【數(shù)控加工】數(shù)控系統(tǒng)原理介紹(doc10頁)

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1、 數(shù)控系統(tǒng)原理介紹(doc 10頁) 咅部門:XXX 時間:XXX 整理范文,僅供參考,可下載自行編輯 第二章 數(shù)控系統(tǒng)原理 2.1 插補(bǔ)理論簡介 在 CNC 數(shù)控機(jī)床上,各種輪廓加工都是通過插補(bǔ)計算實現(xiàn)的,插補(bǔ)計算的 任務(wù)就是對輪廓線的起點(diǎn)到終點(diǎn)之間再密集的計算出有限個坐標(biāo)點(diǎn),刀具沿著 這些坐標(biāo)點(diǎn)移動,來逼近理論輪廓。 插補(bǔ)方法可分兩大類:脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。 脈沖增量插補(bǔ)是控制單個脈沖輸出規(guī)律的插補(bǔ)方法。每輸入一個脈沖,移 動部件都要相應(yīng)的移動一定距離,這個距離成為脈沖當(dāng)量。因此,脈沖增量插 補(bǔ)也叫做行程標(biāo)量插補(bǔ)。如逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法。根據(jù)加工精度的不同,

2、 脈沖當(dāng)量可取 0.01?0.001mm移動部件的移動速度與脈沖當(dāng)量和脈沖輸出頻 率有關(guān),由于脈沖輸出頻率最高為幾萬 Hz,因此,當(dāng)脈沖當(dāng)量為0.001mm時, 最高移動速度也只有 2m/min。 脈沖增量插補(bǔ)通常用于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 數(shù)字增量插補(bǔ)法(也稱數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法)是在規(guī)定的時間(稱作插補(bǔ)時 間)內(nèi),計算出各坐標(biāo)方向的增量值(X, 丫,Z),刀具所在的坐標(biāo)位置及其它 一些需要的值。這些數(shù)據(jù)嚴(yán)格的限制在一個插補(bǔ)時間內(nèi)(如 8mS計算完畢, 送給伺服系統(tǒng),再由伺服系統(tǒng)控制移動部件運(yùn)動。移動部件也必須在下一個插 補(bǔ)時間內(nèi)走完插補(bǔ)計算給出的行程,因此數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)也稱作時間標(biāo)量插補(bǔ)

3、由于數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是用數(shù)值量控制機(jī)床運(yùn)動,因此,機(jī)床各坐標(biāo)方向的運(yùn) 動速度與插補(bǔ)運(yùn)算給出的數(shù)值量和插補(bǔ)時間有關(guān)。根據(jù)計算機(jī)運(yùn)行速度和加工 精度不同,有些系統(tǒng)的插補(bǔ)時間選用, 12ms 10.24ms、8ms對于運(yùn)行速度較 快的計算機(jī)有的已選 2mso現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度已超過 15m/min,達(dá)到 30m/min,有些已到 60m/min. 數(shù)據(jù)采樣法適用于直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)的閉環(huán)和半閉環(huán)控制系 統(tǒng)。 2.2插補(bǔ)原理——逐點(diǎn)比較法 逐點(diǎn)比較法是我國數(shù)控機(jī)床和線切割機(jī)應(yīng)用很廣的一種插補(bǔ)運(yùn)算方法。它 的特點(diǎn)是加工每走一步,就進(jìn)行一次偏差計算和偏差判別,即比較到達(dá)的新位 置和理

4、想線段上對應(yīng)點(diǎn)的理想位置坐標(biāo)之間的偏差程度,然后根據(jù)偏差大小確 定下一步的走向。采用這種方法,既能加工直線輪廓,又能加工圓弧曲線輪 廓。插補(bǔ)加工一般按偏差判別、進(jìn)給、偏差計算和終點(diǎn)判別等 4步進(jìn)行,現(xiàn)以 直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)為例說明逐點(diǎn)比較法的工作原理。 1.直線插補(bǔ)原理 (1) 偏差判別 如圖2.1,設(shè)被加工的直線OP在第一象限, A〃、A和A為處在等高線上的3個加工點(diǎn),當(dāng)加工點(diǎn) A偏離到OP的上邊A 時,有a〃 >a;當(dāng)偏離到OP的下邊A時,有a

5、F表示偏差,根據(jù)F可以判斷加工點(diǎn)A偏離直線0P的情況,也就是當(dāng): F>0 時, A點(diǎn)在直線的上邊,為了減少誤差應(yīng)給 X方向走一步; F<0 時, A點(diǎn)在直線的下邊,加工時應(yīng)給 丫方向走一步; F=0 時, A點(diǎn)在直線上,加工時應(yīng)給X方向走 rh. P(Xe,Ye) Fe(Xe,Ye) Ag ,Y “) A(X,Yi) A3(X3,Y3) Ai(Xi ,Yi) A2(X2,Y2) "| ? ” a i a Ao(Xo,Yo) 圖2.1直線插補(bǔ)偏差判別 圖2.2直線插補(bǔ) F= Yi Xe —Ye Xi=0 (2) 進(jìn)給 知道偏差F就可以決定加工的進(jìn)給

6、方向。例如當(dāng)加工的一 個點(diǎn)Ai在直線OP的上邊時,為了使其加工時不偏離直線太遠(yuǎn),它應(yīng)象 X方向 走一步,即進(jìn)給為 X+1 (見圖2.2 )。而在到達(dá) A點(diǎn)后,如在進(jìn)給應(yīng)是 丫方 向,即進(jìn)給 丫+1。也就是當(dāng)加工點(diǎn)位置已知時,根據(jù)偏差 F就可以決定進(jìn)給方 向,即 F >0,沿X方向的進(jìn)給為 X X+1; F<0時,沿丫方向的進(jìn)給為 Y Y+1 (3) 偏差計算 加工時每走一步要作一次偏差計算,由此得出 F后,再確 定進(jìn)給方向。為了插補(bǔ)運(yùn)算方便,偏差計算可用下述方法導(dǎo)出的簡便公式進(jìn) 行。 設(shè)直線OP的終點(diǎn)坐標(biāo)為Xe Ye,點(diǎn)A的坐標(biāo)為X、丫1,由此可計算出 A點(diǎn)的 偏差: F=

7、 Y 1Xe- YeX1 F= Yi Xe —Ye Xi=0 如果Fi>0,進(jìn)給應(yīng)是向X方向走一步到達(dá) A點(diǎn)。這時A的坐標(biāo)為X=X+1、 丫2=丫1、因而A點(diǎn)的偏差為: F 2 =YXe-YeX =Y iXe-Ye( X+1) = (YiXe-YeX)-Ye =F i-Ye 由于F2<0(A點(diǎn)在直線下邊),應(yīng)向丫方向進(jìn)給,因而可求得 A3點(diǎn)的偏差 如下: F 3=YXe-YeX3 = (Y2+1) Xe-YeX = (Y2Xe-YeX) +Xe =F 2+Xe 根據(jù)以上的結(jié)論,可歸納出第一象限的直線 L1的加工計算公式和進(jìn)給方向 如表2.1所示?;谶@樣的方法不

8、難推出第 2、3、4象限的直線偏差計算的公 式,如圖2.3和表2.2所示 由此可見,逐點(diǎn)計算偏差的方法,可把 F= Ya Xe — Ye Xa的運(yùn)算公式化為 F-FXe或F-F Ye的簡單計算,進(jìn)給方向可根據(jù) F值 的正負(fù)確定。只要根據(jù)表2-2,對不同象限的直線加工,米用不同 的計算公式和進(jìn)給就可以了。 偏差符號 F>0 F<0 偏差計算 F—F-Y F— F+X 進(jìn)給 + X + 丫 表2.1 表2.2 、F<0 L Fa 0 J Fa 0 F<0 O F<0 F>0 l/Fa 0 F<0 弋 L X Y 圖

9、2.3不同象限偏差與進(jìn)給的關(guān)系 2.4 終點(diǎn)判別計數(shù)方向 線型 F>0 F<0 進(jìn)給 偏差計算 進(jìn)給 偏差計算 Li L3 + X -X FT-Y + 丫 -丫 F+X L2 L4 + 丫 -丫 FT-X + X -X F+Y 用X方向計數(shù)Gx還是采用丫方向計數(shù)Gy?為保證不漏步,應(yīng)選用Xe和Ye中 的較大者的坐標(biāo)值作判終計數(shù)值。一般是以 45為界,按圖2.4確定。也就是 說,對Li來說,如 a <45,應(yīng)采用 X方向的總步數(shù) Gx來控制終點(diǎn);如 a >45,則用丫方向的總步數(shù)Gy,以此判斷加工是否到達(dá)終點(diǎn). 2

10、.3插補(bǔ)原理——數(shù)字積分法 數(shù)字積分法插補(bǔ)是脈沖增量插補(bǔ)的一種,它是用數(shù)字積分的方法計算刀具沿 各坐標(biāo)軸的移動量,從而使刀具沿著設(shè)定的曲線運(yùn)動。實現(xiàn)數(shù)字積分插補(bǔ)計算 的裝置稱為數(shù)字積分器,或數(shù)字微分器 (Digital Differential Analyzer, DDA),數(shù) 字積分器可以用軟件來實現(xiàn)。數(shù)字積分器具有運(yùn)算速度快,脈沖分配均勻,可 以實現(xiàn)一次、二次曲線的插補(bǔ)和各種函數(shù)運(yùn)算,而且易于實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動,但 傳統(tǒng)的DDA插補(bǔ)法也有速度調(diào)節(jié)不方便,插補(bǔ)精度需要采取一定措施才能滿足 要求的缺點(diǎn),不過目前CNC數(shù)控系統(tǒng)中多采用軟件實現(xiàn)DDA插補(bǔ)時,可以很容 易克服以上缺點(diǎn),所以DDA插補(bǔ)是目前使用范圍很廣的一種插補(bǔ)方法。它的基 本原理可以用圖4.1所示的函數(shù)積分表示,從微分幾何概念來看,從時刻 0到時 刻t求函數(shù)y=f(t)曲線所包圍的面積時,可用積分公式: 如果將0~t的時間劃分成時間間隔為 At勺有限區(qū)間,當(dāng)△足夠小時,可得近 似公式: 式中yi-1為t=ti-1時f(t)的值,此公式說明:積分可以用數(shù)的累加來近似代替,

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