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课题2 数控机床的工作原理 2.1 实训目的 了解计算机数控系统的工作流程，熟悉刀具补偿原理，掌握插补的概念及用逐点比较法插补直线和圆弧的过程。 2.2 相关知识 计算机数控系统的工作流程 刀具补偿原理 插补原理 2.2.1 计算机数控系统的工作流程 1．计算机数控系统的组成 计算机数控系统简称CNC系统，它由零件加工程序，输入输出设备，CNC装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。 2．计算机数控系统的工作过程 （1）CNC装置的组成 CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。 硬件组成 软件组成 （2）CNC装置 的工作过程 3．CNC装置可执行的功能 （1）基本功能 ①控制功能 ⑥主轴功能 ②准备功能 ⑦辅助功能 ③插补功能 ⑧字符显示功能 ④进给功能 ⑨自诊断功能 ⑤刀具功能 ⑩补偿功能及固定循环功能 （2）选择功能 ①图形显示功能 ②通信功能 ③人机对话编程功能 2.2.2 刀具补偿原理 数控系统的刀具补偿功能主要是为简化编程，方便操作而设置的，包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。 1．刀具半径补偿 刀具半径补偿的分类与判别 左补偿： 沿着刀具进给的方向看去，如果刀具在工件的左边，则是左补偿。 右补偿 刀具半径补偿的作用 1、刀具磨损 2、粗加工留余量 2．刀具长度补偿的概念 长度补偿是用来补偿刀具长度差额的一种功能。当刀具磨损或更换后，加工程序不变，只须修改数控机床中刀具长度补偿的数值，通过刀具长度补偿这一功能实现对刀具长度差额的补偿。 2.2.3 插补原理 （１）插补的基本概念 插补就是按规定的函数曲线或直线，对其起点和终点之间，按照一定的方法进行数据点的密化计算和填充，使加工出符合精度要求的工件轮廓。 （2）插补方法的分类 逐点比较法 基本原理是：计算机在控制加工轨迹的过程中，每走一步都要和规定的轨迹相比较，由比较结果决定下一步的移动方向。逐点比较法既可以做直线插补又可以做圆弧插补。这种算法的特点是：运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化小，调节方便，因此在两坐标数控机床中应用较为普遍，这种方法每控制机床坐标进给一步，都要完成四个工作节拍: 偏差判别 →坐标进给→偏差计算→终点判别 （１）直线插补 例如，插补直线段的起点为（0，0），终点为（4，2），整个计算流程与节拍如表2.1所示。插补轨迹如图2.12所示。 图2.12 直线插补轨迹 前面我们讨论了第一象限直线插补偏差的递推公式，至于其它象限的直线插补偏差递推公式可同理推导。在插补计算中可以使坐标值带有符号，使插补计算为有符号数学运算，此时四个象限的直线插补偏差计算递推公式见表2.2 （2）圆弧插补 图2.16给出了不同象限内8种圆弧的插补运动方式，据此可以得到表2.5的进给脉冲分配表。 1．用逐点比较法插补直线OA，画出动点轨迹图。 3. 用逐点比较法插补顺圆弧BA，画出动点轨迹图。 终点判别可由n = | Xe - Xo | + | Ye - Yo | 判别，每走一步使n = n - 1，直至n = 0为止。其插补软件流程如图2.14所示。 图2.14 逐点比较法逆圆插补流程 例如，插补起点（Xo = 4，Y o = 1）至终点（Xe = 1，Y e = 4）的一段圆弧，整个计算流程如表2.4所示，插补轨迹如图2.15所示。 图2.15 圆弧插补轨迹 表2.4 圆弧插补计算表 n = 1 - 1 = 0 X6=1 Y6= 4 F6 = F5 –2X5 + 1 = 0 -X F5 = 3 0 6 n = 2 - 1 = 1 X5=2 Y5= 4 F5 = F4 + 2Y4 +1= 3 +Y F4= -4 0 5 n = 3 - 1 = 2 X4=2 Y4=3 F4 = F3 –2X3 + 1 = -4 -X F3 = 1 0 4 n = 4 - 1 = 3 X3=3 Y3=3 F3 = F2 + 2Y2 +1 = 1 +Y F2 =-4 0 3 n = 5 - 1 = 4 X2=3 Y2=2 F2 = F1 + 2Y1 +1 = -4 +Y F1= -7 0 2 n = 6 - 1 = 5