第二章 数控系统数控插补原理PPT讲稿.ppt

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1、第二章 数控系统数控插补原理第1页，共66页，编辑于2022年，星期二第二章第二章 数控系统及工作原理数控系统及工作原理 第一节第一节概述概述第二节第二节数控插补原理数控插补原理第三节第三节数控补偿原理数控补偿原理第四节第四节位移与速度检测位移与速度检测第五节第五节伺服驱动与控制伺服驱动与控制第六节第六节 CNCCNC装置装置第七节第七节CNC系统中的可编程控制器（系统中的可编程控制器（PLC）第2页，共66页，编辑于2022年，星期二 了解数控系统的组成、工作原理及工作过程；了解数控系统的组成、工作原理及工作过程；掌握数控机床插补原理及逐点比较法插补方法；掌握数控机床插补原理及逐点比较法插补

2、方法；掌握刀具补偿原理；掌握刀具补偿原理；掌握光栅及脉冲编码器的位移检测原理；掌握光栅及脉冲编码器的位移检测原理；掌握光栅及脉冲编码器的位移检测原理；掌握光栅及脉冲编码器的位移检测原理；掌握伺服驱动与控制的基本原理与方法；掌握伺服驱动与控制的基本原理与方法；掌握伺服驱动与控制的基本原理与方法；掌握伺服驱动与控制的基本原理与方法；了解了解了解了解CNCCNC装置的硬软件结构及工作原理；装置的硬软件结构及工作原理；装置的硬软件结构及工作原理；装置的硬软件结构及工作原理；了解了解CNCCNC系统中的系统中的系统中的系统中的PLCPLC结构与工作原理。结构与工作原理。本章要求本章要求第3页，共66页，

3、编辑于2022年，星期二第一节第一节 概概 述述 现代数控系统以微型计算机为核心现代数控系统以微型计算机为核心构成，称为计算机数字控制系统，简称构成，称为计算机数字控制系统，简称CNC系统，其大部分或全部数控功能是系统，其大部分或全部数控功能是在硬件的基础上通过软件实现的。在硬件的基础上通过软件实现的。第4页，共66页，编辑于2022年，星期二一、一、CNCCNC系统组成和功用系统组成和功用输入输出设备输入输出设备输入输出设备输入输出设备计算机数字控制装置（简称计算机数字控制装置（简称计算机数字控制装置（简称计算机数字控制装置（简称CNCCNCCNCCNC装置或数控装置）装置或数控装置）装置或

4、数控装置）装置或数控装置）可编程控制器可编程控制器可编程控制器可编程控制器(PLCPLCPLCPLC、PMC)PMC)PMC)PMC)强电控制部分强电控制部分强电控制部分强电控制部分主轴调速驱动单元及主轴电动机主轴调速驱动单元及主轴电动机主轴调速驱动单元及主轴电动机主轴调速驱动单元及主轴电动机进给伺服驱动单元及进给电动机进给伺服驱动单元及进给电动机进给伺服驱动单元及进给电动机进给伺服驱动单元及进给电动机辅助装置电动执行器辅助装置电动执行器辅助装置电动执行器辅助装置电动执行器位移与速度检测装置位移与速度检测装置位移与速度检测装置位移与速度检测装置 第5页，共66页，编辑于2022年，星期二第6页

5、，共66页，编辑于2022年，星期二1 1输入输入/输出设备输出设备 操作者与数控系统进行人机交互，或其它外部信息操作者与数控系统进行人机交互，或其它外部信息操作者与数控系统进行人机交互，或其它外部信息操作者与数控系统进行人机交互，或其它外部信息处理设备与处理设备与处理设备与处理设备与CNCCNCCNCCNC系统进行信息交换的装置。系统进行信息交换的装置。系统进行信息交换的装置。系统进行信息交换的装置。数控操作面板：数控系统的控制面板，主要由显示器（数控操作面板：数控系统的控制面板，主要由显示器（数控操作面板：数控系统的控制面板，主要由显示器（数控操作面板：数控系统的控制面板，主要由显示器（C

6、RTCRTCRTCRT或或或或LCDLCD）、手动数据输入）、手动数据输入）、手动数据输入）、手动数据输入(MDI)(MDI)(MDI)(MDI)键盘组成。键盘组成。键盘组成。键盘组成。机床操作面板：设有各种按钮和选择开关，用于对机床直机床操作面板：设有各种按钮和选择开关，用于对机床直机床操作面板：设有各种按钮和选择开关，用于对机床直机床操作面板：设有各种按钮和选择开关，用于对机床直接手动操作或对机床的运行进行干预。接手动操作或对机床的运行进行干预。接手动操作或对机床的运行进行干预。接手动操作或对机床的运行进行干预。电子手轮：手摇脉冲发生器，手动坐标控制。电子手轮：手摇脉冲发生器，手动坐标控制

7、。电子手轮：手摇脉冲发生器，手动坐标控制。电子手轮：手摇脉冲发生器，手动坐标控制。磁盘驱动器：程序、数据输入与输出。磁盘驱动器：程序、数据输入与输出。各种通信接口：各种通信接口：各种通信接口：各种通信接口：RS-232CRS-232C、RS-422RS-422RS-422RS-422、RS-485RS-485、USBUSBUSBUSB等等等等 第7页，共66页，编辑于2022年，星期二2 2CNCCNC装置和装置和PLC PLC l lCNCCNC装置实现系统的主要和绝大多数控制装置实现系统的主要和绝大多数控制功能功能 封闭结构封闭结构CNCCNC：第五代以前：第五代以前 开放结构开放结构CN

8、CCNC：第六代：第六代l lPLCPLC协助协助CNCCNC装置实现部分辅助控制功能装置实现部分辅助控制功能 内置型：结构上与内置型：结构上与CNCCNC装置一体化，装置一体化，PMCPMC 独立型：由独立的专业化厂家生产独立型：由独立的专业化厂家生产 第8页，共66页，编辑于2022年，星期二FANUCFANUC数控系统数控系统数控系统数控系统SIEMENSSIEMENS数控系统数控系统数控系统数控系统MAZATROLMAZATROL数控系统数控系统数控系统数控系统第9页，共66页，编辑于2022年，星期二华中数控华中数控华中数控华中数控HNC-21/22MHNC-21/22MHNC-21

9、/22MHNC-21/22M 蓝天数控蓝天数控蓝天数控蓝天数控NC-110NC-110第10页，共66页，编辑于2022年，星期二三菱三菱三菱三菱PLCFXPLCFX2N2N系列系列系列系列西门子西门子西门子西门子PLCPLCS7-300S7-300系列系列系列系列第11页，共66页，编辑于2022年，星期二CNC装置的任务装置的任务 1.1.1.1.接收各输入设备的输入信息接收各输入设备的输入信息接收各输入设备的输入信息接收各输入设备的输入信息 2.2.2.2.对零件加工程序及工作参数进行存储，对操作命令转相应处理对零件加工程序及工作参数进行存储，对操作命令转相应处理对零件加工程序及工作参数

10、进行存储，对操作命令转相应处理对零件加工程序及工作参数进行存储，对操作命令转相应处理 3.3.3.3.执行零件加工程序，对加工程序指令进行译码、逻辑分析、插补运算执行零件加工程序，对加工程序指令进行译码、逻辑分析、插补运算执行零件加工程序，对加工程序指令进行译码、逻辑分析、插补运算执行零件加工程序，对加工程序指令进行译码、逻辑分析、插补运算 4.4.4.4.将生成的运动轨迹控制信息输出到进给伺服驱动单元将生成的运动轨迹控制信息输出到进给伺服驱动单元将生成的运动轨迹控制信息输出到进给伺服驱动单元将生成的运动轨迹控制信息输出到进给伺服驱动单元 5.5.5.5.将将将将机机机机床床床床主主主主运运运

11、运动动动动和和和和辅辅辅辅助助助助功功功功能能能能控控控控制制制制指指指指令令令令转转转转交交交交给给给给PLCPLCPLCPLC处处处处理理理理和和和和执执执执行行行行，同同同同时时时时接接接接收收收收PLCPLCPLCPLC的反馈信息并做相应处理的反馈信息并做相应处理的反馈信息并做相应处理的反馈信息并做相应处理 6.6.6.6.把把把把各各各各工工工工作作作作环环环环节节节节的的的的有有有有关关关关数数数数据据据据和和和和图图图图形形形形信信信信息息息息，如如如如零零零零件件件件加加加加工工工工程程程程序序序序、轴轴轴轴坐坐坐坐标标标标值值值值、操操操操作作作作菜菜菜菜单单单单和和和和提提

12、提提示示示示、诊诊诊诊断断断断结结结结果果果果、补补补补偿偿偿偿值值值值、机机机机床床床床参参参参数数数数和和和和状状状状态态态态、模模模模拟控制轨迹等输出到显示器进行显示拟控制轨迹等输出到显示器进行显示拟控制轨迹等输出到显示器进行显示拟控制轨迹等输出到显示器进行显示 7.7.7.7.实现与上位编程、管理计算机的信息交换实现与上位编程、管理计算机的信息交换实现与上位编程、管理计算机的信息交换实现与上位编程、管理计算机的信息交换 第12页，共66页，编辑于2022年，星期二PLCPLC的任务的任务 接收接收CNC装置转交来的机床主运动和辅装置转交来的机床主运动和辅助功能控制指令，同时从本身的输入

13、端助功能控制指令，同时从本身的输入端获得机床主运动和辅助动作状态、机床获得机床主运动和辅助动作状态、机床操作面板操作信息等操作面板操作信息等对上述状态信息进行逻辑运算及数值运对上述状态信息进行逻辑运算及数值运算处理算处理 将处理结果信息根据控制功能需要分别将处理结果信息根据控制功能需要分别输出到机床操作面板、主轴调速驱动单输出到机床操作面板、主轴调速驱动单元和强电控制部分，或反馈给元和强电控制部分，或反馈给CNCCNC装置装置第13页，共66页，编辑于2022年，星期二3 3强电控制部分和辅助装置电动执行器强电控制部分和辅助装置电动执行器 CNC系统的功率接口系统的功率接口由各种继电器及继电器

14、驱动电路构成由各种继电器及继电器驱动电路构成作用是对作用是对PLC输出的辅助功能控制信号进输出的辅助功能控制信号进行隔离并功率放大，驱动辅助装置电动执行隔离并功率放大，驱动辅助装置电动执行器（各种电机、电磁铁、电磁阀等）行器（各种电机、电磁铁、电磁阀等）第14页，共66页，编辑于2022年，星期二4进给伺服驱动单元及进给电动机进给伺服驱动单元及进给电动机 进给伺服单元接收来自进给伺服单元接收来自CNC装置的装置的运动轨迹控制信息（运动指令），经变运动轨迹控制信息（运动指令），经变换和放大后，驱动伺服电动机，再经机换和放大后，驱动伺服电动机，再经机械传动机构传动机床工作台或刀具，实械传动机构传动

15、机床工作台或刀具，实现程序规定的坐标运动轨迹。现程序规定的坐标运动轨迹。第15页，共66页，编辑于2022年，星期二5主轴调速驱动单元及主轴电动机主轴调速驱动单元及主轴电动机 主轴调速驱动单元接收来自主轴调速驱动单元接收来自PLC的的转速控制信息（转速指令），经变换和转速控制信息（转速指令），经变换和放大后，驱动主轴电动机运转，使主轴放大后，驱动主轴电动机运转，使主轴获得给定的转速。获得给定的转速。第16页，共66页，编辑于2022年，星期二6位移与速度检测装置位移与速度检测装置 在在位位置置伺伺服服系系统统中中，检检测测各各坐坐标标轴轴位位置置（或或位位移移）和和速速度度，并并反反馈馈给给C

16、NCCNCCNCCNC装装装装置置置置和和和和进进进进给给给给伺伺伺伺服服服服驱驱驱驱动动动动单元，或仅反馈给进给伺服驱动单元。单元，或仅反馈给进给伺服驱动单元。单元，或仅反馈给进给伺服驱动单元。单元，或仅反馈给进给伺服驱动单元。在在在在主主主主轴轴轴轴调调调调速速速速系系系系统统统统中中中中，速速速速度度度度检检检检测测测测装装装装置置置置用用用用于于于于检检检检测测测测主主主主轴的转速，并反馈给主轴调速驱动单元。轴的转速，并反馈给主轴调速驱动单元。轴的转速，并反馈给主轴调速驱动单元。轴的转速，并反馈给主轴调速驱动单元。第17页，共66页，编辑于2022年，星期二二、二、CNCCNC装置的主

17、要工作及过程装置的主要工作及过程 1.1.1.1.系统的初始化系统的初始化 2.2.2.2.输入输入输入输入 3.3.3.3.加工程序的执行加工程序的执行加工程序的执行加工程序的执行 1)1)1)1)译码译码译码译码 2)2)2)2)数据处理数据处理数据处理数据处理 3)3)3)3)插补插补插补插补 4)4)4)4)位置控制位置控制位置控制位置控制 5)5)5)5)开关量控制开关量控制开关量控制开关量控制 4.4.4.4.显示显示显示显示 5.5.5.5.故障自动检测和诊断故障自动检测和诊断坐标变换坐标变换坐标变换坐标变换刀具补偿刀具补偿刀具补偿刀具补偿速度处理速度处理速度处理速度处理第18页

18、，共66页，编辑于2022年，星期二 第19页，共66页，编辑于2022年，星期二1.1.系统的初始化系统的初始化 对有关寄存器、存储器、输出口设置初始值对有关寄存器、存储器、输出口设置初始值对有关寄存器、存储器、输出口设置初始值对有关寄存器、存储器、输出口设置初始值 自动返回参考点或提示操作者手动返回参考点，以便自动返回参考点或提示操作者手动返回参考点，以便自动返回参考点或提示操作者手动返回参考点，以便自动返回参考点或提示操作者手动返回参考点，以便建立机床坐标系建立机床坐标系建立机床坐标系建立机床坐标系 显示机床刀架或工作台等的当前位置信息，同时处于显示机床刀架或工作台等的当前位置信息，同时

19、处于显示机床刀架或工作台等的当前位置信息，同时处于显示机床刀架或工作台等的当前位置信息，同时处于准备接收各种数据和操作命令的状态准备接收各种数据和操作命令的状态准备接收各种数据和操作命令的状态准备接收各种数据和操作命令的状态 注意：第一次使用数控装置时，必须进行机床注意：第一次使用数控装置时，必须进行机床注意：第一次使用数控装置时，必须进行机床注意：第一次使用数控装置时，必须进行机床 参数设置参数设置第20页，共66页，编辑于2022年，星期二2.2.输输 入入 零件加工程序、各种补偿值、各种参数及操作命令等零件加工程序、各种补偿值、各种参数及操作命令等零件加工程序、各种补偿值、各种参数及操作

20、命令等零件加工程序、各种补偿值、各种参数及操作命令等 通过通过通过通过MDIMDI键盘编写和输入加工程序键盘编写和输入加工程序键盘编写和输入加工程序键盘编写和输入加工程序 通过磁盘输入或采用通讯方式输入通过磁盘输入或采用通讯方式输入通过磁盘输入或采用通讯方式输入通过磁盘输入或采用通讯方式输入零件加工程序以文本格式（通常是零件加工程序以文本格式（通常是零件加工程序以文本格式（通常是零件加工程序以文本格式（通常是ASCASC码）存放在程序码）存放在程序码）存放在程序码）存放在程序存储区，并可利用存储区，并可利用存储区，并可利用存储区，并可利用CNCCNC装置的程序编辑器进行编辑和修改装置的程序编辑

21、器进行编辑和修改装置的程序编辑器进行编辑和修改装置的程序编辑器进行编辑和修改 第21页，共66页，编辑于2022年，星期二3.3.加工程序的执行加工程序的执行 手动：手动：单段：单段：单段：单段：连续：实际加工连续：实际加工连续：实际加工连续：实际加工 零件加工程序的调试零件加工程序的调试第22页，共66页，编辑于2022年，星期二译译 码码 根据规则对程序段指令（功能字）进行识别，转换成后续处理程序根据规则对程序段指令（功能字）进行识别，转换成后续处理程序根据规则对程序段指令（功能字）进行识别，转换成后续处理程序根据规则对程序段指令（功能字）进行识别，转换成后续处理程序所要求的数据格式，并将

22、其存放在指定的内存专用区所要求的数据格式，并将其存放在指定的内存专用区所要求的数据格式，并将其存放在指定的内存专用区所要求的数据格式，并将其存放在指定的内存专用区译码缓冲译码缓冲译码缓冲译码缓冲区。区。区。区。将程序段从程序存储区中逐个字符读入，并逐个与规定使用的所将程序段从程序存储区中逐个字符读入，并逐个与规定使用的所将程序段从程序存储区中逐个字符读入，并逐个与规定使用的所将程序段从程序存储区中逐个字符读入，并逐个与规定使用的所有指令地址符（有指令地址符（有指令地址符（有指令地址符（M M M M、G G G G、S S S S、T T T T、F F F F、X X X X、Y Y Y Y

23、、Z Z Z Z等）相比较，如哪个相等）相比较，如哪个相等）相比较，如哪个相等）相比较，如哪个相等，就识别出对应指令，并作相应处理（每个指令地址符处理内等，就识别出对应指令，并作相应处理（每个指令地址符处理内等，就识别出对应指令，并作相应处理（每个指令地址符处理内等，就识别出对应指令，并作相应处理（每个指令地址符处理内容不同）。容不同）。容不同）。容不同）。一个程序段的译码结果存放在一个译码缓冲区。一般设置若干一个程序段的译码结果存放在一个译码缓冲区。一般设置若干一个程序段的译码结果存放在一个译码缓冲区。一般设置若干一个程序段的译码结果存放在一个译码缓冲区。一般设置若干个译码缓冲区，构成译码缓

24、冲区组。个译码缓冲区，构成译码缓冲区组。个译码缓冲区，构成译码缓冲区组。个译码缓冲区，构成译码缓冲区组。译码结果在形式上是后续处理程序所要求的数据格式，但实质内容不译码结果在形式上是后续处理程序所要求的数据格式，但实质内容不译码结果在形式上是后续处理程序所要求的数据格式，但实质内容不译码结果在形式上是后续处理程序所要求的数据格式，但实质内容不变。变。变。变。译码中若发现译码中若发现译码中若发现译码中若发现M02M02M02M02或或或或M30M30M30M30指令时，整个加工程序译码结束。指令时，整个加工程序译码结束。指令时，整个加工程序译码结束。指令时，整个加工程序译码结束。第23页，共66

25、页，编辑于2022年，星期二数据处理数据处理 坐标变换坐标变换：将编程坐标系下的刀具点坐将编程坐标系下的刀具点坐标转换成机床坐标系下的坐标。标转换成机床坐标系下的坐标。刀具补偿处理刀具补偿处理：包括刀具位置补偿、半包括刀具位置补偿、半径补偿和长度补偿，其主要任务是根据径补偿和长度补偿，其主要任务是根据刀具补偿指令、刀补值和编程轨迹终点刀具补偿指令、刀补值和编程轨迹终点坐标计算刀位点轨迹终点坐标。坐标计算刀位点轨迹终点坐标。速度处理速度处理：根据编程指令速度根据编程指令速度F为后续插为后续插补运算及速度控制提供所需的数据。补运算及速度控制提供所需的数据。第24页，共66页，编辑于2022年，星期

26、二插插 补补 CNC系统的核心功能是运动轨迹控制，实现系统的核心功能是运动轨迹控制，实现运动轨迹控制的根本手段是插补。运动轨迹控制的根本手段是插补。在程序段给出的运动轨迹起点和终点之间，在程序段给出的运动轨迹起点和终点之间，根据进给速度要求，实时地计算出满足运动根据进给速度要求，实时地计算出满足运动轨迹要求的若干中间点及其坐标，并以此为轨迹要求的若干中间点及其坐标，并以此为位置控制指令，控制和驱动伺服系统实现各位置控制指令，控制和驱动伺服系统实现各坐标轴的进给运动，最终使刀具顺序经过各坐标轴的进给运动，最终使刀具顺序经过各中间点，加工出程序给定的零件轮廓。中间点，加工出程序给定的零件轮廓。第2

27、5页，共66页，编辑于2022年，星期二位置控制位置控制 位置跟随位置跟随位置跟随位置跟随误差误差误差误差速度指令速度指令速度指令速度指令速度误差速度误差速度误差速度误差第26页，共66页，编辑于2022年，星期二开关量控制开关量控制 将译码缓冲区中有关机床主运动和将译码缓冲区中有关机床主运动和辅助功能控制的各开关量控制数据（如辅助功能控制的各开关量控制数据（如M代码、主轴转速、换刀指令等）传送代码、主轴转速、换刀指令等）传送到到PLC内存中，由内存中，由PLC处理和执行。处理和执行。第27页，共66页，编辑于2022年，星期二4.显示显示 CNCCNC系系统统通通过过显显示示器器将将系系统统

28、信信息息以以文文本本和和图图形形的的形形式式显显示示给给操操作作者者，供供程程序序输输入入、编编辑辑、修修改改、存存储储、参参数数输输入入、运行操作、状态监视等使用。运行操作、状态监视等使用。第28页，共66页，编辑于2022年，星期二5.5.故障自动检测和诊断故障自动检测和诊断 联机诊断联机诊断 开机诊断：系统从开始通电到进入正常运行期开机诊断：系统从开始通电到进入正常运行期间的自动诊断，诊断的主要对象是间的自动诊断，诊断的主要对象是CNCCNC装置本身装置本身 运行诊断：运行诊断：CNCCNC系统正常运行期间的自动诊断，系统正常运行期间的自动诊断，主要针对主要针对CNCCNC装置及其它设备

29、进行诊断装置及其它设备进行诊断 脱机诊断脱机诊断 通过各种脱机诊断程序对通过各种脱机诊断程序对CNC系统进行的专门系统进行的专门诊断诊断 通过网络进行远程通信诊断通过网络进行远程通信诊断 第29页，共66页，编辑于2022年，星期二第二章第二章 数控系统及工作原理数控系统及工作原理 第一节第一节概述概述第二节第二节数控插补原理数控插补原理第三节第三节数控补偿原理数控补偿原理第四节第四节位移与速度检测位移与速度检测第五节第五节伺服驱动与控制伺服驱动与控制第六节第六节 CNCCNC装置装置第七节第七节CNC系统中的可编程控制器（系统中的可编程控制器（PLC）第30页，共66页，编辑于2022年，星

30、期二第二节第二节 数控插补原理数控插补原理第31页，共66页，编辑于2022年，星期二 第32页，共66页，编辑于2022年，星期二一、插补的基本概念一、插补的基本概念 插补：插补：插补：插补：根据给定的刀具运动轨迹和进给速度，采用适根据给定的刀具运动轨迹和进给速度，采用适根据给定的刀具运动轨迹和进给速度，采用适根据给定的刀具运动轨迹和进给速度，采用适当的计算方法，在运动轨迹的起点和终点之间，计算当的计算方法，在运动轨迹的起点和终点之间，计算当的计算方法，在运动轨迹的起点和终点之间，计算当的计算方法，在运动轨迹的起点和终点之间，计算出满足预定要求的中间点及其坐标。出满足预定要求的中间点及其坐标

31、。出满足预定要求的中间点及其坐标。出满足预定要求的中间点及其坐标。插补算法或插补方法：基准脉冲插补和数据采样插补算法或插补方法：基准脉冲插补和数据采样插补算法或插补方法：基准脉冲插补和数据采样插补算法或插补方法：基准脉冲插补和数据采样插补插补插补插补 插补器：实现插补功能的电路或程序插补器：实现插补功能的电路或程序插补器：实现插补功能的电路或程序插补器：实现插补功能的电路或程序 硬件插补与软件插补硬件插补与软件插补硬件插补与软件插补硬件插补与软件插补粗精两步插补：由软件实现粗插补，由硬件实现粗精两步插补：由软件实现粗插补，由硬件实现精插补精插补直线插补、圆弧插补、抛物线插补直线插补、圆弧插补、

32、抛物线插补 第33页，共66页，编辑于2022年，星期二有关插补的几点说明有关插补的几点说明 绝大多数绝大多数绝大多数绝大多数CNCCNC装置都具有直线和圆弧插补功能，一些高装置都具有直线和圆弧插补功能，一些高装置都具有直线和圆弧插补功能，一些高装置都具有直线和圆弧插补功能，一些高档档档档CNCCNC系统还具有抛物线、渐开线、螺旋线、正弦线、系统还具有抛物线、渐开线、螺旋线、正弦线、系统还具有抛物线、渐开线、螺旋线、正弦线、系统还具有抛物线、渐开线、螺旋线、正弦线、样条曲线或曲面直接插补等功能。样条曲线或曲面直接插补等功能。样条曲线或曲面直接插补等功能。样条曲线或曲面直接插补等功能。由于插补过

33、程将连续轨迹离散化和数字化，因此实际由于插补过程将连续轨迹离散化和数字化，因此实际由于插补过程将连续轨迹离散化和数字化，因此实际由于插补过程将连续轨迹离散化和数字化，因此实际的刀具运动轨迹是由多段小线段构成的折线，折线的的刀具运动轨迹是由多段小线段构成的折线，折线的的刀具运动轨迹是由多段小线段构成的折线，折线的的刀具运动轨迹是由多段小线段构成的折线，折线的形状与插补算法和允许的逼近误差有关。形状与插补算法和允许的逼近误差有关。形状与插补算法和允许的逼近误差有关。形状与插补算法和允许的逼近误差有关。若零件轮廓是由非直非圆曲线、列表曲线或自由曲若零件轮廓是由非直非圆曲线、列表曲线或自由曲面等构成的

34、，需在编程时用直线或圆弧等基本线型面等构成的，需在编程时用直线或圆弧等基本线型对零件轮廓进行拟合或逼近，然后再用拟合轮廓进对零件轮廓进行拟合或逼近，然后再用拟合轮廓进行编程。轮廓拟合过程实际上也是一种插补过程，行编程。轮廓拟合过程实际上也是一种插补过程，常被称为常被称为“一次插补一次插补一次插补一次插补”，而，而，而，而CNCCNC系统实现的插补又被系统实现的插补又被称为称为“二次插补二次插补”。第34页，共66页，编辑于2022年，星期二二、基准脉冲插补二、基准脉冲插补 又称又称又称又称脉冲增量插补脉冲增量插补脉冲增量插补脉冲增量插补或或或或行程标量插补行程标量插补行程标量插补行程标量插补。

35、主要特点：在顺序循环计算运动轨迹中间点的过程中，每次插补循环主要特点：在顺序循环计算运动轨迹中间点的过程中，每次插补循环主要特点：在顺序循环计算运动轨迹中间点的过程中，每次插补循环主要特点：在顺序循环计算运动轨迹中间点的过程中，每次插补循环的输出是下一中间点相对当前中间点的坐标位移增量，并以指令脉冲的输出是下一中间点相对当前中间点的坐标位移增量，并以指令脉冲的输出是下一中间点相对当前中间点的坐标位移增量，并以指令脉冲的输出是下一中间点相对当前中间点的坐标位移增量，并以指令脉冲形式输出以驱动各坐标轴的进给，同时控制每次插补输出的坐标位移形式输出以驱动各坐标轴的进给，同时控制每次插补输出的坐标位移

36、形式输出以驱动各坐标轴的进给，同时控制每次插补输出的坐标位移形式输出以驱动各坐标轴的进给，同时控制每次插补输出的坐标位移增量不大于系统的脉冲当量，即每次插补输出的指令脉冲或者是一个，增量不大于系统的脉冲当量，即每次插补输出的指令脉冲或者是一个，增量不大于系统的脉冲当量，即每次插补输出的指令脉冲或者是一个，增量不大于系统的脉冲当量，即每次插补输出的指令脉冲或者是一个，或者没有。或者没有。或者没有。或者没有。在运动轨迹的起点和终点之间，中间点个数是已知的，插补循环次数在运动轨迹的起点和终点之间，中间点个数是已知的，插补循环次数在运动轨迹的起点和终点之间，中间点个数是已知的，插补循环次数在运动轨迹的

37、起点和终点之间，中间点个数是已知的，插补循环次数也是已知的，通过控制每次插补循环的时间，就可控制总插补时间，也是已知的，通过控制每次插补循环的时间，就可控制总插补时间，也是已知的，通过控制每次插补循环的时间，就可控制总插补时间，也是已知的，通过控制每次插补循环的时间，就可控制总插补时间，从而控制运动速度。从而控制运动速度。从而控制运动速度。从而控制运动速度。基准脉冲插补的方法很多，有脉冲乘法器法、逐点比较法、数字积分法、基准脉冲插补的方法很多，有脉冲乘法器法、逐点比较法、数字积分法、基准脉冲插补的方法很多，有脉冲乘法器法、逐点比较法、数字积分法、基准脉冲插补的方法很多，有脉冲乘法器法、逐点比较

38、法、数字积分法、矢量判别法、比较积分法、最小偏差法、单步追踪法等等，其中应用较矢量判别法、比较积分法、最小偏差法、单步追踪法等等，其中应用较矢量判别法、比较积分法、最小偏差法、单步追踪法等等，其中应用较矢量判别法、比较积分法、最小偏差法、单步追踪法等等，其中应用较多的是多的是多的是多的是逐点比较法逐点比较法逐点比较法逐点比较法和数字积分法。和数字积分法。和数字积分法。和数字积分法。第35页，共66页，编辑于2022年，星期二（一）逐点比较法插补的基本原理（一）逐点比较法插补的基本原理 第36页，共66页，编辑于2022年，星期二1 1 1 1首首首首先先先先判判判判断断断断刀刀刀刀具具具具当当

39、当当前前前前位位位位置置置置与与与与要要要要求求求求的的的的运运运运动动动动轨轨轨轨迹迹迹迹的的的的偏偏偏偏离离离离情情情情况况况况。具具具具体体体体方方方方法法法法是是是是根根根根据据据据要要要要求求求求的的的的运运运运动动动动轨轨轨轨迹迹迹迹设设设设计计计计一一一一个个个个偏偏偏偏差差差差函函函函数数数数，该该该该偏差函数是刀具坐标的函数，其函数值反映出偏离情况；偏差函数是刀具坐标的函数，其函数值反映出偏离情况；偏差函数是刀具坐标的函数，其函数值反映出偏离情况；偏差函数是刀具坐标的函数，其函数值反映出偏离情况；2 2 2 2根根根根据据据据偏偏偏偏差差差差判判判判别别别别的的的的结结结结果

40、果果果，发发发发出出出出一一一一个个个个进进进进给给给给指指指指令令令令脉脉脉脉冲冲冲冲，控控控控制制制制刀刀刀刀具沿相应坐标轴产生一个脉冲当量的位移；具沿相应坐标轴产生一个脉冲当量的位移；具沿相应坐标轴产生一个脉冲当量的位移；具沿相应坐标轴产生一个脉冲当量的位移；3 3 3 3用新的刀具位置坐标重新计算偏差函数的值；用新的刀具位置坐标重新计算偏差函数的值；用新的刀具位置坐标重新计算偏差函数的值；用新的刀具位置坐标重新计算偏差函数的值；4 4 4 4判断刀具是否到达轨迹的终点。判断刀具是否到达轨迹的终点。判断刀具是否到达轨迹的终点。判断刀具是否到达轨迹的终点。第37页，共66页，编辑于2022

41、年，星期二（二）逐点比较法直线插补（二）逐点比较法直线插补 插插补补如如图图2-4所所示示第第一一象象限限直直线线OA，起起 点点O(0,0)，终终 点点A(Xe,Ye)，坐坐标标单单位为脉冲当量。位为脉冲当量。第38页，共66页，编辑于2022年，星期二1.偏差判别偏差判别将直线将直线OAOAOAOA的方程的方程的方程的方程改写成改写成改写成改写成设加工时刀具位置为设加工时刀具位置为设加工时刀具位置为设加工时刀具位置为P(P(P(P(X X X Xi i i i,Y Yi i)点，取偏差函数为点，取偏差函数为点，取偏差函数为点，取偏差函数为当当当当P P P P点在直线上时，点在直线上时，点

42、在直线上时，点在直线上时，F F F Fi i i i0 0 0 0；当当当当P P P P点在直线上方时，点在直线上方时，点在直线上方时，点在直线上方时，F F F Fi i i i0 0；当当当当P P P P点在直线下方时，点在直线下方时，点在直线下方时，点在直线下方时，F Fi i0 0。第39页，共66页，编辑于2022年，星期二2 2进给脉冲分配进给脉冲分配 当当P P点点在在直直线线上上方方，即即F Fi i0 0时时，向向+X X方方向向分分配配一一个个进进给给脉脉冲冲，即即向向X X轴轴正正方方向向走走一一步步（一个脉冲当量的位移），简记为（一个脉冲当量的位移），简记为+XX

43、；当当P P点点在在直直线线下下方方，即即F Fi i0 0时时，向向+Y Y方方向向分分配配一一个个进进给给脉脉冲冲，即即向向Y Y轴轴正正方方向向走走一一步步，简记为简记为+YY。当当P P点点在在直直线线上上，即即F Fi i0 0时时，为为使使加加工工继继续续进进行行，规规定定按按P P点点在在直直线线上上方方情情况况处处理理，即即向向X X轴正方向走一步。轴正方向走一步。第40页，共66页，编辑于2022年，星期二3 3偏差函数的递推计算偏差函数的递推计算 l l若若Fi0，向，向X轴正方向走一步，则轴正方向走一步，则P点新点新的位置坐标及偏差为的位置坐标及偏差为若若Fi0，向向Y轴

44、轴正正方方向向走走一一步步，则则P点点新的位置坐新的位置坐标标及偏差及偏差为为第41页，共66页，编辑于2022年，星期二4 4终点判别终点判别 l l插补循环或进给的总步数：插补循环或进给的总步数：l l每进行一次插补循环，就对每进行一次插补循环，就对E E进行一次减进行一次减1 1运算，当运算，当E E等于等于0 0时，表明到达终点，插时，表明到达终点，插补结束。补结束。第42页，共66页，编辑于2022年，星期二5 5逐点比较法直线插补举例逐点比较法直线插补举例 【例例例例2-12-1】插补计算图插补计算图插补计算图插补计算图2-52-5所示第一象限直线所示第一象限直线所示第一象限直线所

45、示第一象限直线OAOA，起点，起点，起点，起点O(0,0)O(0,0)，终，终，终，终点点点点A(5,3)A(5,3)。步序步序步序步序工作工作工作工作节节节节拍拍拍拍偏差判偏差判偏差判偏差判别别别别坐坐坐坐标进给标进给标进给标进给偏差函数偏差函数偏差函数偏差函数计计计计算算算算终终终终点判点判点判点判别别别别0 0 F F0 00 0E EX Xe e+Y Ye e5+35+38 81 1F F0 0+XXF F1 1F F0 0-Y Ye e0-30-3-3-3E E8-18-17 72 2F F0 0+YYF F2 2F F1 1+X Xe e-3+5-3+52 2E E7-17-16

46、63 3F F0 0+XXF F3 3F F2 2-Y Ye e2-32-3-1-1E E6-16-15 54 4F F0 0+YYF F4 4F F3 3+X Xe e-1+5-1+54 4E E5-15-14 45 5F F0 0+XXF F5 5F F4 4-Y Ye e4-34-31 1E E4-14-13 36 6F F0 0+XXF F6 6F F5 5-Y Ye e1-31-3-2-2E E3-13-12 27 7F F0 0+YYF F7 7F F6 6+X Xe e-2+5-2+53 3E E2-12-11 18 8F F0 0+XXF F8 8F F7 7-Y Ye e3-

47、33-30 0E E1-11-100插插插插补结补结补结补结束束束束第43页，共66页，编辑于2022年，星期二第44页，共66页，编辑于2022年，星期二（三）逐点比较法圆弧插补（三）逐点比较法圆弧插补 如图2-6所示，插补逆时针圆弧AB，起 点A(X0，Y0)，终点B(Xe，Ye)，圆心O（0，0），坐标单位为脉冲当量。第45页，共66页，编辑于2022年，星期二1偏差判别偏差判别 圆弧圆弧ABAB的方程为的方程为 设加工时刀具位于设加工时刀具位于P(P(X Xi i，Y Yi i)点，取偏差函数为点，取偏差函数为 当当P P点在圆弧上时，点在圆弧上时，F Fi i0 0；当当P P点在圆

48、弧外时，点在圆弧外时，F Fi i0 0；当当P P点在圆弧内时，点在圆弧内时，F Fi i0 0。第46页，共66页，编辑于2022年，星期二2 2进给脉冲分配进给脉冲分配 当当P P点点在在圆圆弧弧外外，即即F Fi i0 0时时，向向-X X方方向向分分配一个进给脉冲，即向配一个进给脉冲，即向X X轴负方向走一步；轴负方向走一步；当当P P点点在在圆圆弧弧内内，即即F Fi i0 0时时，向向+Y Y方方向向分分配一个进给脉冲，即向配一个进给脉冲，即向Y Y轴正方向走一步；轴正方向走一步；当当P P点点在在圆圆弧弧上上，即即F Fi i0 0时时，为为使使加加工工继继续进行，规定按续进行

49、，规定按P P点在圆弧外情况处理。点在圆弧外情况处理。第47页，共66页，编辑于2022年，星期二3 3偏差函数的递推计算偏差函数的递推计算 l l若若F Fi i i i0000，向，向X X X X轴负方向走一步，则轴负方向走一步，则轴负方向走一步，则轴负方向走一步，则P P点新的位置坐点新的位置坐标及偏差为标及偏差为 l l若若F F F Fi i i i0 0，向，向，向，向Y Y Y Y轴正方向走一步，则轴正方向走一步，则轴正方向走一步，则轴正方向走一步，则P P P P点新的位置坐标点新的位置坐标及偏差为及偏差为 第48页，共66页，编辑于2022年，星期二4 4终点判别终点判别

50、插补循环或进给的总步数插补循环或进给的总步数 每进行一次插补循环，就对每进行一次插补循环，就对E E进行一进行一次减次减1 1运算，当运算，当E E等于等于0 0时，表明到达终点，时，表明到达终点，插补结束。插补结束。第49页，共66页，编辑于2022年，星期二5 5逐点比较法圆弧插补举例逐点比较法圆弧插补举例 【例例例例2-22-22-22-2】插补计算图插补计算图插补计算图插补计算图2-72-72-72-7所示第一象限逆时针圆弧，起点所示第一象限逆时针圆弧，起点所示第一象限逆时针圆弧，起点所示第一象限逆时针圆弧，起点A(5,0)A(5,0)A(5,0)A(5,0)，终点，终点，终点，终点B