机床数控原理全套课件
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(三)软件实现
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图3-5 第Ⅰ象限逐点比较法直线 插补软件流程图
表3-3 插补参数地址分配表 14603C
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图3-6 逐点比较法 直线插补实例
二、逐点比较法第I象限逆圆插补
(一)基本原理 (二)软件实现 (三)插补实例
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(一)基本原理
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图3-7 第Ⅰ象限逆圆 与动点之间的关系
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(二) 采用多个CPU的分布式处理方案
首先将数控系统的全部功能划分为几个子功能模块， 每个子功能模块配置一个独立的CPU来完成其相应功 能，然后通过系统软件来协调各个CPU之间的工作。 美国麦克唐纳·道格拉斯公司的Actrion Ⅲ型数控系统 就是一个典型的代表，它采用四个微处理器分别实现 输入/输出、轮廓插补及进给速度控制功能、坐标轴伺 服功能、数控加工程序编辑和CRT显示功能。这种系 统具有较高的性能/价格比，代表着数控技术发展的一 个方向。
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(三) 采用单台高性能微型计算机方案 采用高性能的微型计算机来完成整个数控系统的软件 功能。目前32位和64位的微型计算机技术已经成熟， 其处理速度可达到2GHz以上，综合性能已经超过原来 的小型机。可见，将它们应用于数控系统中再合适不 过了，并且已经有这种系统上市。
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第二节 逐点比较法
表3-1 偏差符号判别电路真值表 表3-2 偏差计算电路真值表
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(三)软件实现
例3-1设某数控系统使用MCS-51系列单片机作为CPU，请用汇编 语言按图3-5所示的流程编写第Ⅰ象限直线插补运算程序。其中， 偏差函数F、坐标｜Xe｜、坐标｜Ye｜、总步数Σ在内存中均占用 三个字节，并且F采用补码形式，其余数据采用绝对值或正数， 地址分配情况如表3-3所示。 1) FEEDPX——向＋X轴方向进给一步子程序； 2) FEEDPY——向＋Y轴方向进给一步子程序； 3) SUBFYE——修正F(F－Ye→F)子程序； 4) ADDFXE——修正F(F＋Xe→F)子程序； 5) STEP1——修正Σ(Σ－1→Σ)子程序； 6) DELAY——延时子程序，以保证给定的进给速度。
(一)基本原理
表3-5 第Ⅰ象限逆圆弧插补计算公式
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(一)基本原理
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图3-8 逐点比较法第Ⅰ象限逆圆插补软件流程图
(二)软件实现
例3-3设某数控系统使用MCS-51系列单片机，用汇编语言按图3-8 所示的流程编逆圆插补运算程序。其中，偏差函数Fi、坐标|Xi|、 坐标|Yi|、总步数Σ＝＋|Ye－Ys|在内存中均占用三个字节，并且F 采用补码形式，其余数据采用绝对值或正数，地址分配情况如表 3-6所示。
表3-7 逐点比较法圆弧插补运算过程 14603C
三、插补象限和圆弧走向处理
(一) 四象限直线插补 (二)四个象限中圆弧插补 (三)圆弧过象限
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(一) 四象限直线插补
1) 上述计算公式中，终点坐标使用的是其绝对值，即在坐标寄存 器JX、JY中存放的是终点坐标的绝对值，而不是代数值。 2) X轴或Y轴进给一步用ΔX和ΔY表示，即以增量形式输出，然后 在前面加正号或负号表示进给正方向或负方向。 3) 图3-12所示插补软件是针对四个象限内的一般直线作插补计算 的。
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表3-6 第Ⅰ象限逆圆插补参数地址分配表 14603C
(三)插补实例
例3-4设将要加工的零件轮廓为第Ⅰ象限逆圆，如图3-9所示，圆 心在坐标原点，起点为S(4，3)，终点为E(0，5)，试用逐点比较 法进行插补，并画出插补轨迹。 解 该圆弧插补的总步数为
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图3-9 第Ⅰ象限逆圆插补实例
机床数控原理
第三章 轮廓插补原理 第一节 概 述 第二节 逐点比较法 第三节 数字积分法 第四节 数据采样法 第五节 其他插补方法
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第一节 概 述 一、脉冲增量插补算法 二、数据采样插补算法
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一、脉冲增量插补算法 脉冲增量插补(又称行程标量插补)算法是通过向各个运 动轴分配脉冲，控制机床坐标轴相互协调运动，从而 加工出一定轮廓形状的算法。这类插补算法的特点是 每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量，以单位 脉冲的形式输出给步进电动机。因此，该类插补被称 为脉冲增量插补。
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(一)基本原理
(1)总步长法 (2)投影法 (3)终点坐标法
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(一)基本原理之间的关系
(一)基本原理
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图3-3 第Ⅰ象限 直线插补轨迹
(二)硬件实现
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图3-4 逐点比较法插补第Ⅰ象限直线的硬件逻辑框图
(二)硬件实现
(1)偏差判别 判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏差 情况，即通过偏差值符号确定加工点处在理想轮廓的哪 一侧，并以此决定刀具进给方向。 (2)坐标进给 根据偏差判别结果，控制相应坐标轴进给 一步，使加工点向理想轮廓靠拢，从而减小其间的偏差。 (3)偏差计算 刀具进给一步后，针对新的加工点计算出 能反映其偏离理想轮廓的新偏差，为下一步偏差判别提 供依据。
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二、数据采样插补算法
(一) 采用软/硬件相配合的两级插补方案 (二) 采用多个CPU的分布式处理方案 (三) 采用单台高性能微型计算机方案
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(一) 采用软/硬件相配合的两级插补方案
在这种数控系统中，为了减轻数控装置的插补负担， 将整个插补任务分成两步完成，即先用插补软件将加 工零件的轮廓段按插补周期(10～20ms)分割成若干个 微小直线段，这个过程称为粗插补。随后利用附加的 硬件插补器对粗插补输出的微小直线段做进一步的细 分插补，形成一簇单位脉冲输出，这个过程称为精插 补。当然，精插补也可以用软件来实现。粗插补将完 成插补任务中的绝大部分计算工作量，而占用的时间 却比用一级软件插补方案少得多。这样可大大缓和实 时插补与多任务控制之间的矛盾。
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第二节 逐点比较法 (4)终点判别 每进给一步后都要判别刀具是否达到被加 工零件轮廓的终点，若到达了则结束插补，否则继续重 复上述四个节拍的工作，直至终点为止。
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第二节 逐点比较法
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图3-1 逐点比较法 插补工作流程图
一、逐点比较法I象限直线插补
(一)基本原理 (二)硬件实现 (三)软件实现 (四)插补实例
(三)软件实现
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图3-5 第Ⅰ象限逐点比较法直线 插补软件流程图
表3-3 插补参数地址分配表 14603C
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图3-6 逐点比较法 直线插补实例
二、逐点比较法第I象限逆圆插补
(一)基本原理 (二)软件实现 (三)插补实例
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(一)基本原理
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图3-7 第Ⅰ象限逆圆 与动点之间的关系
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(二) 采用多个CPU的分布式处理方案
首先将数控系统的全部功能划分为几个子功能模块， 每个子功能模块配置一个独立的CPU来完成其相应功 能，然后通过系统软件来协调各个CPU之间的工作。 美国麦克唐纳·道格拉斯公司的Actrion Ⅲ型数控系统 就是一个典型的代表，它采用四个微处理器分别实现 输入/输出、轮廓插补及进给速度控制功能、坐标轴伺 服功能、数控加工程序编辑和CRT显示功能。这种系 统具有较高的性能/价格比，代表着数控技术发展的一 个方向。
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(三) 采用单台高性能微型计算机方案 采用高性能的微型计算机来完成整个数控系统的软件 功能。目前32位和64位的微型计算机技术已经成熟， 其处理速度可达到2GHz以上，综合性能已经超过原来 的小型机。可见，将它们应用于数控系统中再合适不 过了，并且已经有这种系统上市。
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第二节 逐点比较法
表3-1 偏差符号判别电路真值表 表3-2 偏差计算电路真值表
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(三)软件实现
例3-1设某数控系统使用MCS-51系列单片机作为CPU，请用汇编 语言按图3-5所示的流程编写第Ⅰ象限直线插补运算程序。其中， 偏差函数F、坐标｜Xe｜、坐标｜Ye｜、总步数Σ在内存中均占用 三个字节，并且F采用补码形式，其余数据采用绝对值或正数， 地址分配情况如表3-3所示。 1) FEEDPX——向＋X轴方向进给一步子程序； 2) FEEDPY——向＋Y轴方向进给一步子程序； 3) SUBFYE——修正F(F－Ye→F)子程序； 4) ADDFXE——修正F(F＋Xe→F)子程序； 5) STEP1——修正Σ(Σ－1→Σ)子程序； 6) DELAY——延时子程序，以保证给定的进给速度。
(一)基本原理
表3-5 第Ⅰ象限逆圆弧插补计算公式
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(一)基本原理
14603C
图3-8 逐点比较法第Ⅰ象限逆圆插补软件流程图
(二)软件实现
例3-3设某数控系统使用MCS-51系列单片机，用汇编语言按图3-8 所示的流程编逆圆插补运算程序。其中，偏差函数Fi、坐标|Xi|、 坐标|Yi|、总步数Σ＝＋|Ye－Ys|在内存中均占用三个字节，并且F 采用补码形式，其余数据采用绝对值或正数，地址分配情况如表 3-6所示。
表3-7 逐点比较法圆弧插补运算过程 14603C
三、插补象限和圆弧走向处理
(一) 四象限直线插补 (二)四个象限中圆弧插补 (三)圆弧过象限
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(一) 四象限直线插补
1) 上述计算公式中，终点坐标使用的是其绝对值，即在坐标寄存 器JX、JY中存放的是终点坐标的绝对值，而不是代数值。 2) X轴或Y轴进给一步用ΔX和ΔY表示，即以增量形式输出，然后 在前面加正号或负号表示进给正方向或负方向。 3) 图3-12所示插补软件是针对四个象限内的一般直线作插补计算 的。
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表3-6 第Ⅰ象限逆圆插补参数地址分配表 14603C
(三)插补实例
例3-4设将要加工的零件轮廓为第Ⅰ象限逆圆，如图3-9所示，圆 心在坐标原点，起点为S(4，3)，终点为E(0，5)，试用逐点比较 法进行插补，并画出插补轨迹。 解 该圆弧插补的总步数为
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图3-9 第Ⅰ象限逆圆插补实例
机床数控原理
第三章 轮廓插补原理 第一节 概 述 第二节 逐点比较法 第三节 数字积分法 第四节 数据采样法 第五节 其他插补方法
14603C
第一节 概 述 一、脉冲增量插补算法 二、数据采样插补算法
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一、脉冲增量插补算法 脉冲增量插补(又称行程标量插补)算法是通过向各个运 动轴分配脉冲，控制机床坐标轴相互协调运动，从而 加工出一定轮廓形状的算法。这类插补算法的特点是 每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量，以单位 脉冲的形式输出给步进电动机。因此，该类插补被称 为脉冲增量插补。
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(一)基本原理
(1)总步长法 (2)投影法 (3)终点坐标法
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(一)基本原理之间的关系
(一)基本原理
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图3-3 第Ⅰ象限 直线插补轨迹
(二)硬件实现
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图3-4 逐点比较法插补第Ⅰ象限直线的硬件逻辑框图
(二)硬件实现
(1)偏差判别 判别刀具当前位置相对于给定轮廓的偏差 情况，即通过偏差值符号确定加工点处在理想轮廓的哪 一侧，并以此决定刀具进给方向。 (2)坐标进给 根据偏差判别结果，控制相应坐标轴进给 一步，使加工点向理想轮廓靠拢，从而减小其间的偏差。 (3)偏差计算 刀具进给一步后，针对新的加工点计算出 能反映其偏离理想轮廓的新偏差，为下一步偏差判别提 供依据。
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二、数据采样插补算法
(一) 采用软/硬件相配合的两级插补方案 (二) 采用多个CPU的分布式处理方案 (三) 采用单台高性能微型计算机方案
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(一) 采用软/硬件相配合的两级插补方案
在这种数控系统中，为了减轻数控装置的插补负担， 将整个插补任务分成两步完成，即先用插补软件将加 工零件的轮廓段按插补周期(10～20ms)分割成若干个 微小直线段，这个过程称为粗插补。随后利用附加的 硬件插补器对粗插补输出的微小直线段做进一步的细 分插补，形成一簇单位脉冲输出，这个过程称为精插 补。当然，精插补也可以用软件来实现。粗插补将完 成插补任务中的绝大部分计算工作量，而占用的时间 却比用一级软件插补方案少得多。这样可大大缓和实 时插补与多任务控制之间的矛盾。
14603C
第二节 逐点比较法 (4)终点判别 每进给一步后都要判别刀具是否达到被加 工零件轮廓的终点，若到达了则结束插补，否则继续重 复上述四个节拍的工作，直至终点为止。
14603C
第二节 逐点比较法
14603C
图3-1 逐点比较法 插补工作流程图
一、逐点比较法I象限直线插补
(一)基本原理 (二)硬件实现 (三)软件实现 (四)插补实例