数控原理与编程实训.ppt

教 师 课 时 授 课 计 划教师姓名 课程名称 数控原理与编程实训授课时数0.5天 累计 1.5天 课题二 数控系统的工作原理（一） 一、旧课复习 1、数控机床主要由哪几部分组成？ 2、数控车床和数控铣床的切削运动有何区别？ 3、与传统机械加工方法相比，数控加工有哪些特点? 二、新课的教学内容 　　(一)计算机数控系统的工作流程　　1．计算机数控系统的组成 计算机数控系统（Computer Numerical Control）由零件加程序，输入输出设备，计算机数字控制装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。 2．计算机数控系统的工作过程 　　（1）CNC装置的组成 CNC装置由硬件和软件组成。软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由输入输出程序、I/O处理程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成，如图2.2所示。 CNC装置的硬件结构 1）微处理器（CPU）负责运算及对整个系统进行控制和管理。 2）可编程只读存储器（EPROM）和随机存储器（ROM）用于储存系统软件和零件加工程序以及运算的中间结果等。 3）输入输出接口供系统 与外部进行信息交换。 4）MDI/CRT接口完成手 动数据输入并将信息显 示在CRT上。 5）位置控制部分是CNC 装置的重要组成部分， 它通过速度控制单元， 驱使进给电机输出功 率和扭矩，实现进给 运动。如图2.3所示。  （2）CNC装置的工作过程 （3）CNC装置可执行的功能 1）CNC装置中使用了计算机，用存放在存储器中的软件来实现部分或全部数控功能。 2）CNC装置的功能一般包括基本功能和选择功能。基本功能是CNC系统必备的数控功能，选择功能是供用户根据机床特点和工作途径进行选择的功能。 ①控制功能 ⑥主轴功能②准备功能 ⑦辅助功能 ③插补功能 ⑧字符显示功能 ④进给功能 ⑨自诊断功能 ⑤刀具功能 ⑩补偿功能及固定循环功能 （二）插补原理 　 1．概述　（1）插补的基本概念 按规定的函数曲线或直线，对其起点和终点之间，按照一定的方法进行数据点的密化计算和填充，并给出相应的位移量，使其实际轨迹和理论轨迹之间的误差小于一个脉冲当量，这个过程称为插补。 （2）插补方法的分类 ①脉冲增量插补 1）脉冲增量插补亦称行程增量插补，它适应于以步进电机为驱动装置的开环数控系统。 2）这种插补的实现方法较简单，只需进行加法和移位就能完成插补。 3）易用硬件实现，且运算速度很快。因此，脉冲增量插补算法只适合于一些中等精度（0.01mm）和中等速度（1～3m/min）的机床控制。 ②数字增量插补 第一步是粗插补，即在给定起点和终点的曲线之间插入若干点，用若干条微小直线段来逼近给定曲线，每一微小直线段的长度ΔL相等，且与给定的进给速度有关。每一微小直线段的长度ΔL与进给速度F和插补周期T有关，即ΔL=FT。粗插补的特点是把给定的一条曲线用一组直线段来逼近。 第二步为精插补，它是在粗插补时算出的每一微小直线段上再做“数据点的密化”工作，这一步相当于对直线的脉冲增量插补，这种插补算法可以实现高速、高精度控制，因此适于以直流伺服电机或交流电机为驱动装置的半闭环或闭环数控系统。 2．逐点比较法 基本原理是：计算机在控制加工轨迹的过程中， 每走一步都要和规定的轨迹相比较，由比较结果 决定下一步的移动方向。逐点比较法既可以做直 线插补又可以做圆弧插补。 特点是：运算直观，插补误差小于一个脉冲当 量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化 小，调节方便，因此在两坐标数控机床中应用较 为普遍，这种方法每控制机床坐标进给一步，都 要完成四个工作节拍。 逐点比较法的四个工作节拍 第一个节拍——偏差判别  第二个节拍——坐标进给  第三个节拍——偏差计算  第四个节拍——终点判别   直线插补： 1）如何进行偏差计算。第一象限内。编程时，给出要加工直线起点和终点。如果以直线的起点为坐标原点，终点坐标为（Xe,Ye），插补点坐标为（X，Y），如图2.5所示，则以下关系成立： 若点（X，Y）在