò)程中產(chǎn)生的溢出脈沖總數(shù)就等于所求的總面溢出脈沖總數(shù)就等于所求的總面積，也就是所求積分值。積，也就是所求積分值。與門(mén)與門(mén)函數(shù)值存放器函數(shù)值存放器累加器累加器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 S ti圖圖3-11 數(shù)字積分器構(gòu)造框圖數(shù)字積分器構(gòu)造框

27、圖 設(shè)有不斷線(xiàn)設(shè)有不斷線(xiàn)OA, 起點(diǎn)為起點(diǎn)為O，終點(diǎn)，終點(diǎn)A的坐標(biāo)為的坐標(biāo)為 Xe, Ye，直線(xiàn)方程為：，直線(xiàn)方程為： 對(duì)上式求導(dǎo)得：對(duì)上式求導(dǎo)得：eXeYdtdxdtdy /2. 直線(xiàn)插補(bǔ)直線(xiàn)插補(bǔ)XeXeYY 由上式得由上式得:ekYdtdYekXdtdX ,YOX XA(Xe, Ye) Y圖圖3-11 直線(xiàn)積分插補(bǔ)得原理圖直線(xiàn)積分插補(bǔ)得原理圖對(duì)上述兩式積分得：對(duì)上述兩式積分得： )(2),(1tFdtekYYtFdtekXX 設(shè)動(dòng)點(diǎn)在原點(diǎn)的時(shí)間為設(shè)動(dòng)點(diǎn)在原點(diǎn)的時(shí)間為t0, 到達(dá)終點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)A(Xe, Ye)的時(shí)間為的時(shí)間為tn， 那么上式那么上式可變?yōu)椋嚎勺優(yōu)椋篨=kXe1Y=kYe1 1

28、00niitekXeXnttdtekX 100niitekYeYnttdtekY 選擇選擇k時(shí)主要思索每次的增量時(shí)主要思索每次的增量X或或Y不大于不大于1，即，即knnk11 取取ti=1，那么，那么 假設(shè)存放假設(shè)存放Xe，Ye存放器的位數(shù)是存放器的位數(shù)是N，對(duì)應(yīng)最大允許數(shù)字，對(duì)應(yīng)最大允許數(shù)字量為量為2N-1各位均為各位均為1，所以，所以Xe，Ye最大存放數(shù)值為最大存放數(shù)值為2N-1，那么那么NNNekk)(kkX21121112 取取 因因n=1/k，故累加次數(shù)，故累加次數(shù)n=2N。X 函 數(shù) 存 放 器函 數(shù) 存 放 器JVX與門(mén)與門(mén)X 累 加 器累 加 器JRXY 函 數(shù) 存 放 器函

29、數(shù) 存 放 器JVY與門(mén)與門(mén)Y累加器累加器JRY t X Y圖圖3-12 平面直線(xiàn)的插補(bǔ)框圖平面直線(xiàn)的插補(bǔ)框圖 每個(gè)坐標(biāo)軸的積分器由累加器和被積函數(shù)存放器組成，每個(gè)坐標(biāo)軸的積分器由累加器和被積函數(shù)存放器組成，被積函數(shù)存放器存放終點(diǎn)坐標(biāo)值，每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間間隔被積函數(shù)存放器存放終點(diǎn)坐標(biāo)值，每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間間隔t，將被積函數(shù)值向各自的累加器中累加，當(dāng)累加結(jié)果超出存放將被積函數(shù)值向各自的累加器中累加，當(dāng)累加結(jié)果超出存放器容量時(shí)，就溢出一個(gè)脈沖。器容量時(shí)，就溢出一個(gè)脈沖。 例例3 設(shè)有不斷線(xiàn)設(shè)有不斷線(xiàn)OE，如圖，如圖3-13所示起點(diǎn)坐標(biāo)所示起點(diǎn)坐標(biāo)O(0，0)，終點(diǎn)坐標(biāo)為，終點(diǎn)坐標(biāo)為A(4，3)，累加器和

30、存放器的，累加器和存放器的位數(shù)為位數(shù)為3位，其最大可存放數(shù)值為位，其最大可存放數(shù)值為7J8時(shí)溢出。時(shí)溢出。假設(shè)用二進(jìn)制計(jì)算，起點(diǎn)坐標(biāo)假設(shè)用二進(jìn)制計(jì)算，起點(diǎn)坐標(biāo)O000，000，終，終點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)E(100，011)，J1000時(shí)溢出。試采用時(shí)溢出。試采用DDA法對(duì)其進(jìn)展插補(bǔ)。法對(duì)其進(jìn)展插補(bǔ)。XYOA 1 2 3 44 3 2 1圖圖3-13 例例3累加次累加次數(shù)數(shù) ( t) X積分器積分器 Y積分器積分器 終點(diǎn)終點(diǎn) 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 JE JVX JRX X JVY JRY Y 0 4 0 3 0 0 100 011 000 1 4 0+4=4 3 0+3=3 1 100 000+100=100

31、011 000+011=011 001 2 4 4+4=8+0 1 3 3+3=6 2 100 100+100=1000 011 011+011=110 010 3 4 0+4=4 3 6+3=8+1 1 3 100 000+100=100 011 110+011=1001 011 4 4 4+4=8+0 1 3 1+3=4 4 100 100+100=1000 011 001+011=100 100 表表3 DDA3 DDA直線(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程直線(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程5 4 0+4=4 3 4+3=7 5 100 000+100=100 011 100+011=111 101 6 4 4+4=8+0 1

32、 3 7+3=8+2 1 6 100 100+100=1000 011 110 7 4 0+4=4 3 2+3=5 7 100 000+100=100 011 111 84 4+4=8+0 1 3 5+3=8+0 1 8 100 100+100=1000 011 101+011=1000 1000 010+011=101111+011=1010XYOA 1 2 3 44 3 2 1圖圖3-13 例例3 3. 3. 圓弧插補(bǔ)圓弧插補(bǔ) 以第一象限逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)為例以第一象限逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)為例來(lái)論述插補(bǔ)的原理。圓的方程為：來(lái)論述插補(bǔ)的原理。圓的方程為：022222 dtdYYdtdXXRYX求求導(dǎo)導(dǎo)

33、得得：XvdtdXYvdtdYYXdtdXdtdY ，式中：式中：/由上式得由上式得:ikXdtdYikYdtdX ,式中：式中：k常數(shù)。常數(shù)。 圖圖3-14 積分圓弧插補(bǔ)的原理圖積分圓弧插補(bǔ)的原理圖XYRA(X0, Y0)Pi(Xi, Yi)B(Xe, Ye)vXvYP 設(shè)起點(diǎn)設(shè)起點(diǎn)A對(duì)應(yīng)的時(shí)間為對(duì)應(yīng)的時(shí)間為t0，并取并取t0=0，終點(diǎn)時(shí)間為，終點(diǎn)時(shí)間為tn，對(duì)上，對(duì)上式進(jìn)展積分得：式進(jìn)展積分得： nttniitiXkYeYdtiXknttniitiYkXeXdtiYk01000100 DDA圓弧插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)與DDA直線(xiàn)插補(bǔ)有所不同直線(xiàn)插補(bǔ)有所不同, 在直線(xiàn)插補(bǔ)時(shí)在直線(xiàn)插補(bǔ)時(shí), 被被積函數(shù)

34、存放器的數(shù)值為常數(shù)積函數(shù)存放器的數(shù)值為常數(shù)(Ye, Ye); 而在圓弧插補(bǔ)時(shí)而在圓弧插補(bǔ)時(shí), 存放器中存放器中存的是存的是X、Y坐標(biāo)的瞬時(shí)值坐標(biāo)的瞬時(shí)值, 所以當(dāng)存放器中有溢出時(shí)所以當(dāng)存放器中有溢出時(shí), 需求及時(shí)需求及時(shí)修正存放器中的修正存放器中的Xi 和和Yi值。值。 圖圖3-15 積分圓弧插補(bǔ)的原理圖積分圓弧插補(bǔ)的原理圖XYRA(X0, Y0)Pi(Xi, Yi)B(Xe, Ye)vXvYP 例例4 設(shè)有第一象限順圓設(shè)有第一象限順圓AB，如圖，如圖3-16所示，起點(diǎn)所示，起點(diǎn)A(0，5)，終點(diǎn)終點(diǎn)B5，0，所選存放器位數(shù)，所選存放器位數(shù)n=3。假設(shè)用二進(jìn)制計(jì)算，起。假設(shè)用二進(jìn)制計(jì)算，起點(diǎn)坐

35、標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)A000，101，終點(diǎn)坐標(biāo)，終點(diǎn)坐標(biāo)B101，000，試用，試用DDA法法對(duì)此圓弧進(jìn)展插補(bǔ)。對(duì)此圓弧進(jìn)展插補(bǔ)。 A(0,5) 4 2 35 4 Y O 1 2 3 X B(5,0) 5 1 圖圖3-16 例例4表表4 DDA圓弧插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程圓弧插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程累加次累加次數(shù)數(shù) (t) X積分器積分器 Y積分器積分器 JVX JRX X JEX JVY JRY Y JEY 0 5 0 5 0 0 5 101 101 000 000 101 1 5 0+5=5 5 0 0 0 0 5 101 000+101=101 101000 000+000=000 101 2 5 5+5=8+2 1 4

36、0 00 0 5 101 101+101=1010 100 000 101 1 001 000+000=0003 5 5+2=7 4 1 1 5 101 101010111 100 001 001000001 101 4 5 5+7=8+4 1 3 1 1+1=2 5 101 1011111100 011 001 001001010 101 2 010 5 5 5+4=81 1 2 2 2+2=4 5 101 1011001001 010 010 010010100 101 3 011 6 5 5+1=6 2 3 3+4=7 5 101 101001110 010 011 011100111

37、101 7 5 5+6=8+3 1 1 3 3+7=8+2 1 4 101 1011101011 001 011 0111111010 100 4 4 100 100 8 4 4+3=7 1 4 4+2=6 4 100 100011111 001 100 100010110 100 12 2 5 5+4=8+1 1 1 010 101 101+100=1001 001 1 001 13 1 5 5+1=6 1 001 101 101001110 001 14 1 5 5+6=8+3 1 0 001 101 101+110=1011 000 0 000 15 0 5 停 止 101 A(0,5)

38、 4 2 35 4 Y O 1 2 3 X B(5,0) 5 1 圖圖圖圖3-16 例例410月月22日日 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱(chēng)為時(shí)間分割法，它是根據(jù)程編進(jìn)給速度數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱(chēng)為時(shí)間分割法，它是根據(jù)程編進(jìn)給速度F F，將給定輪廓曲線(xiàn)按插補(bǔ)周期，將給定輪廓曲線(xiàn)按插補(bǔ)周期T T分割為插補(bǔ)進(jìn)給段，即用一分割為插補(bǔ)進(jìn)給段，即用一系列首尾相連的微小線(xiàn)段來(lái)逼近給定曲線(xiàn)。每經(jīng)過(guò)一個(gè)插補(bǔ)系列首尾相連的微小線(xiàn)段來(lái)逼近給定曲線(xiàn)。每經(jīng)過(guò)一個(gè)插補(bǔ)周期就進(jìn)展一次插補(bǔ)計(jì)算，算出下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)。周期就進(jìn)展一次插補(bǔ)計(jì)算，算出下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)。 插補(bǔ)周期越長(zhǎng)，插補(bǔ)計(jì)算誤差越大，插補(bǔ)周期應(yīng)盡量選插補(bǔ)周期越長(zhǎng)，插補(bǔ)計(jì)算誤差越大，插補(bǔ)周期應(yīng)

39、盡量選得小一些。得小一些。 采樣是指由時(shí)間上延續(xù)信號(hào)取出不延續(xù)信號(hào)，對(duì)時(shí)間上延采樣是指由時(shí)間上延續(xù)信號(hào)取出不延續(xù)信號(hào)，對(duì)時(shí)間上延續(xù)的信號(hào)進(jìn)展采樣，就是經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣開(kāi)關(guān)續(xù)的信號(hào)進(jìn)展采樣，就是經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣開(kāi)關(guān)K K后，在采樣開(kāi)關(guān)后，在采樣開(kāi)關(guān)的輸出端構(gòu)成一連串的脈沖信號(hào)。這種把時(shí)間上延續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)的輸出端構(gòu)成一連串的脈沖信號(hào)。這種把時(shí)間上延續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)變成時(shí)間上離散的脈沖系列的過(guò)程稱(chēng)為采樣過(guò)程。變成時(shí)間上離散的脈沖系列的過(guò)程稱(chēng)為采樣過(guò)程。 二、數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)二、數(shù)據(jù)采樣法插補(bǔ)( (一一) ) 兩軸聯(lián)動(dòng)直線(xiàn)插補(bǔ)原理兩軸聯(lián)動(dòng)直線(xiàn)插補(bǔ)原理 設(shè)要加工圖設(shè)要加工圖3-17所示直線(xiàn)所示直線(xiàn)OE，起點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，起

40、點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)O(0, 0)，終點(diǎn)，終點(diǎn)為為E(Xe, Ye)，直線(xiàn)與，直線(xiàn)與X軸夾角為，那么有軸夾角為，那么有E(Xe, Ye) A X YOXY圖圖3-17 直線(xiàn)插補(bǔ)原理圖直線(xiàn)插補(bǔ)原理圖eeXYtg 211tgcos XtgxXYYcosfXee 式中式中f為已計(jì)算出的一次插補(bǔ)進(jìn)給量。為已計(jì)算出的一次插補(bǔ)進(jìn)給量。二圓弧插補(bǔ)二圓弧插補(bǔ) 圓弧插補(bǔ)，需先根據(jù)指令中的進(jìn)給速度圓弧插補(bǔ)，需先根據(jù)指令中的進(jìn)給速度F，計(jì)算出輪廓步，計(jì)算出輪廓步長(zhǎng)長(zhǎng)f，再進(jìn)展插補(bǔ)計(jì)算。以弦線(xiàn)逼近圓弧，就是以輪廓步長(zhǎng)為圓，再進(jìn)展插補(bǔ)計(jì)算。以弦線(xiàn)逼近圓弧，就是以輪廓步長(zhǎng)為圓弧上相鄰兩個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)之間的弦長(zhǎng)，由前一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)和輪

41、弧上相鄰兩個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)之間的弦長(zhǎng)，由前一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)和輪廓步長(zhǎng)，計(jì)算后一插補(bǔ)點(diǎn)，本質(zhì)上是求后一插補(bǔ)點(diǎn)到前一插補(bǔ)廓步長(zhǎng)，計(jì)算后一插補(bǔ)點(diǎn)，本質(zhì)上是求后一插補(bǔ)點(diǎn)到前一插補(bǔ)點(diǎn)兩個(gè)坐標(biāo)軸的進(jìn)給量點(diǎn)兩個(gè)坐標(biāo)軸的進(jìn)給量X, Y。 圖中A(Xi,Yi )為當(dāng)前點(diǎn)，B(Xi+1,Yi+1為插補(bǔ)后到達(dá)的點(diǎn)，AB弦是圓弧插補(bǔ)時(shí)在一個(gè)插補(bǔ)周期的步長(zhǎng)f。O B(Xi+1,Yi+1) A(Xi,Yi) G Y YX M H X X 圖圖3-18 圓弧插補(bǔ)原理圖圓弧插補(bǔ)原理圖 i22121)XX(RYY)YY(fcosfXiiiiiii = i+ /2 3.3 3.3 刀具補(bǔ)償原理刀具補(bǔ)償原理 二、刀具補(bǔ)償?shù)脑矶⒌毒哐a(bǔ)償

42、的原理一、根本概念一、根本概念 在輪廓加工過(guò)程中，思索刀具的半徑，或加工后仍需求留一在輪廓加工過(guò)程中，思索刀具的半徑，或加工后仍需求留一定的加工余量，需求時(shí)刀具的中心偏離零件的實(shí)踐輪廓，這一過(guò)定的加工余量，需求時(shí)刀具的中心偏離零件的實(shí)踐輪廓，這一過(guò)程稱(chēng)為刀具補(bǔ)償。程稱(chēng)為刀具補(bǔ)償。刀具補(bǔ)償普通分為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。刀具補(bǔ)償普通分為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。銑刀主要是刀具半徑補(bǔ)償；銑刀主要是刀具半徑補(bǔ)償；鉆頭只需長(zhǎng)度補(bǔ)償；鉆頭只需長(zhǎng)度補(bǔ)償；車(chē)刀需求兩坐標(biāo)長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。車(chē)刀需求兩坐標(biāo)長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。 三三 、刀具半徑補(bǔ)償算法、刀具半徑補(bǔ)償算法 刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算：根據(jù)零件

43、尺寸和刀具半徑值計(jì)算出刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算：根據(jù)零件尺寸和刀具半徑值計(jì)算出刀具中心軌跡。對(duì)于普通的刀具中心軌跡。對(duì)于普通的CNCCNC安裝，所能實(shí)現(xiàn)的輪廓僅限于安裝，所能實(shí)現(xiàn)的輪廓僅限于直線(xiàn)和圓弧。刀具半徑補(bǔ)償分直線(xiàn)和圓弧。刀具半徑補(bǔ)償分B B功能刀補(bǔ)與功能刀補(bǔ)與C C功能刀補(bǔ)。功能刀補(bǔ)。 (一) B功能刀補(bǔ)計(jì)算 B功能刀補(bǔ)能根據(jù)本段程序的輪廓尺寸進(jìn)展刀具半徑補(bǔ)償，不能處理程序段之間的過(guò)渡問(wèn)題，編程人員必需先估計(jì)刀補(bǔ)后能夠出現(xiàn)的延續(xù)點(diǎn)和交叉點(diǎn)等情況，進(jìn)展人為處置。 1. 直線(xiàn)刀具補(bǔ)償計(jì)算 對(duì)直線(xiàn)而言，刀具補(bǔ)償后的軌跡是與原直線(xiàn)平行的直線(xiàn)，只需求計(jì)算出刀具中心軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。 在圖在圖3-1

44、9中知中知O和和A點(diǎn)的點(diǎn)的坐標(biāo)坐標(biāo), 求出求出A的坐標(biāo)的坐標(biāo)22eyexeryexex 22eyexerxeyey OO),(eeyxA),(eeyxAyxr 圖圖3-19 直線(xiàn)刀具補(bǔ)償直線(xiàn)刀具補(bǔ)償 Y X YYYXXXeeee 22eeeYXYrsinrX 22eeeYXXrcosrY 2. 圓弧刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算圓弧刀具半徑補(bǔ)償計(jì)算Rerxexex Reryeyey ),(eyexB)0, 0(yxA),(eyexB )0, 0(yxA XYRr圖圖3-20 圓弧刀具半徑插補(bǔ)圓弧刀具半徑插補(bǔ) 知知A、B、A點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo), 求求出出B的坐標(biāo)。的坐標(biāo)。 對(duì)于圓弧而言，刀具補(bǔ)償后的刀具中心軌跡

45、是一個(gè)與圓弧同心的一段圓弧。只需計(jì)算刀補(bǔ)后圓弧的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)值。 二二C C刀具半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償 1. 根本概念根本概念 采用直線(xiàn)或圓弧過(guò)渡，采用直線(xiàn)或圓弧過(guò)渡， 直接由數(shù)控系統(tǒng)求出刀具中心軌直接由數(shù)控系統(tǒng)求出刀具中心軌跡交點(diǎn)的刀具半徑補(bǔ)償方法稱(chēng)為跡交點(diǎn)的刀具半徑補(bǔ)償方法稱(chēng)為C功能刀具補(bǔ)償，簡(jiǎn)稱(chēng)功能刀具補(bǔ)償，簡(jiǎn)稱(chēng)C刀補(bǔ)。刀補(bǔ)。 B刀補(bǔ)采用讀一段，算一段，再走一段的控制方法，這刀補(bǔ)采用讀一段，算一段，再走一段的控制方法，這樣，無(wú)法估計(jì)到由于刀具半徑所呵斥的下一段加工軌跡對(duì)本樣，無(wú)法估計(jì)到由于刀具半徑所呵斥的下一段加工軌跡對(duì)本程序段加工軌跡的影響。程序段加工軌跡的影響。 C功能刀具補(bǔ)償是

46、為處理這一問(wèn)題功能刀具補(bǔ)償是為處理這一問(wèn)題提出的。提出的。 C功能刀補(bǔ)更為完善，這種方法能根據(jù)相鄰輪廓段的信功能刀補(bǔ)更為完善，這種方法能根據(jù)相鄰輪廓段的信息自動(dòng)處置兩個(gè)程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，并自動(dòng)在轉(zhuǎn)接息自動(dòng)處置兩個(gè)程序段刀具中心軌跡的轉(zhuǎn)換，并自動(dòng)在轉(zhuǎn)接點(diǎn)處插入過(guò)渡圓弧或直線(xiàn)從而防止刀具干涉和斷點(diǎn)情況。點(diǎn)處插入過(guò)渡圓弧或直線(xiàn)從而防止刀具干涉和斷點(diǎn)情況。 2. C 2. C刀具補(bǔ)償?shù)母驹O(shè)計(jì)思想刀具補(bǔ)償?shù)母驹O(shè)計(jì)思想 任務(wù)存放區(qū)任務(wù)存放區(qū)AS存放正在加工的程序段信息；存放正在加工的程序段信息； 刀補(bǔ)緩沖區(qū)刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS存放下一個(gè)加工程序段的信息；存放下一個(gè)加工程序段的信息； 緩沖存放區(qū)緩沖存

47、放區(qū)BS存放再下一個(gè)加工程序段的信息；存放再下一個(gè)加工程序段的信息；輸出存放區(qū)輸出存放區(qū)OS存放進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制信息；存放進(jìn)給伺服系統(tǒng)的控制信息； 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，第一段程序首先被讀入當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，第一段程序首先被讀入 BS ，算出其編程軌跡后送入算出其編程軌跡后送入CS暫存；暫存； 第二段程序讀入第二段程序讀入 BS ，算出其編程軌跡，修正，算出其編程軌跡，修正CS中的第一段編程軌跡。之后，將第一段編程軌中的第一段編程軌跡。之后，將第一段編程軌跡由跡由CS送入送入AS，第二段編程軌跡由，第二段編程軌跡由BS送入送入CS。緩沖存放區(qū)緩沖存放區(qū)BS刀補(bǔ)緩沖區(qū)刀補(bǔ)緩沖區(qū)CS任務(wù)存放區(qū)任務(wù)存放區(qū)AS

48、輸出存放區(qū)輸出存放區(qū)OS 圖圖3-21 隨后隨后CPU將將AS中的內(nèi)容送到中的內(nèi)容送到OS進(jìn)展插補(bǔ)運(yùn)算；進(jìn)展插補(bǔ)運(yùn)算；同時(shí)同時(shí)CPU又命令把第三段程序讀入又命令把第三段程序讀入BS，反復(fù)上述，反復(fù)上述處置過(guò)程。處置過(guò)程。3.4 數(shù)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)造數(shù)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)造 從從CNCCNC系統(tǒng)適用的微機(jī)及構(gòu)造來(lái)分，系統(tǒng)適用的微機(jī)及構(gòu)造來(lái)分，CNCCNC系統(tǒng)的硬件構(gòu)造分系統(tǒng)的硬件構(gòu)造分為單微處置器和多微處置器構(gòu)造兩大類(lèi)。經(jīng)濟(jì)型為單微處置器和多微處置器構(gòu)造兩大類(lèi)。經(jīng)濟(jì)型CNCCNC系統(tǒng)采用單系統(tǒng)采用單微處置器構(gòu)造。而為滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的高進(jìn)給速度、高加工精度微處置器構(gòu)造。而為滿(mǎn)足數(shù)控機(jī)床的高進(jìn)給速度、高加工精

49、度和實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜功能的要求那么采用多微處置器構(gòu)造。和實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜功能的要求那么采用多微處置器構(gòu)造。一、單微處置器構(gòu)造一、單微處置器構(gòu)造 該該CNC安裝中只需一個(gè)微處置器，因此多采用集中控制，安裝中只需一個(gè)微處置器，因此多采用集中控制，分時(shí)處置的方式完成數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)義務(wù)。單微處置器分時(shí)處置的方式完成數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)義務(wù)。單微處置器CNC安安裝組成框圖如以下圖所示。裝組成框圖如以下圖所示。總線(xiàn)總線(xiàn)CPUEPROMRAMMDI/CRT接口接口PLC紙帶閱讀機(jī)接口紙帶閱讀機(jī)接口I/O接口接口位置控制位置控制穿孔機(jī)、電穿孔機(jī)、電傳機(jī)接口傳機(jī)接口通訊接口通訊接口數(shù)控面板數(shù)控面板CRT紙帶閱讀機(jī)紙帶閱讀機(jī)紙

50、帶穿孔機(jī)紙帶穿孔機(jī)電傳機(jī)電傳機(jī)機(jī)床機(jī)床速度控制單元速度控制單元M圖圖3-22 單微處置器單微處置器CNC安裝組成框圖安裝組成框圖 單微處置器單微處置器CNC安裝組成硬件的作用安裝組成硬件的作用 微處置器微處置器 微處置器是微處置器是CNC安裝的中心，由于一切數(shù)控功能都由一個(gè)安裝的中心，由于一切數(shù)控功能都由一個(gè)CPU來(lái)完成，因此來(lái)完成，因此CNC安裝的功能受微處置器的字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬安裝的功能受微處置器的字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址才干和運(yùn)算速度等要素的限制。為了提高處置速度，度、尋址才干和運(yùn)算速度等要素的限制。為了提高處置速度，加強(qiáng)數(shù)控功能，常采用以下措施：加強(qiáng)數(shù)控功能，常采用以下措施： 采用協(xié)處置器；采

51、用協(xié)處置器； 由硬件完成一部分插補(bǔ)任務(wù)；由硬件完成一部分插補(bǔ)任務(wù)； 采用帶有微處置器的采用帶有微處置器的PLC和和CRT等智能部件。等智能部件。 普通普通CNC安裝通常采用安裝通常采用16位或位或32位微處置器芯片。如今的位微處置器芯片。如今的CNC安裝都采用安裝都采用64位微處置器芯片。位微處置器芯片。 2. 總線(xiàn)總線(xiàn) 總線(xiàn)是由物理導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成，從功能上說(shuō)，普通可以分為三組。總線(xiàn)是由物理導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成，從功能上說(shuō)，普通可以分為三組。 (1)數(shù)據(jù)線(xiàn)：這一組線(xiàn)為各部件之間傳輸數(shù)據(jù)，線(xiàn)的根數(shù)與數(shù)據(jù)線(xiàn)：這一組線(xiàn)為各部件之間傳輸數(shù)據(jù)，線(xiàn)的根數(shù)與傳送的數(shù)據(jù)寬度相等，它總是并行地一次傳送傳送的數(shù)據(jù)寬度相等，它總是并

52、行地一次傳送n位寬度的一個(gè)字，位寬度的一個(gè)字，采用單向線(xiàn)。采用單向線(xiàn)。 (2)地址線(xiàn)：其上傳輸?shù)氖堑刂沸盘?hào)，與數(shù)據(jù)線(xiàn)結(jié)合運(yùn)用，以地址線(xiàn)：其上傳輸?shù)氖堑刂沸盘?hào)，與數(shù)據(jù)線(xiàn)結(jié)合運(yùn)用，以確定數(shù)據(jù)總線(xiàn)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來(lái)源或目的地，采用單向線(xiàn)。確定數(shù)據(jù)總線(xiàn)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)來(lái)源或目的地，采用單向線(xiàn)。 (3)控制線(xiàn)：其上傳輸?shù)氖枪芾砜偩€(xiàn)的某些控制信號(hào)，如數(shù)據(jù)控制線(xiàn)：其上傳輸?shù)氖枪芾砜偩€(xiàn)的某些控制信號(hào)，如數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖x寫(xiě)控制、中斷復(fù)位及各種確認(rèn)信號(hào)，采用單向線(xiàn)。傳輸?shù)淖x寫(xiě)控制、中斷復(fù)位及各種確認(rèn)信號(hào)，采用單向線(xiàn)。 3. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是用來(lái)存放數(shù)據(jù)、參數(shù)和程序的。存儲(chǔ)器是用來(lái)存放數(shù)據(jù)、參數(shù)和程序的。 (1) CNC

53、安裝的系統(tǒng)程序存放在只讀存儲(chǔ)器安裝的系統(tǒng)程序存放在只讀存儲(chǔ)器EPROM中，即使中，即使斷電，程序也不會(huì)喪失。常用的斷電，程序也不會(huì)喪失。常用的EPROM有：有：2716、2732、2764、27128、27256、27010等。等。 (2) 運(yùn)算的中間結(jié)果存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器運(yùn)算的中間結(jié)果存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，它可以隨機(jī)中，它可以隨機(jī)讀寫(xiě)，但斷電后信息隨即消逝。讀寫(xiě)，但斷電后信息隨即消逝。 (3) 零件加工程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)存放在有后備電池的零件加工程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)存放在有后備電池的 RAM中，中，或是磁泡存儲(chǔ)器中，能隨機(jī)讀取，操作或修正并且斷電后，信息或是磁泡存儲(chǔ)器中，能隨機(jī)讀取，操作或修正并

54、且斷電后，信息仍保管。仍保管。4. PLC PLC用以替代傳統(tǒng)的機(jī)床強(qiáng)電繼電器邏輯控制。經(jīng)過(guò)程序用以替代傳統(tǒng)的機(jī)床強(qiáng)電繼電器邏輯控制。經(jīng)過(guò)程序進(jìn)展邏輯運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)展邏輯運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)M、S、T功能的譯碼與控制。功能的譯碼與控制。 PLC有內(nèi)裝型和獨(dú)立型兩種。內(nèi)裝型有內(nèi)裝型和獨(dú)立型兩種。內(nèi)裝型PLC是是CNC安裝的一個(gè)安裝的一個(gè)部件，可以共享部件，可以共享CNC安裝的安裝的CPU，也可以配置單獨(dú)的，也可以配置單獨(dú)的CPU。獨(dú)。獨(dú)立型立型PLC完全獨(dú)立于完全獨(dú)立于CNC安裝，本身具有完備的硬件安裝，本身具有完備的硬件CPU、ROM、RAM等和軟件，可以獨(dú)立完成規(guī)定的控制義務(wù)。等和軟件，可以獨(dú)立完成規(guī)定

55、的控制義務(wù)。5. 位置控制位置控制 CNC安裝中的位置控制模塊和速度控制單元、位置檢測(cè)及反安裝中的位置控制模塊和速度控制單元、位置檢測(cè)及反響控制等組成位置環(huán)。位置環(huán)主要用于軸進(jìn)給的坐標(biāo)位置控制，響控制等組成位置環(huán)。位置環(huán)主要用于軸進(jìn)給的坐標(biāo)位置控制，包括任務(wù)臺(tái)的前后左右挪動(dòng)、主軸箱的挪動(dòng)及繞某不斷線(xiàn)坐標(biāo)包括任務(wù)臺(tái)的前后左右挪動(dòng)、主軸箱的挪動(dòng)及繞某不斷線(xiàn)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。軸控制性能的高低對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度、軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。軸控制性能的高低對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度、外表粗糙度和加工效率影響極大。外表粗糙度和加工效率影響極大。6. I/O接口接口 對(duì)對(duì)CNC安裝來(lái)說(shuō)，由機(jī)床向安裝來(lái)說(shuō)，由機(jī)床向CNC

56、傳送的信號(hào)稱(chēng)為輸入信傳送的信號(hào)稱(chēng)為輸入信號(hào)，由號(hào)，由CNC向機(jī)床傳送的信號(hào)稱(chēng)為輸出信號(hào)。輸入輸出信號(hào)向機(jī)床傳送的信號(hào)稱(chēng)為輸出信號(hào)。輸入輸出信號(hào)的主要類(lèi)型有：直流數(shù)字、模擬輸入信號(hào)，直流數(shù)字、模擬的主要類(lèi)型有：直流數(shù)字、模擬輸入信號(hào)，直流數(shù)字、模擬輸出信號(hào)；交流輸入信號(hào)，交流輸出信號(hào)。輸出信號(hào)；交流輸入信號(hào)，交流輸出信號(hào)。 直流模擬信號(hào)用于進(jìn)給坐標(biāo)軸和主軸的伺服控制或其它接直流模擬信號(hào)用于進(jìn)給坐標(biāo)軸和主軸的伺服控制或其它接納、發(fā)送模擬量信號(hào)的設(shè)備。交流信號(hào)用于直接納、發(fā)送模擬量信號(hào)的設(shè)備。交流信號(hào)用于直接 控制功率執(zhí)控制功率執(zhí)行器件。接口電路的主要義務(wù)：行器件。接口電路的主要義務(wù)： 進(jìn)展電平轉(zhuǎn)換

57、和功率放大。進(jìn)展電平轉(zhuǎn)換和功率放大。 為防止噪聲引起誤動(dòng)作，對(duì)為防止噪聲引起誤動(dòng)作，對(duì)CNC和機(jī)床之間的信號(hào)進(jìn)和機(jī)床之間的信號(hào)進(jìn)展電氣隔離。展電氣隔離。 采用模擬量傳送時(shí)，在采用模擬量傳送時(shí)，在CNC和機(jī)床電氣設(shè)備之間要接和機(jī)床電氣設(shè)備之間要接入入D/A和和A/D轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路。 信號(hào)在傳輸過(guò)程中，由于衰減、噪聲和反射等影響，會(huì)信號(hào)在傳輸過(guò)程中，由于衰減、噪聲和反射等影響，會(huì)發(fā)生畸變。為此要根據(jù)信號(hào)類(lèi)別及傳輸線(xiàn)質(zhì)量，采取一定措施發(fā)生畸變。為此要根據(jù)信號(hào)類(lèi)別及傳輸線(xiàn)質(zhì)量，采取一定措施并限制信號(hào)的傳輸間隔。并限制信號(hào)的傳輸間隔。二單微處置器構(gòu)造的特點(diǎn)二單微處置器構(gòu)造的特點(diǎn) 1CNC安裝中僅有一

58、個(gè)微處置器，由它對(duì)存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、安裝中僅有一個(gè)微處置器，由它對(duì)存儲(chǔ)、插補(bǔ)運(yùn)算、輸入輸出控制、輸入輸出控制、CRT顯示等功能集中控制分時(shí)管理。顯示等功能集中控制分時(shí)管理。 2微處置器經(jīng)過(guò)總線(xiàn)與存儲(chǔ)器、輸入輸出控制等各種接口微處置器經(jīng)過(guò)總線(xiàn)與存儲(chǔ)器、輸入輸出控制等各種接口相連，構(gòu)成相連，構(gòu)成CNC安裝。安裝。 3構(gòu)造簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。構(gòu)造簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。 4正是由于只需一個(gè)微處置器集中控制。其功能將受微處正是由于只需一個(gè)微處置器集中控制。其功能將受微處置器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址才干和運(yùn)算速度等要素的限制。置器字長(zhǎng)、數(shù)據(jù)寬度、尋址才干和運(yùn)算速度等要素的限制。 二、多微處置器構(gòu)造二、多微處置器構(gòu)造 數(shù)控系統(tǒng)中配置了多個(gè)微處置器，經(jīng)過(guò)一組公用地址和數(shù)據(jù)數(shù)控系統(tǒng)中配置了多個(gè)微處置器，經(jīng)過(guò)一組公用地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)進(jìn)展銜接，每個(gè)微處置器公用存儲(chǔ)器與總線(xiàn)進(jìn)展銜接，每個(gè)微處置器公用存儲(chǔ)器與I/O 接口，每個(gè)微處接口，每個(gè)微處置器分擔(dān)系統(tǒng)的一部分任務(wù)，從而將單微處置器系統(tǒng)中的順序完置器分擔(dān)系統(tǒng)的一部分任務(wù)，從而將