1、1第二节第二节 CNCCNC的轨迹控制原理的轨迹控制原理第三节第三节 刀具位置补偿和半径补偿刀具位置补偿和半径补偿第四节第四节 进给速度和加减速控制进给速度和加减速控制第五节第五节 CNCCNC的输入输出与通信功能的输入输出与通信功能第四章第四章 计算机数控系统计算机数控系统第一节第一节 概述概述2刀具补偿是数控中的重要组成部分，当采用不同刀具补偿是数控中的重要组成部分，当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺度的零件，或同一名尺寸的刀具加工同一轮廓尺度的零件，或同一名义尺寸的刀具因换刀重调或磨损而引起尺寸变化义尺寸的刀具因换刀重调或磨损而引起尺寸变化时，为了编程方便和不改变已制备好的穿孔带时，为了
2、编程方便和不改变已制备好的穿孔带（或程序），数控装置常备有刀具补偿机能。（或程序），数控装置常备有刀具补偿机能。第四章第三节第四章第三节刀具位置补偿刀具位置补偿和半径补偿和半径补偿一、一、刀具的位置补偿刀具的位置补偿二、二、刀具的半径补偿刀具的半径补偿三、三、刀具的长度补偿刀具的长度补偿3一、刀具的位置补偿一、刀具的位置补偿当采用不同尺寸的刀具加工同当采用不同尺寸的刀具加工同一轮廓尺寸的零件，或同一名一轮廓尺寸的零件，或同一名义尺寸的刀具应换刀重调或磨义尺寸的刀具应换刀重调或磨损而引起尺寸变化时，损而引起尺寸变化时，为了编程方便和不改变已制备好的穿孔带，数为了编程方便和不改变已制备好的穿孔带，
3、数控装置常备有刀具位置补偿机能，控装置常备有刀具位置补偿机能，将变化的尺寸通过拨码开关或键盘进行手动输将变化的尺寸通过拨码开关或键盘进行手动输入，便能自动进行补偿。入，便能自动进行补偿。41 1、刀具的位置补偿计算、刀具的位置补偿计算（图为不同尺寸刀具的四方刀架）（图为不同尺寸刀具的四方刀架）KI5刀架中心位置为各刀具的换刀架中心位置为各刀具的换刀点，并以刀点，并以1 1号刀尖号刀尖B B点为所点为所有刀具编程起点。有刀具编程起点。当当1 1号刀从号刀从B B到到A A其增量值为：其增量值为：U UBABA=X=XA A-X-X1 1 W WBABA=Z=ZA A-Z-Z1 1当换当换2 2号
4、时，到尖处在号时，到尖处在C C点，点，C C点的坐标原点为点的坐标原点为I I、K K。当当时：时：()补补()补补-(-()+)+补补-(-()补补 62 2、刀具位置补偿的处理方、刀具位置补偿的处理方法法机器在补偿前必须处理前后机器在补偿前必须处理前后两把刀具位置补偿的差别。两把刀具位置补偿的差别。例如例如,T1,T1刀具补偿量为刀具补偿量为+0.5mm,T2+0.5mm,T2刀具补偿量为刀具补偿量为+0.35mm,+0.35mm,两者差两者差0.15mm0.15mm。由于。由于T2-T1=+0.35-T2-T1=+0.35-(+0.5(+0.5）=-0.15mm=-0.15mm（向床头
5、箱移动为（向床头箱移动为负负，称，称进刀，远离为正，称退刀进刀，远离为正，称退刀),),也就是说也就是说,在在T1T1更换更换为为T2T2时时,要求刀架前进要求刀架前进0.15mm0.15mm。7对此，可作如下处理：对此，可作如下处理：(1)(1)在更换刀具时，先把原来刀在更换刀具时，先把原来刀具具(T1(T1）补偿量撤消（根据上例，）补偿量撤消（根据上例，刀架前进刀架前进0.5mm0.5mm），），然后根据新刀具（然后根据新刀具（T2)T2)补偿量要求退回补偿量要求退回03.5mm03.5mm，这样，实际上刀架这样，实际上刀架 前进了差值为前进了差值为0.15mm0.15mm。(2)(2)在
6、更换刀具时，立即进行新换刀具的补偿量在更换刀具时，立即进行新换刀具的补偿量和原来刀具补偿量（老刀具补偿量）的差值运算，和原来刀具补偿量（老刀具补偿量）的差值运算，并根据这个差值进行刀具补偿。并根据这个差值进行刀具补偿。这种方法称差值补偿法。这种方法称差值补偿法。实际上是把原刀具补偿量的撤消和新刀具补偿量实际上是把原刀具补偿量的撤消和新刀具补偿量的读入进行复合。的读入进行复合。8二、刀具的半径补偿二、刀具的半径补偿:1 1、刀具半径补偿的作用、刀具半径补偿的作用在数控机床上用圆头刀和铣刀加工零件时，在数控机床上用圆头刀和铣刀加工零件时，其加工程序的编制有两种方法其加工程序的编制有两种方法:1 1
7、）按零件轮廓编程）按零件轮廓编程2 2）按刀具圆心（中心）的运动轨迹编程）按刀具圆心（中心）的运动轨迹编程换刀和刀具磨损时不需要重新制作程序纸换刀和刀具磨损时不需要重新制作程序纸带，数控系统可以自动进行补偿，正确加工带，数控系统可以自动进行补偿，正确加工零件。数控系统的这种功能称为零件。数控系统的这种功能称为“刀具半径刀具半径补偿补偿”。92 2、刀具半径的补偿方法、刀具半径的补偿方法如图待加工零件，加工路线为：如图待加工零件，加工路线为：OABCDEFOOABCDEFO10O O为起刀点，如图示。为起刀点，如图示。从从O O点开始刀具半径矢量点开始刀具半径矢量r r要作长度分别为要作长度分别
8、为OOOO1 1和和O O1 1a a的直线插补，得到的直线插补，得到A A点的补偿矢量点的补偿矢量r r。ABAB段直线插补，得到段直线插补，得到B B点补偿矢量点补偿矢量r r。11BDBD段作半径为段作半径为R+rR+r的圆弧插补，直到半径矢量的圆弧插补，直到半径矢量r r与终点矢量与终点矢量O O2 2D D重合。重合。DEDE作直线插补，作直线插补，E E点转角处，补偿矢量点转角处，补偿矢量r r应作半应作半径为径为r r的圆弧插补，使的圆弧插补，使e eee1 1完成补偿矢量完成补偿矢量r r与直与直线线EFEF的法向重合。的法向重合。EFEF段作直线插补段作直线插补.12由前所述
9、，可见要实现刀具半由前所述，可见要实现刀具半径补偿，数控系统除了有直线、径补偿，数控系统除了有直线、圆弧插补功能外，圆弧插补功能外，还须具有处理刀具半径矢量的还须具有处理刀具半径矢量的能力，能力，这种处理能力表现在补偿矢量偏移的计算和补偿这种处理能力表现在补偿矢量偏移的计算和补偿矢量的旋转两个方面。矢量的旋转两个方面。刀具半径补偿实现的方法有多种刀具半径补偿实现的方法有多种:DDADDA法法逐点比较法逐点比较法矢量判别法矢量判别法其中，矢量判别法可适用于各种插补方法其中，矢量判别法可适用于各种插补方法13上述对刀具补偿矢量的处理，通上述对刀具补偿矢量的处理，通称为称为“刀具偏移计算刀具偏移计算
10、”。这些方法的刀具半径补偿只能计算出直线或圆弧终这些方法的刀具半径补偿只能计算出直线或圆弧终点的刀具中心坐标值，点的刀具中心坐标值，而对于两个程序段之间轮廓的转接（又称拐角或过而对于两个程序段之间轮廓的转接（又称拐角或过渡）是以圆弧方式进行的，故称其为一般刀具半径渡）是以圆弧方式进行的，故称其为一般刀具半径补偿，或称补偿，或称B B机能刀具补偿（简称机能刀具补偿（简称B B刀补）。刀补）。14如图示，设要加工的程序段为圆弧如图示，设要加工的程序段为圆弧ABAB、半径为、半径为R R，加工开始时，刀具中心处在加工开始时，刀具中心处在AA点，它的刀具半径点，它的刀具半径矢量为矢量为r r。要求加工
11、结束时，刀具中心处于圆弧终。要求加工结束时，刀具中心处于圆弧终点点BB。15分析：分析：为实现上述要求，可把刀具中心的运动分解成两为实现上述要求，可把刀具中心的运动分解成两种运动种运动:AA”:AA”和和A”BA”BAA”:AA”:该运动实际上以该运动实际上以OO点为中心作半径为点为中心作半径为R R的圆弧插补，结果使刀具中心由的圆弧插补，结果使刀具中心由AA运动到运动到A”A”，即此运动使刀具半径矢量平移到即此运动使刀具半径矢量平移到BA”BA”。对于对于AA到到BB的运动，则是把刀具半径矢量由的运动，则是把刀具半径矢量由r r旋转到旋转到r1r1，与圆弧终点半径矢量重合。，与圆弧终点半径矢
12、量重合。16因此，若把这两种运动结合起来，也就是在作轮因此，若把这两种运动结合起来，也就是在作轮廓线圆弧插补的同时，不断地修改刀具半径矢量廓线圆弧插补的同时，不断地修改刀具半径矢量r r，使它保持与圆弧半径矢量，使它保持与圆弧半径矢量R R一致，就能实现刀一致，就能实现刀具半径的补偿。具半径的补偿。17为了比较为了比较r r与与R R的重合性，引入了的重合性，引入了r r和和R R的矢量积作的矢量积作为判别函数：为判别函数：xiiyiiryrxrRH）上的任一点的坐标值。、分别表示（Rr xiiyiiryrx18当当H=0H=0，表示，表示R R和和r r重合；重合；当当H0H0，表示，表示r
13、 r超前超前R R；当当H0H=0H=0时时,停止刀具偏移计算停止刀具偏移计算 ,进行轮廓的圆进行轮廓的圆弧插补。弧插补。H0 H0 时时,作刀具偏移计算作刀具偏移计算,作矢量旋转。作矢量旋转。19r的旋转，可按轮廓圆弧插补相同的方式进行。的旋转，可按轮廓圆弧插补相同的方式进行。由此可见，刀具半径的矢量判别法是通过判别函由此可见，刀具半径的矢量判别法是通过判别函数数H H把两圆弧插补结合起来，把两圆弧插补结合起来，而与圆弧插补本身的方法无关。而与圆弧插补本身的方法无关。20判别法的优点：判别法的优点：不管数控系统使用何种插补不管数控系统使用何种插补方法都可用矢量判别法进行方法都可用矢量判别法进
14、行刀具补偿计算。刀具补偿计算。这种方法能在轮廓插补的同这种方法能在轮廓插补的同时进行刀具半径矢量的旋转。时进行刀具半径矢量的旋转。判别法的缺点：判别法的缺点：由于在偏差补偿的基础上进行刀具偏移计算，引由于在偏差补偿的基础上进行刀具偏移计算，引入一个新的偏移量入一个新的偏移量H H，使插补误差增加一倍，达，使插补误差增加一倍，达到两个脉冲当量。到两个脉冲当量。213 3、C C型机能刀具半径补偿方法型机能刀具半径补偿方法实现实现B B刀补的常用方法有一个共刀补的常用方法有一个共同特点，就是对加工轮廓的转接同特点，就是对加工轮廓的转接是以圆弧方式进行的，存在问题：是以圆弧方式进行的，存在问题：1
15、1）在外轮廓尖加工时，由于轮廓尖角处始终处于切）在外轮廓尖加工时，由于轮廓尖角处始终处于切削状态，尖角加工的工艺性就比较差，这在磨削加削状态，尖角加工的工艺性就比较差，这在磨削加工中尤其突出，所加工的尖角往往会变成小圆角。工中尤其突出，所加工的尖角往往会变成小圆角。2 2）在内轮廓尖加工时，由于刀具中心轨迹交点不易）在内轮廓尖加工时，由于刀具中心轨迹交点不易求得，因此不得不由程编员人为地插入一个辅助加求得，因此不得不由程编员人为地插入一个辅助加工的圆弧轨迹，并且这个辅助圆弧的半径必须大于工的圆弧轨迹，并且这个辅助圆弧的半径必须大于刀具半径值。刀具半径值。22（1 1）C C机能刀补的设计思想机
16、能刀补的设计思想常用的刀具半径补偿方法产生编常用的刀具半径补偿方法产生编程限制的主要原因在于，这些方程限制的主要原因在于，这些方法在确定刀具中心轨迹时，都采法在确定刀具中心轨迹时，都采用了读一段、算一段、再走一段用了读一段、算一段、再走一段的方法。的方法。它们都不能预计到下一段加工轨迹对本段加工轨迹它们都不能预计到下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，从而需要由程编员帮助判别。的影响，从而需要由程编员帮助判别。一旦遇到这种情况，就必须人为地插入一个过渡圆一旦遇到这种情况，就必须人为地插入一个过渡圆弧，否则会产生过切削的现象。弧，否则会产生过切削的现象。为了解决下段加工轨迹对本段加工轨迹的影响问题
17、，为了解决下段加工轨迹对本段加工轨迹的影响问题，系统的输入装置线路中可增设刀具补偿缓冲器。系统的输入装置线路中可增设刀具补偿缓冲器。23如图，工作寄存器如图，工作寄存器ASAS存放正存放正在加工的程序段信息。在加工的程序段信息。刀补缓冲器刀补缓冲器CSCS存放的是下一存放的是下一段要加工程序段信息。段要加工程序段信息。而缓冲寄存器而缓冲寄存器BSBS存放的是再下一存放的是再下一段所要加工的程段所要加工的程序段信息。序段信息。因此，在有因此，在有C C机机能刀具半径补偿能刀具半径补偿的数控系统工作的数控系统工作时，总是同时存时，总是同时存有三段程序信息。有三段程序信息。24（2 2）自动过渡的转接方式）自动过渡的转接方式C C机能刀具半径补偿方法的主要机能刀具半径补偿方法的主要特点是采用直线过渡。特点是采用直线过渡。由于采用直线过渡，因此在实际加工过程中，随着由于采用直线过渡，因此在实际加工过程中，随着前后两段程编轨迹的连接方式不同，相应的刀具中前后两段程编轨迹的连接方式不同，相应的刀具中心的加工轨迹也会产生不同的转接方式。心的加工轨迹也会产生不同的转接方式。从编程轨迹交点指向刀具中心轨迹交点的矢量称为从编程轨迹交点指向刀具中心轨迹交点的矢量称为转接矢量。转接矢量。
