數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢、宏程序在數(shù)控加工中的應(yīng)用和插補(bǔ)運(yùn)算的基本原理</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥  1關(guān)鍵詞‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥

2、‥‥‥‥  11數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11.1高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢‥‥‥‥‥‥‥‥  11.2五軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展‥‥‥‥‥‥‥‥‥11.3智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢‥‥  11.4重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥  1</p><p>　　2宏程序在數(shù)控加

3、工中的應(yīng)用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥   2 </p><p>　　分析問題 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥‥‥‥‥2 </p><p>　　數(shù)學(xué)計(jì)算 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥‥‥‥‥2 </p><p>　　參數(shù)設(shè)置 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥‥‥‥‥2</p><p>　　變量賦值 ‥‥‥‥‥

4、‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥‥‥‥‥2</p><p>　　程序的編制 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥‥‥‥‥‥ 2 </p><p>　　3數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)運(yùn)算的基本原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3     3．1脈沖增量插補(bǔ)法‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥   33．2數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法‥‥‥‥ 

5、33．3直線插補(bǔ)計(jì)算原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥   33．4圓弧插補(bǔ)計(jì)算原理‥‥‥‥ 3</p><p><b>　　4結(jié)束語‥‥‥‥4</b></p><p>　　5參考文獻(xiàn)‥‥‥‥5 </p><p>　　數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢、宏程序在數(shù)控加工中的</p><p>

6、;　　應(yīng)用和插補(bǔ)運(yùn)算的基本原理</p><p>　　摘要：數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)和工作過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備，其技術(shù)范圍覆蓋很多領(lǐng)域；在數(shù)控編程中，宏程序編程靈活、高效、快捷，是加工編程的重要補(bǔ)充。宏程序不僅可以實(shí)現(xiàn)像子程序那樣，對(duì)編制相同加工操作的程序非常有用，還可以完成子程序無法實(shí)現(xiàn)的特殊功能，例如

7、，型腔加工宏程序、固定加工循環(huán)宏程序、球面加工宏程序、錐面加工宏程序等。數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)有二方面的含義：①用小線段逼近產(chǎn)生基本線型（如直線、圓弧等）；②用基本線型擬和其它輪廓曲線。本文以基本線型直線、圓弧生成為例，論述插補(bǔ)原理。包括基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：發(fā)展趨勢、宏程序、插補(bǔ)運(yùn)算。</p><p>　　1數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢</p><p&

8、gt;　　數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，他對(duì)國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面［1～4］。 </p><p>　　高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢</p&

9、gt;<p>　　效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會(huì)將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一，國際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)（CIRP）將其確定為21世紀(jì)的中心研究方向之一。</p><p>　　在轎車工業(yè)領(lǐng)域，年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛，而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點(diǎn)問題之一；在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域，

10、其加工的零部件多為薄壁和薄筋，剛度很差，材料為鋁或鋁合金，只有在高切削速度和切削力很小的情況下，才能對(duì)這些筋、壁進(jìn)行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝，使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對(duì)加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。</p><p>　　從EMO2001展會(huì)情況來看，高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min

11、，甚至更高，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。目前世界上許多汽車廠，包括我國的上海通用汽車公司，已經(jīng)采用以高速加工中心組成的生產(chǎn)線部分替代組合機(jī)床。美國CINCINNATI公司的HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，加速度達(dá)2g，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60 000r/min。加工一薄壁飛機(jī)零件，只用30min，而同樣的零件在一般高速銑床加工需3h，在普通銑床加工需8h；德國DMG公司的雙主軸車床的主軸速度及

12、加速度分別達(dá)12*!000r/mm和1g。</p><p>　　在加工精度方面，近10年來，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級(jí)加工中心則從3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)(0.01μm)。</p><p>　　在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的MTBF值已達(dá)6 000h以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值達(dá)到30000h以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。

13、</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工，與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。</p><p>　　1.2 5軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展</p><p>　　采用5軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工，可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削，不僅光潔度高，而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為，1臺(tái)5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺(tái)3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，特

14、別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí)，5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、主機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因，其價(jià)格要比3軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床高出數(shù)倍，加之編程技術(shù)難度較大，制約了5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展。</p><p>　　當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn)，使得實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化，其制造難度和成本大幅度降低，數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。因此促進(jìn)了復(fù)合主軸頭類型5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床和復(fù)合

15、加工機(jī)床（含5面加工機(jī)床）的發(fā)展。</p><p>　　在EMO2001展會(huì)上，新日本工機(jī)的5面加工機(jī)床采用復(fù)合主軸頭，可實(shí)現(xiàn)4個(gè)垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5軸加工可在同一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)，還可實(shí)現(xiàn)傾斜面和倒錐孔的加工。德國DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次裝夾下5面加工和5軸聯(lián)動(dòng)加工，可由CNC系統(tǒng)控制或CAD/CAM直接或間接控制。 </p><p&g

16、t;　　1.3 智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢</p><p>　　21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智

17、能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應(yīng)用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。目前許多國家對(duì)開放式數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行研究，如美國的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、歐共體的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Sys

18、tems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中國的ONC(Open Numerical Control System)等。數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機(jī)床博覽會(huì)的一個(gè)新亮點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛

19、擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機(jī)，如在EMO2001展中，日本山崎馬扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生產(chǎn)控制中心，簡稱CPC)；日本大隈（Okuma）機(jī)床公司展出“IT plaza”（信息技術(shù)廣場，簡稱IT廣場)；德國西門子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（開放制

20、造環(huán)境，簡稱OME）等，反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。</p><p>　　1.4 重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立</p><p>　　關(guān)于數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)規(guī)范 如前所述，開放式數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，美國、歐共體和日本等國紛紛實(shí)施戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃，并進(jìn)行開放式體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3個(gè)最大的經(jīng)濟(jì)體在短期內(nèi)

21、進(jìn)行了幾乎相同的科學(xué)計(jì)劃和規(guī)范的制定，預(yù)示了數(shù)控技術(shù)的一個(gè)新的變革時(shí)期的來臨。我國在2000年也開始進(jìn)行中國的ONC數(shù)控系統(tǒng)的規(guī)范框架的研究和制定。</p><p>　　數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國際上正在研究和制定一

22、種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化</p><p>　　STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。

23、而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75％）、加工程序編制時(shí)間（約35％）和加工時(shí)間（約50％）。</p><p>　　目前，歐美國家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計(jì)劃(1999.1.1～2001.12.31)。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的20個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC用戶

24、、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國的STEP Tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型(Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。</p><p>　　2宏程序在數(shù)控加工中的應(yīng)用</p><p>　　在宏

25、程序的應(yīng)用當(dāng)中，看到圖我們首先應(yīng)對(duì)它進(jìn)行分析，然后再進(jìn)行計(jì)算、考慮變量的賦值，最后編制出程序。數(shù)控加工程序編制的關(guān)鍵是刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算，即計(jì)算加工輪廓的基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)或刀具中心的基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。數(shù)控機(jī)床一般只提供平面直線和圓弧插補(bǔ)功能，對(duì)于非圓的平面曲線Y=f(X),采用的加工方法是按編程允許誤差，將平面輪廓曲線分割成許多小段。然后用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法求逼近直線或圓弧輪廓曲線的交點(diǎn)和切點(diǎn)的坐標(biāo)。下面以HNC-21T系統(tǒng)為例，如圖

26、3.1所示：</p><p><b>　　圖3.1</b></p><p><b>　　2．1分析問題</b></p><p>　　在這個(gè)零件圖里，可以看出兩個(gè)顯眼的部分，一個(gè)是在零件的開頭部分有一個(gè)“拋物線形面”，另一個(gè)是在中間部位，有一個(gè)“局部橢圓形凹槽”。在這兩種的情況下，就可以利用宏程序來編程。除了這兩個(gè)之外的部分

27、，我們可以用普通編程就能解決。在編程過程中需要注意一點(diǎn)，要考慮到切削余量的問題。</p><p>　　2.1.1對(duì)拋物線面分析</p><p>　　在這個(gè)形面上，我們?nèi)羰怯靡话愕木幊谭椒隙ê茈y，也很懊惱，因?yàn)樗谝晥D表面上的點(diǎn)坐標(biāo)都是不規(guī)則的。在此，我們從圖紙上可以看到一個(gè)很熟悉的方程式，即拋物線方程：Z=-X2/10。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)變量，其一是Ｘ，其二是Ｚ。它們的坐標(biāo)都是

28、在變化的，根據(jù)方程可以知到，X是隨著Z的變化而變化的。所以我們可以設(shè)Z為一個(gè)變量，再根據(jù)拋物線方程式得出變量X。</p><p>　　2.1.2對(duì)局部橢圓形凹槽</p><p>　　根據(jù)對(duì)上一個(gè)問題的分析，來解決橢圓形凹槽問題應(yīng)該不會(huì)太難了。首先知道此橢圓的方程為：。同樣的道理，我們也可以根據(jù)橢圓得出X跟Z的關(guān)系式，然后設(shè)一個(gè)變量Z，從而能列出變量X的關(guān)系式。這樣我們編程起來就可以就可以找

29、到突破口了。接下來的問題便迎刃而解。</p><p><b>　　2.2 數(shù)學(xué)計(jì)算</b></p><p><b>　　程序計(jì)算說明：</b></p><p>　　由拋物線方程Z=-X2/10得X=10 ,故直線段起點(diǎn)X坐標(biāo)值XA=20。</p><p>　　由橢圓方程:,得出，并且X為半徑值。&l

30、t;/p><p>　　橢圓中心在如圖編程坐標(biāo)系中的坐(40,-35)。</p><p><b>　　2.3 參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　對(duì)于一個(gè)零件的加工，我們必須要設(shè)置好它的參數(shù)，這不僅影響著它的加工效率，還影響它的精確度。所以我們必須根據(jù)實(shí)際情況來對(duì)它的參數(shù)進(jìn)行最佳的設(shè)置。如下表所示，數(shù)控加工工序卡（表3.1）、數(shù)控加工刀具卡（表3.

31、2）。</p><p><b>　　2.4變量賦值</b></p><p>　　根據(jù)前面對(duì)零件的分析，我們已經(jīng)知道了兩個(gè)變量，一個(gè)是拋物線Z方向的變量，還有個(gè)是橢圓Z方向上的變量，兩個(gè)的X值都是隨Z的變化而變的。其次，還有個(gè)X方向切削剩余量也在每一次循環(huán)當(dāng)中依次的減小。將其可以賦三個(gè)變量的值：</p><p>　?。?）#100=40（X方向切

32、削剩余量初始值）；</p><p>　?。?）#1=0（拋物線Z軸初始值）</p><p>　　#2=2*SQRT［-10*#1 ］+#100（拋物線X向的變量）；</p><p>　?。?）#3=12.5（橢圓Z軸初始值）</p><p>　　#4=8*SQRT［1-#3*#3/256］（橢圓X向的變量）。</p><p

33、><b>　　2.5程序的編制</b></p><p>　　以華中世紀(jì)星HNC—21T系統(tǒng)為例編寫程序如下：</p><p>　　程序 注釋</p><p>　　%2010 主程序號(hào)</p>&

34、lt;p>　　M03 S600 T0101 F120 主軸正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速600r/min，調(diào)用T01號(hào)刀及刀補(bǔ)</p><p>　　G00 X42 Z2 快速定位到端面邊緣附近</p><p>　　M08 切削液開</p

35、><p>　　#100 = 40 賦X方向切削剩余量初始值</p><p>　　N30 M98 P1001 調(diào)用子程序P1001</p><p>　　#100 = #100-2 每次循環(huán)后減2mm（即每次切

36、削2mm）</p><p>　　IF［#100 GE 0.5］GOTO 30 條件循環(huán)，當(dāng)#100大于等于0.5時(shí)回到序</p><p><b>　　號(hào)為30的程序段</b></p><p>　　M03 S1000 F100 T0102 主軸正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速改為1000r/min，調(diào)用

37、T02</p><p><b>　　刀及01號(hào)刀補(bǔ)</b></p><p>　　#100=0 賦X方向切削剩余量二次值</p><p>　　M98 P1001 調(diào)用子程序P1001</p><p>

38、;　　M09 切削液關(guān)</p><p>　　M30 程序結(jié)束并返回程序起點(diǎn)</p><p>　　%1001 子程序號(hào)</p><p>　　#1=0

39、 賦拋物線Z軸初始值</p><p>　　N11 #2 = 2*SQRT［-10*#1 ］+ #100 拋物線X向變量的計(jì)算公式</p><p>　　G01 X#2 Z#1 直線插補(bǔ)到（#2，#1）的位置</p><p>　　#1

40、= #1-0.5 每次循環(huán)后減0.5mm（即每次切削0.5mm）</p><p>　　IF［#1 GE -10］GOTO 11 條件循環(huán)，當(dāng)#1大于等于-10時(shí)回到序列</p><p><b>　　為11的程序段</b></p><p>　　G01

41、 U10 W-5 直線插補(bǔ)同時(shí)X反向進(jìn)10mm、Z向進(jìn)5mm</p><p>　　W-7.5 再Z向進(jìn)7.5mm</p><p>　　#3=12.5 賦橢圓Z軸初始值</p><

42、;p>　　N12 #4 = 40-16*SQRT［1-#3*#3/256］+ #100 橢圓X向變量的計(jì)算公式</p><p>　　G01 X#4 Z［#3-35］ 直線插補(bǔ)到（#4，#3-35）的位置</p><p>　　#3=#3-0.5 每次循環(huán)后減0.5mm（即每次

43、切削0.5mm）</p><p>　　IF［#3 GE -12.5］GOTO 12 條件循環(huán)，當(dāng)#3大于等于-12.5時(shí)回到序</p><p><b>　　號(hào)為12的程序段</b></p><p>　　G01 W-7.5 直線插補(bǔ)Z向進(jìn)7.5mm&

44、lt;/p><p>　　U10 X反向進(jìn)10mm</p><p>　　N20 W-10 Z向進(jìn)10mm</p><p>　　G00 U2 Z2 快速定位同時(shí)X向退2mm、

45、Z向退2mm</p><p>　　U-2 Z向快速進(jìn)2mm</p><p>　　M99 返回主程序</p><p>　　3數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)運(yùn)算的基本原理</p><p>　　我們在工程數(shù)學(xué)中知道，微

46、積分對(duì)研究變量問題的基本分析方法是：“無限分割，以直代曲，以不變代變，得微元再無限積累，對(duì)近似值取極限，求得精確值”，但在一些實(shí)際工程應(yīng)用中，往往根據(jù)精確度要求，把這個(gè)無限用適當(dāng)?shù)挠邢迊泶妫瑢?duì)于數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡控制的插補(bǔ)運(yùn)算也正是按這一基本原理來解決的。概括起來，可描述為：“以脈沖當(dāng)量為單位，進(jìn)行有限分段，以折代直，以弦代弧，以直代曲，分段逼近，相連成軌跡”。需要說明的是這個(gè)脈沖當(dāng)量與其坐標(biāo)顯示分辯率往往是一致的，它與加工精度有關(guān)，它

47、表示插補(bǔ)器每發(fā)出一個(gè)脈沖，使執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿所走的行程，單位通常為0.01～0.001mm／脈沖。也就是說對(duì)各種斜線、圓弧、曲線均由以脈沖當(dāng)量為單位的微小直線線段來擬合，如圖1所示。其插補(bǔ)運(yùn)算精度（一般插補(bǔ)誤差不會(huì)超過一個(gè)脈沖當(dāng)量）也是影響數(shù)控加工精度的一項(xiàng)主要因素。 </p><p>　　圖1 用微小直線段來擬合曲線</p><p>　　3.1脈沖增量插補(bǔ)法 </p>&

48、lt;p>　　數(shù)控加工過程中數(shù)控機(jī)床在計(jì)算過程中不斷向各個(gè)坐標(biāo)軸發(fā)出相互協(xié)調(diào)的進(jìn)給脈沖，驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸電機(jī)運(yùn)動(dòng)。常用的有：逐點(diǎn)比較法與數(shù)字積分法，用于以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　3.2數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法 </p><p>　　采用小段直線逼近給定軌跡，插補(bǔ)輸出的是下一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)各軸要運(yùn)動(dòng)的距離，故可達(dá)到很高的速度，其中計(jì)算機(jī)通常包含在伺服控制環(huán)內(nèi)。用于以交直

49、流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的閉環(huán)/半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是根據(jù)編程的進(jìn)給速度，將輪廓曲線分割為插補(bǔ)采樣周期的進(jìn)給段，即輪廓步長l。在每個(gè)插補(bǔ)周期中，執(zhí)行一次插補(bǔ)程序，計(jì)算出下一周期各坐標(biāo)軸進(jìn)給量Δx或Δy，從而計(jì)算出下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)值。對(duì)于直線插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段與給定直線重合。對(duì)于圓弧插補(bǔ)，動(dòng)點(diǎn)在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)的直線段以弦線或割線逼近圓弧。</p>&

50、lt;p>　　3.3直線插補(bǔ)計(jì)算原理</p><p>　　(1) 偏差計(jì)算公式 假定加工如圖2所示第一象限的直線OA。取直線起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，直線終點(diǎn)坐標(biāo)（Xe，Ye）是已知的。M(Xm，Ym)為加工點(diǎn)（動(dòng)點(diǎn)），若m在OA直線上，則根據(jù)相似三角形的關(guān)系可得</p><p>　　取 （4-1）</p><p>　　作為直線插補(bǔ)的判別式。</p

51、><p>　　若Fm＝0，表明m點(diǎn)在OA直線上；</p><p>　　若Fm＞0，表明m點(diǎn)在OA直線上方的m＇處；</p><p>　　若Fm＜0，表明m點(diǎn)在OA直線下方m＂處。</p><p>　　圖2 第一象限直線</p><p>　　對(duì)于第一象限直線從起點(diǎn)（即坐標(biāo)原點(diǎn)）出發(fā)，當(dāng)Fm≥0時(shí)，沿＋X軸方向走一步，當(dāng)Fm

52、＜0時(shí)，沿＋Y方向走一步，當(dāng)兩方向所走的步數(shù)與終點(diǎn)坐標(biāo) (Xe，Ye)相等時(shí)，發(fā)出到達(dá)終點(diǎn)信號(hào)，停止插補(bǔ)。</p><p>　　設(shè)在某加工點(diǎn)處，若Fm≥0時(shí)，應(yīng)沿＋X方向進(jìn)給一步，走一步后新的坐標(biāo)值為</p><p>　　Xm+1=Xm＋1， Ym+1=Ym</p><p>　　新的偏差為 Fm+1=Ym+1Xe―Xm+1Ye=Fm―Ye （4-2）</p&g

53、t;<p>　　若Fm＜0，應(yīng)向＋Y方向進(jìn)給一步，走一步后新的坐標(biāo)值為</p><p>　　Xm+1=Xm ，　 Ym+1=Ym＋1</p><p>　　新的偏差為Fm+1=Fm＋Xe （4-3）</p><p>　　式（4-2）、（4-3）為簡化后的偏差計(jì)算公式，在公式中只有加、減運(yùn)算，只要將前一點(diǎn)的偏差值與等于常數(shù)的終點(diǎn)坐標(biāo)值Xe、Y

54、e相加或相減，即可得到新的坐標(biāo)點(diǎn)的偏差值。加工的起點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)，起點(diǎn)的偏差是已知的，即F0=0，這樣，隨著加工點(diǎn)前進(jìn)，新加工點(diǎn)的偏差Fm+1都可以由前一點(diǎn)偏差Fm和終點(diǎn)坐標(biāo)值相加或相減得到。 </p><p>　　(2) 終點(diǎn)判別法 逐點(diǎn)比較法的終點(diǎn)判斷有多種方法，下面介紹兩種：</p><p>　　第一種方法：設(shè)置X、Y兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器，加工開始前，在X、Y計(jì)數(shù)器中分別存入終點(diǎn)坐標(biāo)值Xe

55、、Ye，在X坐標(biāo)（或Y坐標(biāo)）進(jìn)給一步時(shí)，就在X計(jì)數(shù)器（或Y計(jì)數(shù)器）中減去1，直到這兩個(gè)計(jì)數(shù)器中的數(shù)都減到零時(shí)，便到達(dá)終點(diǎn)；</p><p>　　第二種方法：用一個(gè)終點(diǎn)計(jì)數(shù)器，寄存X和Y兩個(gè)坐標(biāo)，從起點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)的總步數(shù)∑；X、Y坐標(biāo)每進(jìn)給一步，∑減去1，直到∑為零時(shí)，就到了終點(diǎn)。</p><p>　　(3) 不同象限的直線插補(bǔ)計(jì)算 上面討論的為第一象限的直線插補(bǔ)計(jì)算方法，其他三個(gè)象限的直線

56、插補(bǔ)計(jì)算法，可以用相同的原理獲得，表1列出了在四個(gè)象限中直線插補(bǔ)時(shí)，其偏差計(jì)算公式和進(jìn)給脈沖方向。計(jì)算時(shí)，公式中Xe，Ye均用絕對(duì)值。</p><p>　　表1 四象限直線插補(bǔ)進(jìn)給方向判定和偏差計(jì)算公式</p><p>　　3.4圓弧插補(bǔ)計(jì)算原理</p><p>　　(1)偏差計(jì)算公式 下面以第一象限逆圓弧為例討論偏差計(jì)算公式。如圖3所示，設(shè)需要加工圓弧AB，圓

57、弧的圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)，已知圓弧起點(diǎn)為A(Xo，Yo)，終點(diǎn)為B(Xe，Ye)，圓弧半徑為R。令瞬時(shí)加工點(diǎn)為m(Xm，Ym)，它與圓心的距離為Rm。比較Rm和R來反映加工偏差。</p><p><b>　　,</b></p><p>　　因此，可得圓弧偏差判別式如下：</p><p>　　圖3 第一象限逆圓弧</p><p&g

58、t;　　若Fm＝0，表明加工點(diǎn)m在圓弧上；</p><p>　　Fm＞0，表明加工點(diǎn)m在圓弧外；</p><p>　　Fm＜0，表明加工點(diǎn)m在圓弧內(nèi)。 </p><p>　　設(shè)加工點(diǎn)正處于m(Xm，Ym)點(diǎn)，其判別式為</p><p>　　若Fm≥

59、0，對(duì)于第一象限的逆圓，為了逼近圓弧，應(yīng)沿－X方向進(jìn)給一步，到m+1點(diǎn)，其坐標(biāo)值為Xm+1=Xm－1，Ym+1=Ym，新加工點(diǎn)的偏差為：</p><p><b>　　(4- 4)</b></p><p>　　若Fm＜0，為了逼近圓弧應(yīng)沿＋Y方向進(jìn)給一步，到m+1點(diǎn)其坐標(biāo)值為Xm+1＝Xm，Ym+1＝Y(jié)m+1，新加工點(diǎn)的偏差為：</p><p>

60、<b>　　(4- 5)</b></p><p>　　由式（4-4）和式（4-5）可知，只要知道前一點(diǎn)的偏差，就可以求出新一點(diǎn)的偏差。因?yàn)榧庸な菑膱A弧的起點(diǎn)開始，起點(diǎn)的偏差F0=0，所以新加工的偏差總可以根據(jù)前一點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算出來。</p><p>　　(2) 終點(diǎn)判別法 圓弧插補(bǔ)的終點(diǎn)判別方法和直線插補(bǔ)相同。可將從起點(diǎn)到終點(diǎn)X、Y軸走步步數(shù)的總和∑存入一個(gè)計(jì)數(shù)器，每

61、走一步，從∑中減去1，當(dāng)∑=0時(shí)發(fā)出終點(diǎn)到達(dá)信號(hào)。也可以選擇一個(gè)坐標(biāo)的走步數(shù)作為終點(diǎn)判斷，注意此時(shí)應(yīng)選擇終點(diǎn)坐標(biāo)值小的那一個(gè)坐標(biāo)。</p><p>　　(3) 插補(bǔ)計(jì)算過程 圓弧插補(bǔ)過程和直線插補(bǔ)計(jì)算過程相同，但是偏差計(jì)算公式不同，而且在偏差計(jì)算的同時(shí)還要進(jìn)行動(dòng)點(diǎn)瞬間坐標(biāo)值計(jì)算，以便為下一點(diǎn)的偏差計(jì)算作好準(zhǔn)備。 </p><p>　　(3) 四個(gè)象限圓弧插補(bǔ)計(jì)算公式 圓弧所在象限不同，

62、順逆不同，則插補(bǔ)計(jì)算公式和進(jìn)給方向也不同。歸納起來共有8種情況，這8種情況的進(jìn)給脈沖方向和偏差計(jì)算公式見表2，表中Xm，Ym，Xm+1，Ym+1都是動(dòng)點(diǎn)坐標(biāo)的絕對(duì)值。 </p><p>　　表2 四象限圓弧插補(bǔ)進(jìn)給方向判定和偏差計(jì)算公式</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　這篇論文是我在校三年里所學(xué)習(xí)、積累到的一