数控机床的控制原理.ppt
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第三章第三章数控机床控制原理数控机床控制原理3-13-1数控机床控制基础数控机床控制基础3-23-2插补原理插补原理3-33-3刀具补偿原理刀具补偿原理3-43-4PLCPLC3-23-2插补原理插补原理一、插补概述一、插补概述二、插补算法二、插补算法三、速度控制三、速度控制一、插补概述一、插补概述11CNCCNC装置的工作流程,从宏观上把装置的工作流程,从宏观上把握插补在整个流程中的位置握插补在整个流程中的位置22CNCCNC装置的插补定义装置的插补定义33插补分类插补分类二、插补算法二、插补算法11逐点比较法逐点比较法22DDADDA插补算法插补算法逐点比较法圆弧插补算法逐点比较法圆弧插补算法逐点比较法直线插补算法逐点比较法直线插补算法33最小偏差插补算法最小偏差插补算法44数据采样插补算法数据采样插补算法DDADDA圆弧插补算法圆弧插补算法DDADDA直线插补算法直线插补算法输输入入输输出出处处理理控控制制位位置置控控制制程程序序输输入入译译码码插插补补显显示示诊诊断断图图11CNCCNC装置的工作流程装置的工作流程数数据据处处理理CNCCNC装置的工作流程。
装置的工作流程。
一、一、程序输入程序输入将编写好的数控加工程序输入给将编写好的数控加工程序输入给CNCCNC装置装置的方式有:
的方式有:
纸带阅读机输入、键盘输入、磁盘纸带阅读机输入、键盘输入、磁盘输入、通讯接口输入及连接上一级计算机的输入、通讯接口输入及连接上一级计算机的DNCDNC(DirectNumericalControl)(DirectNumericalControl)接口输入。
接口输入。
CNCCNC装置在输入过程中还要完成校验和代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码转换等工作,输入的全部信息都放到CNCCNC装置装置的内部存储器中。
的内部存储器中。
3-23-2插补原理插补原理二、译码二、译码在输入的工件加工程序中含有工件的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)轮廓信息(起点、终点、直线、圆弧等)、加工速度(、加工速度(FF代码)及其它辅助功能代码)及其它辅助功能(MM、SS、TT)信息等,译码程序以信息等,译码程序以一个程一个程序段序段为单位,为单位,按一定规则按一定规则将这些信息翻将这些信息翻译成计算机内部能识别的数据形式,并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。
以约定的格式存放在指定的内存区间。
三、数据处理三、数据处理数据处理程序一般包括数据处理程序一般包括刀具半径、长度刀具半径、长度补偿补偿、速度计算速度计算以及以及辅助功能处理辅助功能处理。
刀具半径、长度补偿是把零件刀具半径、长度补偿是把零件轮廓轨迹转化成刀具中心轨迹,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编程员只需按零件轮廓轨迹编程,减轻了工作量。
程,减轻了工作量。
速度计算是解决该加工程序段以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机床允许的最低速度和最高速度的限制进行判断并处理。
的限制进行判断并处理。
辅助功能诸如换刀、主轴启停、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,让机床相应部执行时发出信号,让机床相应部件执行这些动作。
件执行这些动作。
四、插补四、插补在数控加工中,一般已知运动轨迹在数控加工中,一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程和进的起点坐标、终点坐标和曲线方程和进给速度,如何使切削加工运动沿着预定给速度,如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢?
轨迹移动呢?
插补的任务是通过插补计算程序在插补的任务是通过插补计算程序在已知上述信息的基础上进行已知上述信息的基础上进行“数据点的数据点的密化密化”工作,即在起点和终点之间插入工作,即在起点和终点之间插入一些中间点。
一些中间点。
五、位置控制五、位置控制它它的的主主要要任任务务是是在在每每个个采采样样周周期期内内,将将插插补补计计算算的的理理论论位位置置与与实实际际反反馈馈位位置置相相比比较较,用用其其差差值值去去控控制制进给电动机,进而控制工作台或刀具的位移。
进给电动机,进而控制工作台或刀具的位移。
六、输入六、输入/输出(输出(I/OI/O)处理控制处理控制I/OI/O处处理理主主要要处处理理CNCCNC系系统统和和机机床床之之间间的的来来往往信信号号的输入和输出控制。
的输入和输出控制。
七、显示七、显示CNCCNC系统的显示主要是为操作者提供方便,通常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及在线编程时的图形显示等八、诊断八、诊断主主要要是是指指CNCCNC系系统统利利用用内内装装诊诊断断程程序序进进行行自自诊诊断,主要有离线诊断和在线诊断。
断,主要有离线诊断和在线诊断。
离离线线诊诊断断是是指指CNCCNC系系统统每每次次从从通通电电开开始始进进入入正正常常的的运运行行准准备备状状态态中中,系系统统相相应应的的内内诊诊断断程程序序通通过过扫扫描描自自动动检检查查系系统统硬硬件件、软软件件及及有有关关外外设设是是否否正正常常。
只只有有当当检检查查的的每每个个项项目目都都确确认认正正确确无无误误之之后后,整整个个系系统统才才能能进进入入正正常常的的准准备备状状态态。
否否则则,CNCCNC系系统统将将通通过过报报警警方方式式指指出出故故障障的的信信息息,此此时时,离离线线诊诊断断过过程不能结束,系统不能投入运行。
程不能结束,系统不能投入运行。
在线诊断在线诊断是指在系统处于正常运行状态中,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由系统相应的内装诊断程序,通过定时中断周期扫描检查描检查CNCCNC系统本身以及各外设。
只要系统不停电,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。
在线诊断就不会停止。
插补概述:
插补概述:
用用户户在在零零件件加加工工程程序序中中,一一般般仅仅提提供供描描述述该该线线形形所必须的相关参数,所必须的相关参数,如对直线,提供其起点和终点坐标;如对直线,提供其起点和终点坐标;对圆弧,提供起终点坐标、圆心坐标及顺逆圆的信息。
对圆弧,提供起终点坐标、圆心坐标及顺逆圆的信息。
然然而而这这些些信信息息不不能能满满足足控控制制机机床床的的执执行行部部件件运运动动(步步进进电电机机、交交直直流流伺伺服服电电机机)的的要要求求。
因因此此,为为了了满满足足按按执执行行部部件件运运动动的的要要求求来来实实现现轨轨迹迹控控制制必必须须在在已已知知的的信信息息点点之之间间实实时时计计算算出出满满足足线线形形和和进进给给速速度度要要求求的的若若干干中间点。
中间点。
这就是数控系统的这就是数控系统的插补概念插补概念。
插补定义插补定义插补定义插补定义:
是指在轮廓控制系统中,根据给定的是指在轮廓控制系统中,根据给定的进给速度和轮廓线形的要求,在已知数据进给速度和轮廓线形的要求,在已知数据点之间插入中间点的方法,这种方法称为点之间插入中间点的方法,这种方法称为插补方法。
每种方法又可能用不同的计算插补方法。
每种方法又可能用不同的计算方法来实现,这种具体的计算方法称之为方法来实现,这种具体的计算方法称之为插补算法。
插补的实质就是数据点的密化。
插补算法。
插补的实质就是数据点的密化。
插补方法分类
(一)脉冲增量插补
(二)数据采样插补
(一)脉冲增量插补
(一)脉冲增量插补脉脉冲冲增增量量插插补补又又称称基基准准脉脉冲冲插插补补或或行行程程标标量量插插补补,这这类类插插补补算算法法是是以以脉脉冲冲形形式式输输出出,每每插插补补运运算算一一次次,最最多多给给每每一一轴轴一一个个进进给给脉脉冲冲。
把把每每次次插插补补运运算算产产生生的的指指令令脉脉冲冲输输出出到到伺伺服服系系统统,以以驱驱动动工工作作台台运运动动,每每发发出出一一个个脉脉冲冲,工工作作台台移移动动一一个个基基本本长长度单位,即脉冲当量,脉冲当量是脉冲分配的基本单位。
度单位,即脉冲当量,脉冲当量是脉冲分配的基本单位。
这这种种插插补补算算法法的的特特点点是是每每次次插插补补结结束束,数数控控装装置置向向每每个个运运动动坐坐标标输输出出基基准准脉脉冲冲序序列列,每每个个脉脉冲冲插插补补的的实实现现方方法法较较简简单单(只只有有加加法法和和移移位位)可可以以用用硬硬件件实实现现。
目目前前,随随着着计计算算机机技技术术的的迅迅猛猛发发展展,多多采采用用软软件件完完成成这这类类算算法法。
脉脉冲冲的的累累积积值值代代表表运运动动轴轴的的位位置置,脉脉冲冲产产生生的的速速度度与与运运动动轴轴的的速速度度成成比比例例。
由由于于脉脉冲冲增增量量插插补补的的转转轴轴的的最最大大速速度度受受插插补补算算法法执执行行时时间间限限制制,所所以以它它仅仅适适用用于于一一些些中中等等精精度度和和中中等等速速度度要要求求的的经经济济型型计计算算机机数数控控系统。
系统。
基准脉冲插补方法有一下几种:
1、数字脉冲乘法器插补法;2、逐点比较法;3、数字积分法;4、矢量判别法;5、比较积分法;6、最小偏差法;7、目标点跟踪法;8、直接函数法;9、单步跟踪法;10、加密判别和双判别插补法;11、Bresenham算法早期常用的脉冲增量式插补算法有逐点比较法、早期常用的脉冲增量式插补算法有逐点比较法、单步跟踪法、单步跟踪法、DDADDA法等。
插补精度常为一个脉冲当量,法等。
插补精度常为一个脉冲当量,DDADDA法还伴有运算误差。
法还伴有运算误差。
8080年代后期插补算法有年代后期插补算法有改进改进逐点比较法、直接函逐点比较法、直接函数法、最小偏差法等,使插补精度提高到半个脉冲当数法、最小偏差法等,使插补精度提高到半个脉冲当量,但执行速度不很理想,在插补精度和运动速度均量,但执行速度不很理想,在插补精度和运动速度均高的高的CNCCNC系统中应用不广。
近年来的插补算法有改进系统中应用不广。
近年来的插补算法有改进的最小偏差法,映射法。
兼有插补精度高和插补速度的最小偏差法,映射法。
兼有插补精度高和插补速度快的特点。
快的特点。
总的说来,总的说来,最小偏差法最小偏差法插补精度较高,且有利与插补精度较高,且有利与电机的连续运动电机的连续运动
(二)数据采样插补
(二)数据采样插补数数据据采采样样插插补补又又称称为为时时间间分分割割插插补补或或数数字字增增量量插插补补,这这类类算算法法插插补补结结果果输输出出的的不不是是脉脉冲冲,而而是是标标准准二二进进制制数数。
根根据据程程编编进进给给速速度度,把把轮轮廓廓曲曲线线按按插插补补周周期期将将其其分分割割为为一一系系列列微微小小直直线线段段,然然后后将将这这些些微微小小直直线线段段对对应应的的位位置置增增量量数数据据进进行行输输出出,以以控制伺服系统实现坐标轴的进给。
控制伺服系统实现坐标轴的进给。
插插补补计计算算是是计计算算机机数数控控系系统统中中实实时时性性很很强强的的一一项项工工作作,为为了了提提高高计计算算速速度度,缩缩短短计计算算时时间间,按按以以下下三三种种结结构构方方式式进进行行改改进。
进。
1.1.采用软采用软/硬件结合的两级插补方案。
硬件结合的两级插补方案。
2.2.采用多采用多CPUCPU的分布式处理方案。
的分布式处理方案。
3.3.采用单台高性能微型
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- 数控机床 控制 原理