數(shù)控技術(shù)原理(已修改)
2025-01-08 15:47 本頁(yè)面
【正文】 數(shù)控技術(shù)原理吳玉國(guó)安徽工業(yè)大學(xué)數(shù)控技術(shù)中心一、 數(shù)控技術(shù)的基本概念與特點(diǎn)數(shù)控技術(shù)的概念：定義： 就是以數(shù)字量編程實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械或其它設(shè)備自動(dòng)工作的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)的特點(diǎn)：⑴ 提高加工精度：消除了人為誤差對(duì)加工的影響。⑵ 提高生產(chǎn)效率：加工過(guò)程自動(dòng)化，可以合理利用時(shí)間。⑶ 改善了勞動(dòng)條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度：簡(jiǎn)化了工人的操作。⑷ 對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)：通過(guò)改變加工程序來(lái)改變加工對(duì)象。⑸ 有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化：能準(zhǔn)確地計(jì)劃零件的加工工時(shí)。⑹ 有利于向高級(jí)計(jì)算機(jī)控制與管理方面發(fā)展：計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。 二、數(shù)控系統(tǒng)的分類數(shù)控技術(shù)首先是在機(jī)床行業(yè)獲得較廣泛的應(yīng)用。按運(yùn)動(dòng)軌跡分類：⑴ 點(diǎn)位控制系統(tǒng)：定義： 只要求控制刀具從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，運(yùn)動(dòng)軌跡不進(jìn)行控制的數(shù)控系統(tǒng)。⑵ 連續(xù)控制系統(tǒng)（又稱輪廓控制系統(tǒng)）：定義： 要求能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)方向的位移進(jìn)行嚴(yán)格的、不間斷的控制，即運(yùn)動(dòng)軌跡要進(jìn)行控制的數(shù)控系統(tǒng)。 ① 兩軸 聯(lián)動(dòng) ② 兩軸半 聯(lián)動(dòng) ③ 三軸 聯(lián)動(dòng) ④ 四軸 聯(lián)動(dòng) ⑤ 五軸 聯(lián)動(dòng)三、插補(bǔ)原理及控制方法插補(bǔ)計(jì)算（算法）定義： 就是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù)（如起點(diǎn)、終點(diǎn)等），通過(guò)計(jì)算，將工件輪廓的形狀描述出來(lái)，邊計(jì)算邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向坐標(biāo)發(fā)出進(jìn)給指令，即稱之為插補(bǔ)計(jì)算。 如：如： N3 G01 X450 Y750 F150插補(bǔ)方法的分類：插補(bǔ)工作可由硬件邏輯電路或執(zhí)行軟件程序來(lái)完成，在 CNC系統(tǒng)中，插補(bǔ)工作一般由軟件完成，軟件插補(bǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活易變、可靠性好。 目前普遍應(yīng)用的兩類插補(bǔ)方法為基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。（ 1）基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)又稱脈沖增量插補(bǔ)，這類插補(bǔ)算法是以脈沖形式輸出，每插補(bǔ)運(yùn)算一次，最多給每一軸一個(gè)進(jìn)給脈沖。把每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令脈沖輸出到伺服系統(tǒng)，以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，每發(fā)出一個(gè)脈沖，工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)基本長(zhǎng)度單位，也叫脈沖當(dāng)量，脈沖當(dāng)量是脈沖分配的基本單位。（ 2）數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)又稱時(shí)間增量插補(bǔ)，這類算法插補(bǔ)結(jié)果輸出的不是脈沖，而是標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制數(shù)。根據(jù)程編進(jìn)給速度，把輪廓曲線按插補(bǔ)周期將其分割為一系列微小直線段，然后將這些微小直線段對(duì)應(yīng)的位置增量數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，以控制伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸的進(jìn)給。 插補(bǔ)計(jì)算是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的一項(xiàng)工作，為了提高計(jì)算速度，縮短計(jì)算時(shí)間，按以下三種結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行改進(jìn)。 a. 采用軟 /硬件結(jié)合的兩級(jí)插補(bǔ)方案。 b. 采用多 CPU的分布式處理方案。 c. 采用單臺(tái)高性能微型計(jì)算機(jī)方案。逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)原理 是基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)方法。 應(yīng)用廣泛，能實(shí)現(xiàn)平面直線、圓應(yīng)用廣泛，能實(shí)現(xiàn)平面直線、圓弧、二次曲線插補(bǔ)，精度高。弧、二次曲線插補(bǔ)，精度高。 （（ 1）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)）逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ) yo xA(xe,ye)脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量 δδ 相對(duì)于每個(gè)脈沖信號(hào)，相對(duì)于每個(gè)脈沖信號(hào)，機(jī)床移動(dòng)部件的位移，機(jī)床移動(dòng)部件的位移，常見的有：常見的有： ① 基本原理基本原理 在刀具按要求軌跡運(yùn)動(dòng)加工零件輪廓的過(guò)程中，不斷比較刀具與被加工零件輪廓之間的相對(duì)位置，并根據(jù)比較結(jié)果決定下一步的進(jìn)給方向，使刀具向減小誤差的方向進(jìn)給。其算法最大偏差不會(huì)超過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量 δ 。 每進(jìn)給一步需要四個(gè)節(jié)拍： 坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給偏差判別偏差判別 新偏差計(jì)算新偏差計(jì)算 終點(diǎn)比較終點(diǎn)比較②② 算法分析（第算法分析（第 ⅠⅠ 象限）象限）偏差判別偏差判別P(xi,yj)F0F0A(xe,ye)yo x直線上直線上直線上方直線上方直線下方直線下方偏差判別函數(shù)偏差判別函數(shù)坐標(biāo)進(jìn)給坐標(biāo)進(jìn)給 F0F0yo x直線上直線上直線上方直線上方直線下方直線下方+△△ x或或 +△△ y方向方向+△△ x方向方向+△△ y方向方向A(xe,ye) 新偏差計(jì)算新偏差計(jì)算 +△△ x進(jìn)給：進(jìn)給： +△△ y進(jìn)給：進(jìn)給：終點(diǎn)比較終點(diǎn)比較 用用 Xe+Ye作為計(jì)數(shù)器，每走一步對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行減作為計(jì)數(shù)器，每走一步對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行減 1計(jì)算計(jì)算，直到計(jì)數(shù)器為零為止。，直到計(jì)數(shù)器為零為止。 第一拍第一拍 判別判別 第二拍第二拍 進(jìn)給進(jìn)給 第三拍第三拍 運(yùn)算運(yùn)算 第四拍第四拍 比較比較總結(jié)總結(jié)③Ⅰ 象限逐點(diǎn)比較法直線插補(bǔ)運(yùn)算邏輯框圖： Ⅰ 、 MF：可變頻脈沖發(fā)生氣。作用：改變進(jìn)給速度。Ⅱ 、 三個(gè)移位寄存器：Jxe：用于寄存輸入數(shù)據(jù) XeJye：用于寄存輸入數(shù)據(jù) YeJp：用于寄存偏差值Ⅲ 、 減法計(jì)數(shù)器 JE：用于寄存偏差值，預(yù)減 1Ⅳ 、 運(yùn)算開關(guān) Tc：控制運(yùn)算進(jìn)行或終止Ⅴ 、 時(shí)序脈沖發(fā)生器：t1：偏差判別脈沖t2：進(jìn)給脈沖16
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