第3章数控机床进给运动及控制

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1、第3章数控机床进给运动及控制3.1进给插补3.2进给伺服系统3.3进给系统机械3.1进给插补3.1.1插补的概述1.插补概念加工程序给出的进给运动信息一般包括:最基本的轮廓的线型—直线或圆弧(G01,G02/G03)，以及直线或圆弧线段的起点和终点，圆弧的圆心或半径，进给速度和进给方向的信息。进给运动的信息输人到数控系统后，数控系统运用软件(存储程序)的一定算法，在轮廓的起点和终点之间计算出若干个逼近理想轮廓的中间点的坐标值，如图3一1(b)、(a)所示，可形象地看作在轮廓的起点和终点之间“插补”了若干中间点。而后，CNC根据插补

2、结果分配各坐标轴进给运动任务，发出指令，控制各方向坐标轴进给运动，最终，各轴进给合成沿指定轮廓的进给运动。插补方法，即数控系统软件处理进给程序指令，获得控制各轴进给伺服系统指令的方法。下一页返回3.1进给插补2.插补方法主要分类目前应用的插补方法主要分为两大类:基准脉冲插补法和数据采样插补法。(1)基准脉冲插补法基准脉冲插补法又称为脉冲增量插补法或行程标量插补法。这类插补方法的特点是每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，马伙动各坐标轴的电机运动。每个脉冲代表机床移动部件的最小位移，脉冲的频率代表移动部件运动的速度，

3、而脉冲的数量代表机床移动部件的位移量。这种插补方法有:逐点比较法、数字积分法、数字脉冲乘法器、比较积分法和最小偏差法等。(本节我们选择其中最典型的逐点比较法进行进述)上一页下一页返回3.1进给插补(2)数据采样插补法随着计算机技术和伺服驭动技术的发展，以直流、交流伺服电动机为驭动元件的计算机闭环数字控制系统已成为数控的主流，在这些系统中，一般都采用不同类型的数据采样插补算法。数据采样插补法又称为数据增量插补法或时间标量插补法。这类插补方法的特点是插补输出的不是单个脉冲，而是标准二进制字。数据采样插补法就是将被加工的一段零件轮廓曲线

4、用一系列首尾相连的微小直线段去逼近，如图3-2所示。由于这些小线段是通过将加工时间分成许多相等的时间间隔(插补周期T)而得到的，故又称之为“时间分割法”。上一页下一页返回3.1进给插补3.1.2插补方法举例—逐点比较法1.逐点比较法插补思路逐点比较法在起点和终点间计算出逼近轮廓的中间点的思路:(1)各轴向进给的最小位移单位为一个脉冲当量，协调各轴以脉冲当量为步距分步运动。(2)在各轴向每运动一步的止点处，CNC计算该点与规定轮廓间的偏差，作为下一步进给的决策依据。(3)各轴分步进给运动的止点应为最逼近理想轮廓的位置。(4)逐点比较

5、法分步寻找的插补点的连接线是折线，当最小位移单位或步距足够小，可认为若干插补点连成的折线，相对理想轮廓在公差范围内。上一页下一页返回3.1进给插补2.逐点比较法的四个插补节拍逐点比较法的特点是逐点地计算和判别运动轨迹与给定轨迹的偏差，各坐标方向每进给一步都要进行偏差判别、坐标进给、新偏差计算和终点比较四个节拍的处理。流程如图3-3所示。(1)偏差判别:根据偏差值确定插补点相对给定轮廓的方位，以此决定下一步进给方向。(2)坐标进给:据偏差判别结果，控制相应坐标轴靠近轮廓进给一步。(3)偏差计算:在各分步运动的止点计算该点与规定轮廓间

6、的偏差。(4)终点比较:比较判别插补点是否到达终点，作为插补计算是否结束的依据。上一页下一页返回3.1进给插补3.逐点比较插补法的终点判别逐点比较法的终点判断有多种方法，下面介绍如下两种。第一种方法。设置X,Y两个减法计数器，加工开始前，在X,Y计数器中分别存人终点坐标Ye、Ye，在X坐标(或Y坐标)进给一步时，就在X计数器(Y计数器)中减去1,直到这两个计数器中的数都减到零时，便到达终点。第二种方法。用一终点计数器，寄存X和Y两个坐标，从起点到达终点的总步数∑;X,Y坐标每进一步，∑减去1，直到∑为零时，就到了终点。上一页返回3

7、.2进给伺服系统3.2.1进给伺服系统的概念如果说CNC装置是数控机床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，那么，伺服驭动系统便是数控机床的“四肢”，是执行机构。CNC装置对进给运动的加工程序指令插补运算处理后，发来进给运动的命令，伺服驭动系统准确地执行进给运动的命令驭动机床的进给运动。因此，伺服控制系统是连接数控装置与机床的进给运动机构的枢纽，其性能是影响数控机床的进给运动精度、稳定性、可靠性、加工效率的重要因素。数控机床的进给伺服系统由伺服电路、伺服驭动装置、机械传动机构及执行部件组成。下一页返回3.2进给伺服系统数控机床的进

8、给伺服系统与一般机床的进给系统有本质上的差别，它能根据指令信号精确地控制执行部件的运动速度与位置，以及同时几个进给运动的执行部件按一定规律协调运动，合成加工程序指令的进给运动轨迹。高性能的数控进给伺服系统，在很大程度上决定了机床的加工精度、表面质量