第三章数控系统的加工控制原理 返回课件首页 第一节数控装置的工作过程 CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的过程 下面简要说明CNC装置的工作情况。 程序输入 将编写好的数控加工程序输入给CNC装置的方式有: 纸带阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、通讯接口输入及连接 上一级计算机的 DNC (Direct Numer ical Control)接口输入 CN装置在输入过程中还要完成校验和代码转换等工作, 输入的全部信息都放到CNC装置的内部存储器中
第三章 数控系统的加工控制原理 第一节 数控装置的工作过程 CNC装置的工作是在硬件的支持下执行软件的过程。 下面简要说明CNC装置的工作情况。 一、程序输入 将编写好的数控加工程序输入给CNC装置的方式有： 纸带阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、通讯接口输入及连接 上一级计算机的DNC(Direct Numerical Control)接口输入。 CNC装置在输入过程中还要完成校验和代码转换等工作， 输入的全部信息都放到CNC装置的内部存储器中。 返回课件首页
译码 在输入的工件加工程序中含有工件的轮廓信息(起点 终点、直线、圆弧等)、加工速度(F代码)及其它辅 助功能(M、S、T)信息等,译码程序以一个程序段 为单位,按一定规则将这些信息翻译成计算机内部能 只别的数据形式,并以约定的格式存放在指定的内存 区间。 三、数据处理 数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算以及 辅助功能处理 刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹, 编程员只需按零件轮廓轨迹编程,减轻了工作量
二、译码 在输入的工件加工程序中含有工件的轮廓信息（起点、 终点、直线、圆弧等）、加工速度（F代码）及其它辅 助功能（M、S、T）信息等，译码程序以一个程序段 为单位，按一定规则将这些信息翻译成计算机内部能 识别的数据形式，并以约定的格式存放在指定的内存 区间。 三、数据处理 数据处理程序一般包括刀具半径补偿、速度计算以及 辅助功能处理。 刀具半径补偿是把零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹， 编程员只需按零件轮廓轨迹编程，减轻了工作量
速度计算是解决该加工程序段以什么样的速度运动 的问题。编程所给的进给速度是合成速度,速度计算 是根据合成速度来计算各坐标运动方向的分速度。另 外对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判断 并处理。 辅助功能诸如换刀、主轴启停、切削液开关等一些 开关量信号也在此程序中处理。辅助功能处理的主要 工作是识别标志,在程序执行时发出信号,让机床相 应部件执行这些动作。 四、插补 插补的任务是通过插补计算程序在已知有限信息的 基础上进行“数据点的密化”工作,即在起点和终点 之间插入一些中间点
速度计算是解决该加工程序段以什么样的速度运动 的问题。编程所给的进给速度是合成速度，速度计算 是根据合成速度来计算各坐标运动方向的分速度。另 外对机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判断 并处理。 辅助功能诸如换刀、主轴启停、切削液开关等一些 开关量信号也在此程序中处理。辅助功能处理的主要 工作是识别标志，在程序执行时发出信号，让机床相 应部件执行这些动作。 四、插补 插补的任务是通过插补计算程序在已知有限信息的 基础上进行“数据点的密化”工作，即在起点和终点 之间插入一些中间点
五、位置控制 它的主要任务是在每个采样周期内,将插补计算的 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,进而控制工作台或刀具的位移 输入输出(JO)处理控制 I/O处理主要处理CNC系统和机床之间的来往信号 的输入和输出控制 七、显示 CNC系统的显示主要是为操作者提供方便,通常有 零件程序显示、参数设置、刀具位置显示、机床状态 显示、报警显示、刀具加工轨迹动态模拟显示以及在 线编程时的图形显示等
五、位置控制 它的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算的 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，进而控制工作台或刀具的位移。 六、输入/输出（I/O）处理控制 I/O处理主要处理CNC系统和机床之间的来往信号 的输入和输出控制。 七、显示 CNC系统的显示主要是为操作者提供方便，通常有： 零件程序显示、参数设置、刀具位置显示、机床状态 显示、报警显示、刀具加工轨迹动态模拟显示以及在 线编程时的图形显示等
八、诊断 主要是指CNC系统利用内装诊断程序进行自诊断, 主要有启动诊断和在线诊断。 启动诊断是指CNC系统每次从通电开始进入正常的 运行准备状态中,系统相应的内诊断程序通过扫描自 动检查系统硬件、软件及有关外设是否正常。只有当 检查的每个项目都确认正确无误之后,整个系统才能 进入正常的准备状态。否则,CNC系统将通过报警方 式指出故障的信息,此时,启动诊断过程不能结束, 系统不能投入运行。 在线诊断程序是指在系统处于正常运行状态中,由 系统相应的内装诊断程序,通过定时中断周期扫描检 查CNC系统本身以及各外设。只要系统不停电,在线 诊断就不会停止
八、诊断 主要是指CNC系统利用内装诊断程序进行自诊断， 主要有启动诊断和在线诊断。 启动诊断是指CNC系统每次从通电开始进入正常的 运行准备状态中，系统相应的内诊断程序通过扫描自 动检查系统硬件、软件及有关外设是否正常。只有当 检查的每个项目都确认正确无误之后，整个系统才能 进入正常的准备状态。否则，CNC系统将通过报警方 式指出故障的信息，此时，启动诊断过程不能结束， 系统不能投入运行。 在线诊断程序是指在系统处于正常运行状态中，由 系统相应的内装诊断程序，通过定时中断周期扫描检 查CNC系统本身以及各外设。只要系统不停电，在线 诊断就不会停止
第一节插补原理 概述 在数控加工中,一般已知运动轨迹的起点坐标 终点坐标和曲线方程,如何使切削加工运动沿着预定 轨迹移动呢?数控系统根据这些信息实时地计算出各 个中间点的坐标,通常把这个过程称为“插补”。 插补实质上是根据有限的信息完成“数据点的密化 工作。 加工各种形状的零件轮廓时,必须控制刀具相对 工件以给定的速度沿指定的路径运动,即控制各坐标 轴依某一规律协调运动,这一功能为插补功能 平面曲线的运动轨迹需要两个运动来协调; 空间曲线或立体曲面则要求三个以上的坐标产生协 调运动
第一节 插补原理 一、概述 在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、 终点坐标和曲线方程，如何使切削加工运动沿着预定 轨迹移动呢？数控系统根据这些信息实时地计算出各 个中间点的坐标，通常把这个过程称为“插补” 。 插补实质上是根据有限的信息完成“数据点的密化” 工作。 加工各种形状的零件轮廓时，必须控制刀具相对 工件以给定的速度沿指定的路径运动，即控制各坐标 轴依某一规律协调运动，这一功能为插补功能。 平面曲线的运动轨迹需要两个运动来协调； 空间曲线或立体曲面则要求三个以上的坐标产生协 调运动
插补工作可由硬件逻辑电路或执行软件程序来完成, 在CNC系统中,插补工作一般由软件完成,软件插补 结构简单、灵活易变、可靠性好。 目前普遍应用的两类插补方法为基准脉冲插补和 数据采样插补 一)基准脉冲插补 基准脉冲插补又称脉冲增量插补,这类插补算法 以脉冲形式输出,每插补运算一次,最多给每一轴 个进给脉冲。把每次插补运算产生的指令脉冲输出 到伺服系统,以驱动工作台运动,每发出一个脉冲, 工作台移动一个基本长度单位,也叫脉冲当量,脉冲 当量是脉冲分配的基本单位
插补工作可由硬件逻辑电路或执行软件程序来完成， 在CNC系统中，插补工作一般由软件完成，软件插补 结构简单、灵活易变、可靠性好。 目前普遍应用的两类插补方法为基准脉冲插补和 数据采样插补。 （一）基准脉冲插补 基准脉冲插补又称脉冲增量插补，这类插补算法 是以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多给每一轴 一个进给脉冲。把每次插补运算产生的指令脉冲输出 到伺服系统，以驱动工作台运动，每发出一个脉冲， 工作台移动一个基本长度单位，也叫脉冲当量，脉冲 当量是脉冲分配的基本单位
二)数据采样插补 数据采样插补又称时间增量插补,这类算法插补结 果输出的不是脉冲,而是标准二进制数。根据程编进 给速度,把轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微 直线段,然后将这些微小直线段对应的位置增量数 据进行输出,以控制伺服系统实现坐标轴的进给。 插补计算是计算机数控系统中实时性很强的一项 工作,为了提高计算速度,缩短计算时间,按以下 种结构方式进行改进。 1.采用软/硬件结合的两级插补方案。 2采用多CPU的分布式处理方案。 3.采用单台高性能微型计算机方案
（二）数据采样插补 数据采样插补又称时间增量插补，这类算法插补结 果输出的不是脉冲，而是标准二进制数。根据程编进 给速度，把轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微 小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数 据进行输出，以控制伺服系统实现坐标轴的进给。 插补计算是计算机数控系统中实时性很强的一项 工作，为了提高计算速度，缩短计算时间，按以下三 种结构方式进行改进。 1. 采用软/硬件结合的两级插补方案。 2. 采用多CPU的分布式处理方案。 3. 采用单台高性能微型计算机方案
二、基准脉冲插补 一)逐点比较法 加工图3-1所示圆弧AB,如果刀具在起始点A,假 设让刀具先从A点沿-Y方向走一步,刀具处在圆内1点 为使刀具逼近圆弧,同时又向终点移动,需沿+X方向 走一步,刀具到达2点,仍位于圆弧内,需再沿+X方 向走一步,到达圆弧外3点,然后再沿一Y方向走一步, 如此继续移动,走到终点
二、基准脉冲插补 (一) 逐点比较法 加工图3-1所示圆弧AB，如果刀具在起始点A，假 设让刀具先从A点沿－Y方向走一步，刀具处在圆内1点。 为使刀具逼近圆弧，同时又向终点移动，需沿＋X方向 走一步，刀具到达2点，仍位于圆弧内，需再沿＋X方 向走一步，到达圆弧外3点，然后再沿－Y方向走一步， 如此继续移动，走到终点
Y A E B O o 1 图3-1圆弧插补轨迹 图3-2直线插补轨迹
Y Y A 3 1 2 E 2 3 B O X O 1 X 图3-1 圆弧插补轨迹 图3-2 直线插补轨迹