第二章 计算机数控装置part1

在曲线起、终点之间确定一系列 中间坐标数据 ，控制刀 具沿这些中间点 按折线轨迹 从起点运动到终点，从而完 成整个曲线的加工并满足加工精度的要求。 ★插补是CNC装置控制软件的核心。
插补类型：
脉冲增量插补 数据采样插补
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2.2 脉冲增量插补
脉冲增量插补：每次插补结束输出一个脉冲序列，每个
第二章
计算机数控装置
2.1 基本结构
2.2 脉冲增量插补
2.3 数据采样插补 2.4 刀具补偿 2.5 速度控制
插补？
逐点比较插补
逐点比较直线插补 逐点比较圆弧插补
2.6 MATLAB仿真
数字积分DDA插补
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
逐点比较插补：在刀具移动
脉冲使刀具移动一个脉冲当量的距离。 控制精度和进给速度较低，适于开环数控系统 脉冲当量：数控机床中刀具
的基本运动单位（δ），刀 具沿各个坐标轴方向的位移 大小只能是脉冲当量的整数 倍。
脉冲当量
脉冲增量插补方法：
逐点比较插补 数字积分法DDA插补 比较积分插补等
数控机床的运动空间
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终点判别：N=|Xe|+|Ye|
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
[练习 3] 第三象限直线OE，起点O(0,0)，终点E(-4,-5)，试用 逐点比较法对该段直线进行插补，并画出插补轨迹。
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本节小结
名词解释：插补。 简答：插补的分类及其适用领域。 计算：四象限逐点比较直线插补算法。
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2.1 数控装置的基本结构
• 共享总线结构
分为主、从模块，各模块通过总线联系，只有主模块有权控制总线 (由仲裁电路裁决多个主模块控制申请)； 结构简单、配置灵活、扩展容易、成本低； 引起总线竞争，降低传输效率，总线一旦出现故障会影响整个系统。
新偏差计算： Fi≥0→Fi+1=Fi-Ye Fi<0→ Fi+1=Fi+|Xe| 终点判别：N=|Xe|+Ye
· · ·
3 2
1 X
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
2.四象限逐点比较直线插补
偏差判别函数 F=|XeYi|-|XiYe|
L2 F<0 y F 0 F 0 L1 F<0 x
建立偏差判别函数：
F X i2 Yi 2 R2
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
第一象限顺弧
坐标进给： F≥0→-Y F<0→+X 新偏差计算：
Fi≥0→ Fi 1 Fi 2Yi 1 Fi<0→ Fi 1 Fi 2 X i 1 终点判别： 总步数N=|Xb-Xa|+|Yb-Ya|，每走一步判断N-1 N=0?
2.6 MATLAB仿真
数字积分DDA插补
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何谓插补？为什么要进行插补？
CAXA等软件
零件的建模和 代码的生成
数控机床
插补（在刀具移 动轨迹起点终点 之间计算中间点 坐标）；进行零 件加工。
输入处理，得到刀具 移动轨迹（直线或圆 弧）起点、终点坐标 等信息
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何谓插补？为什么要进行插补？
插补：根据加工曲线的种类、起点、终点和进给速度，
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2.1 数控装置基本结构
资源分时共享
多个任务根据“分时共享”原则，按时间顺序轮流使用CPU； 循环轮流和中断优先相结合的控制方法； 一个时刻只能执行一个任务，一个时间片内可并行执行多个任务； 适于单微处理器结构。
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2.1 数控装置基本结构
资源重叠并发处理
以资源重复换取时间重叠，任何时刻均有多任务并行处理； 任务间的关联程度不高，有些任务的输出具有时间间隔。
第一象限待加工直线 OE，起点O为坐 标原点，终点 E(Xe,Ye) 。 M(Xi,Yi) 为动 点(刀具加工点)。 M点与直线OE三种位置关系：
Y
F>0
O
· · ·
F=0
M(Xi,Yi)
E(Xe,Ye)
F<0
X
XeYi－XiYe=0 (M点在直线上) XeYi－XiYe>0 (M点在直线上方) XeYi－XiYe<0 (M点在直线下方)
Fi 1 Fi 2 X i1 Fi 1 Fi 2 X i1
Fi 1 F i 2Yi 1 Fi 1 F i 2Yi 1
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
[练习 2]利用逐点比较插补加工第一象限逆弧，起点(5,0)， 终点(0,5)，试写出插补运算过程并绘出插补轨迹。
通过多端口存储器实现各CPU通信互连（利用多端口控制逻辑电路 解决访问冲突问题）； 结构复杂，难扩展，CPU数量增加会降低系统传输效率，但局部故 障不会影响系统。
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2.1 数控装置基本结构
CNC装置的软件结构 特点
多任务并行处理 资源分时共享 资源重叠并发处理 资源重叠流水处理 实时中断处理 前后台型中断结构模 式 中断型结构模式 基于实时操作系统的 中断结构模式
O Y
A
F≥0 SR1 F<0
B
X
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
[例 1] 现欲加工图示第一象限顺圆弧AB，起点A(0,2)，终点 B(2,0)，试用逐点比较法进行插补,并画出插补轨迹。
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
[练习 1]仿照第一象限逆弧，推导四个象限顺、逆弧的逐点 比较插补流程。
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第二章
计算机数控装置
2.1 基本结构
2.2 脉冲增量插补
2.3 数据采样插补 2.4 刀具补偿 2.5 速度控制
插补？
逐点比较插补
逐点比较直线插补 逐点比较圆弧插补
2.6 MATLAB仿真
数字积分DDA插补
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
二、逐点比较圆弧插补 1.第一象限逐点比较圆弧插补
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
[练习 1]仿照第一象限逆弧，推导四个象限顺、逆弧的逐点 比较插补流程。
进 给 坐 标 计 算 偏 差 计 算
+X -X +Y -Y
X i 1 X i 1 X i 1 X i 1 Yi 1 Yi 1 Yi 1 Yi 1
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
[练习 3]利用逐点比较插补加工第四象限顺弧，起点(5,0)， 终点(0,-5)，试写出插补运算过程并绘出插补轨迹。
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
逐点比较插补速度
v 60 f x2 f y2
当fx=0或fy=0时
vmax 60 f x2 f y2 60 f g
F>0
···
X
终点判别： （1）总步数N=Xe+Ye， 每走一步判断N-1 N=0? （2）Xi-Xe ≥0且Yi-Ye ≥0 ？
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
[例 1] 第一象限直线OE，起点(0,0)，终点E(3,2)，试用逐点 比较法对该段直线进行插补，并画出插补轨迹。
序号 起点
基于实时操作系统的中断结构模式
由RTOS实现各任务模块间的调用和信息交换； 弱化模块间的耦合，减少系统开发工作量，提高开放性和可维护 性。
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第二章
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2.1 基本结构
2.2 脉冲增量插补
2.3 数据采样插补 2.4 刀具补偿 2.5 速度控制
插补？
逐点比较插补
逐点比较直线插补 逐点比较圆弧插补
第一象限圆弧，圆心坐标原点 O ，起 点A(Xa,Ya)，终点为B(Xb,Yb)，圆弧半 径为R，M(Xi,Yi)为刀具加工点坐标。 M点与圆弧AB三种位置关系：
X i2 Yi 2 R 2 0 (M点在圆弧上) X i2 Yi 2 R 2 0 (M点在圆弧外侧) X i2 Yi 2 R 2 0 (M点在圆弧内侧)
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2.1 数控装置基本结构
资源重叠流水处理
除开始和结束，任何时刻均有多任务并行处理； 任务间关联程度高，各任务连续输出。
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2.1 数控装置基本结构
前后台型中断结构模式
前台程序采用优先抢占，后台程序采用顺序调度； 构简单，易于维护，但实时性差。
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2.1 数控装置基本结构
M点与直线OE三种位置关系： |Xe|Yi－|Xi|Ye>0 (M点在直线上方) |Xe|Yi－|Xi|Ye=0 (M点在直线上) |Xe|Yi－|Xi|Ye<0 (M点在直线下方) 建立偏差判别函数： F=|Xe|Yi-|Xi|Ye 坐标进给： F ≥ 0→-X F<0→+Y
M(Xi,Yi)
-3 -2 -1 O 1
进给方向及新偏差计算
线型
L1, L 4 L 2, L3 L1, L 2 L3, L 4
偏差判别 偏差计算 F≥0 Fi1 Fi Ye F≥0 F<0 Fi1 Fi X e F<0
F<0 进给方向 F<0 F 0 F 0 +X L4 L3 -X 四象限直线偏差符号和进给方向 +Y -Y
偏差判别
坐标进给
偏差计算
终点判别
Y 3 2 1 O 1 2 3 4
E(3,2)
X
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2.2.1 脉冲增量插补—逐点比较插补
[练习 1] 第一象限直线OE，起点O(0,0)，终点E(4,5)，试用 逐点比较法对该段直线进行插补，并画出插补轨迹。