【文章內(nèi)容簡介】 終點(diǎn)到插補(bǔ)結(jié)束未到插補(bǔ)開始Fm＞ 0第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 對于第一象限的直線，從起點(diǎn) (原點(diǎn) )出發(fā)，當(dāng) Fm≥0時(shí)，應(yīng)沿 +X方向走一步；當(dāng) Fm＜ 0時(shí)，則應(yīng)沿 +Y方向走一步；當(dāng)兩個(gè)方向所走的步數(shù)和終點(diǎn)坐標(biāo) (Xe, Ye)值相等時(shí)，發(fā)出終點(diǎn)到達(dá)信號，停止插補(bǔ)。 由于 Fm的計(jì)算式中同時(shí)有乘法和減法，計(jì)算處理較為復(fù)雜，因此實(shí)際應(yīng)用中常采用迭代法或遞推法進(jìn)一步推算。 若某處有 Fm ≥0，應(yīng)沿 +X方向走一步到達(dá)新點(diǎn) m+1(Xm+1, Ym)，則新偏差為： Fm+1 = XeYm ? Xm+1Ye?=?XeYm ? (Xm+1)Ye?= Fm ? Ye 若某處有 Fm ＜ 0，應(yīng)沿 +Y方向走一步到達(dá)新點(diǎn) m+1(Xm, Ym+1)，則新偏差為： Fm+1 = XeYm+1 ? XmYe = Xe(Ym +1) ? XmYe= Fm + Xe 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 這樣偏差計(jì)算式中只需要進(jìn)行加 、 減運(yùn)算 ， 只要將前一點(diǎn)的偏差值與已知的終點(diǎn)坐標(biāo)值相加或相減 ， 即可求得新的偏差值 。 可用四個(gè)節(jié)拍來說明逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)運(yùn)算的過程 ， 如圖 17所示 。 對于其他三個(gè)象限的直線插補(bǔ)運(yùn)算 ， 可用相同的原理獲得 。 在如圖 17中所示的圓弧的插補(bǔ)運(yùn)算與直線插補(bǔ)運(yùn)算法類似，只是其偏差判別式有所不同。圓弧的偏差判別式為 Fm = Xm2 + Ym2 ?R2。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 逐點(diǎn)比較法能實(shí)現(xiàn)直線、圓弧和非圓二次曲線的插補(bǔ)，插補(bǔ)精度較高，在我國和日本數(shù)控機(jī)床中多用逐點(diǎn)比較法；在歐美則多用數(shù)字積分法；而對于閉環(huán)控制的機(jī)床中，則多采用時(shí)間分割法。現(xiàn)代大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床都具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。也就是說，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床大都能加工由直線和圓弧所組成的任意軌跡圖形。當(dāng)需要加工非圓二次曲線軌跡時(shí)，大都是在編程計(jì)算時(shí)先采用擬合逼近方法將曲線轉(zhuǎn)化為直線或圓弧后再進(jìn)行加工的。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 典型數(shù)控系統(tǒng) 1．日本 FANUC系列數(shù)控系統(tǒng) FANUC公司生產(chǎn)的 CNC產(chǎn)品主要有 FS FS FS0、FS10/11/1 FS1 FS1 FS18和 FS21/210等系列。目前，我國用戶主要使用的有 FS0系列、 FS1 FS1 FS18和 FS21/210等系列。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) (1) FS0系列。它是可組成面板裝配式的 CNC系統(tǒng)，易于組成機(jī)電一體化系統(tǒng)。 FS0系列有 FS0－ T、 FS0－ TT、 FS0－M、 FS0－ ME、 FS0－ G和 FS0－ F等型號。 T型用于單刀架單主軸的數(shù)控車床， TT型用于單主軸雙刀架或雙主軸雙刀架的數(shù)控車床， M型、 ME型用于數(shù)控銑床或加工中心， G型用于數(shù)控磨床， F型是對話型 CNC系統(tǒng)。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) (2) FS15系列。它是 FANUC公司較新的 32位 CNC系統(tǒng)，被稱為 AICNC系統(tǒng) (人工智能 CNC)。該系列是按功能模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，可以根據(jù)不同的需要組合成最小至最大系統(tǒng)，控制軸數(shù)從 2根到 15根，同時(shí)還有 PMC的軸控制功能，可配備有 11和 13個(gè)槽的控制單元母板，用于插入各種印刷電路板，采用了通信專用微處理器和 RS422接口，并有遠(yuǎn)距離緩沖功能。該系列 CNC系統(tǒng)主要適用于大型機(jī)床、復(fù)合機(jī)床的多軸控制和多系統(tǒng)控制。 (3) FS16系列。它是在 FS15系列之后開發(fā)的產(chǎn)品，其性能介于 FS15和 FS0系列之間。它采用薄型 TET(薄膜晶體管 )彩色液晶顯示。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) (4) FS18系列。它是緊接著 FS16系列推出的 32位 CNC系統(tǒng)。其功能在 FS15和 FS0系列之間，但低于 FS16系列。它采用高密度三維安裝技術(shù)、四軸伺服控制、二主軸控制，且集成度更高。它采用 TET彩色液晶顯示，畫面上可顯示電機(jī)波形，便于調(diào)整控制。在操作、機(jī)床接口和編程等方面均與 FS16系列有互換性。 (5) FS21/210系列。它是 FANUC公司最新推出的系統(tǒng)，適用于中小型數(shù)控機(jī)床。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 2．德國 SIEMENS公司的 SINUMERIK系列數(shù)控系統(tǒng) SINUMERIK系列數(shù)控系統(tǒng)主要有 SINUMERIKSINUMERIK SINUMERIK810/8 SINUMERIK850/880和SINUMERIK840等產(chǎn)品。 (1) SINUMERIK8系列。該系列產(chǎn)品生產(chǎn)于 20世紀(jì) 70年代末。 Sinumerik 8M/8ME/8MEC、 Sprint 8M/8ME/8MEC主要用于鉆床、鏜床和加工中心等機(jī)床。 Sinumerik 8MC/8MCE/8MCEC主要用于大型鏜銑床。 Sinumerik 8T/Sprint 8T主要用于車床。其中， Sprint系列具有藍(lán)圖編程功能。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) (2) SINUMERIK810/820系列。該系列生產(chǎn)于 20世紀(jì) 80年代中期。 810/820在體系結(jié)構(gòu)和功能上相近。 (3) SINUMERIK840D系列。該系列生產(chǎn)于 1994年，是新設(shè)計(jì)的全數(shù)字化數(shù)控系統(tǒng)，具有高度模塊化及規(guī)范化的結(jié)構(gòu)。它將 CNC和驅(qū)動控制集成在一塊板子上，將閉環(huán)控制的全部硬件和軟件集成在一平方厘米的空間中，便于操作、編程和監(jiān)控。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) (4) SINUMERIK810D系列。該系列生產(chǎn)于 1996年， 810D是在 840D基礎(chǔ)上開發(fā)的新 CNC系統(tǒng)。它第一次將 CNC和驅(qū)動控制集成在一塊板上，其 CNC與驅(qū)動之間沒有接口。 810D配備了功能強(qiáng)大的軟件，提供了很多新的使用功能，如提前預(yù)測功能、坐標(biāo)變換功能、固定點(diǎn)停止功能、刀具管理功能、樣條插補(bǔ)功能、壓縮功能和溫度補(bǔ)償功能等，極大地提高了其應(yīng)用范圍。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 1998年，在 810D的基礎(chǔ)上， SIEMENS公司又推出了基于810D系統(tǒng)的現(xiàn)場編程軟件 ManulTurn和 ShopMill。前者適用于數(shù)控車床的現(xiàn)場編程，后者適用于數(shù)控銑床的現(xiàn)場編程。操作者無需專門的編程培訓(xùn)，使用傳統(tǒng)操作機(jī)床的模式即可對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行操作和編程。 近幾年來， SIEMENS公司又推出了 SINUMERIK802系列CNC系統(tǒng)，有 802S、 802C、 802D等型號。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 3．華中數(shù)控系統(tǒng) HNC HNC是武漢華中數(shù)控研制開發(fā)的國產(chǎn)型數(shù)控系統(tǒng)。它是我國 863計(jì)劃的科研成果在實(shí)踐中應(yīng)用的成功項(xiàng)目，已開發(fā)和應(yīng)用的產(chǎn)品有 HNC－ 1和 HNC－ 2022兩個(gè)系列，共計(jì) 16種型號。 (1) 華中 1型數(shù)控系統(tǒng)。該數(shù)控系統(tǒng)有 HNC－ 1M銑床、加工中心數(shù)控系統(tǒng)， HNC－ 1T車床數(shù)控系統(tǒng)， HNC－ 1Y齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)， HNC－ 1P數(shù)字化仿形加工數(shù)控系統(tǒng)， HNC－ 1L激光加工數(shù)控系統(tǒng)， HNC－ 1G五軸聯(lián)動工具磨床數(shù)控系統(tǒng)和 HNC－ 1FP鍛壓、沖壓加工數(shù)控系統(tǒng)， HNC－ 1ME多功能小型數(shù)控銑系統(tǒng)，HNC－ 1TE多功能小型數(shù)控車系統(tǒng)和 HNC－ 1S高速珩縫機(jī)數(shù)控系統(tǒng)等。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) (2) 華中 2022型數(shù)控系統(tǒng)。 HNC－ 2022型是在 HNC－ 1型數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的高檔數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用通用工業(yè) PC，TFT真彩液晶顯示，具有多軸多通道控制功能和內(nèi)裝式 PC，可與多種伺服驅(qū)動單元配套使用，具有開放性好，結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，性價(jià)比高和操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。同樣，它也有系列派生的數(shù)控系統(tǒng) HNC－ 2022M、 HNC－ 2022T、 HNC－ 2022Y、HNC－ 2022L、 HNC－ 2022G等。 此外，國產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)還有航天 ?型和藍(lán)天 ?型，它們采用前后臺結(jié)構(gòu)，為多機(jī)數(shù)控系統(tǒng)。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 數(shù)控機(jī)床及其坐標(biāo)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床及其分類 從機(jī)械本體的表面上看，很多數(shù)控機(jī)床都和普通的機(jī)床一樣，看不出有多大的差別。但事實(shí)上它們已經(jīng)有本質(zhì)上的不同。驅(qū)動坐標(biāo)工作臺的電機(jī)已經(jīng)由傳統(tǒng)的三相交流電機(jī)換成了步進(jìn)電機(jī)或交、直流伺服電機(jī)；由于電機(jī)的速度容易控制，所以傳統(tǒng)的齒輪變速機(jī)構(gòu)已經(jīng)很少采用了。還有很多機(jī)床取消了坐標(biāo)工作臺的機(jī)械式手搖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，取而代之的是按鍵式的脈沖觸發(fā)控制器或手搖脈沖發(fā)生器。坐標(biāo)讀數(shù)也已經(jīng)是精確的數(shù)字顯示方式，而且加工軌跡及進(jìn)度也能非常直觀地通過顯示器顯示出來。采用數(shù)控機(jī)床控制加工已經(jīng)相當(dāng)安全方便了。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 1．按加工工藝方法分類 按傳統(tǒng)的加工工藝方法來分有：數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、數(shù)控沖床、數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控電加工機(jī)床、數(shù)控激光與火焰切割機(jī)和加工中心等。其中，現(xiàn)代數(shù)控銑床基本上都兼有鉆鏜加工功能。當(dāng)某數(shù)控機(jī)床具有自動換刀功能時(shí)，即可稱之為“加工中心”。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 2．按加工控制路線分類 有點(diǎn)位控制機(jī)床、直線控制機(jī)床和輪廓控制機(jī)床。 (1) 點(diǎn)位控制機(jī)床。它如圖 18(a)所示，只控制刀具從一點(diǎn)向另一點(diǎn)移動，而不管其中間行走軌跡的控制方式。在從點(diǎn)到點(diǎn)的移動過程中，只作快速空程的定位運(yùn)動，因此不能用于加工過程的控制。屬于點(diǎn)位控制的典型機(jī)床有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。這類機(jī)床的數(shù)控功能主要用于控制加工部位的相對位置精度，而其加工切削過程還得靠手工控制機(jī)械運(yùn)動來進(jìn)行。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 圖 18 按加工控制路線分類 (a) 點(diǎn)位控制； (b) 直線控制； (c) 輪廓控制 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) (2) 直線控制機(jī)床。它如圖 18(b)所示，可控制刀具相對于工作臺以適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿著平行于某一坐標(biāo)軸方向或與坐標(biāo)軸成 45176。 的斜線方向作直線軌跡的加工。這種方式是一次同時(shí)只有某一軸在運(yùn)動，或讓兩軸以相同的速度同時(shí)運(yùn)動以形成 45(的斜線，所以其控制難度不大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單。一般地，都是將點(diǎn)位與直線控制方式結(jié)合起來，組成點(diǎn)位直線控制系統(tǒng)而用于機(jī)床上。這種形式的典型機(jī)床有車階梯軸的數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床和簡單加工中心等。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) (3) 輪廓控制機(jī)床。它又稱連續(xù)控制機(jī)床。如圖 18(c)所示，可控制刀具相對于工件作連續(xù)軌跡的運(yùn)動，能加工任意斜率的直線，任意大小的圓弧，配以自動編程計(jì)算，可加工任意形狀的曲線和曲面。典型的輪廓控制型機(jī)床有數(shù)控銑床、功能完善的數(shù)控車床、數(shù)控磨床和數(shù)控電加工機(jī)床等。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 3．按機(jī)床所用進(jìn)給伺服系統(tǒng)不同分類 有開環(huán)伺服系統(tǒng)型、閉環(huán)伺服系統(tǒng)型和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)型，見 。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 4．按所用數(shù)控裝置的不同分類 有 NC硬線數(shù)控和 CNC軟線數(shù)控機(jī)床。 (1) NC硬線數(shù)控機(jī)床。它是早期 20世紀(jì) 50～ 60年代采用的技術(shù)，其計(jì)算控制多采用邏輯電路板等專用硬件的形式。要改變功能時(shí)，需要改變硬件電路，因此通用性差，制造維護(hù)難，成本高。 (2) CNC軟線數(shù)控機(jī)床。它是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來的。其計(jì)算控制的大部分功能都是通過小型或微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)控制軟件來實(shí)現(xiàn)的。不同功能的機(jī)床其系統(tǒng)軟件就不同。當(dāng)需要擴(kuò)充功能時(shí)，只需改變系統(tǒng)軟件即可。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 5．按控制坐標(biāo)軸數(shù)目分類 按機(jī)床數(shù)控裝置能同時(shí)聯(lián)動控制的坐標(biāo)軸的數(shù)目來分，有兩坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控機(jī)床和多坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控機(jī)床。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)由伺服電路、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行部件組成。它的作用是：接受數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號，由伺服驅(qū)動電路作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服驅(qū)動裝置 (直流、交流伺服電機(jī)，電液動脈沖馬達(dá)和功率步進(jìn)電機(jī)等 )和機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動機(jī)床的工作臺等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工件進(jìn)給和快速運(yùn)動。 第 1章 數(shù)控加工實(shí)用基礎(chǔ) 1．開環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)的伺服驅(qū)動裝置主要是步進(jìn)電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)和電液脈沖馬達(dá)等。如圖 19所示。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，通過環(huán)形分配器、按步進(jìn)電機(jī)的通電方式進(jìn)行分配，并經(jīng)功率放大后送給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組，使之按規(guī)定的方式通、斷電，