第二章(1) 数控加工程序输入与预处理

工作原理：设备地址选通 SR=1 相关逻辑门打开 启动信号S
SSR
CB(起动触发器)置1,CD(制动触发器)清零 起动阅读机 中导孔和信 息孔产生光电信号 中导孔(较小)产生脉冲信号锁存信息孔(较大)信号 信息装入JA SR选通,发中断请求信号 请求响应后,将JA读入NC; 停止的过程:设备地址选通 SR=1 相关逻辑门打开 启动信号C
五、数控加工程序的存储
2.2数控加工程序的译码与诊断
一、数控加工程序的译码 将输入的数控加工程序翻译成 CNC装置能识别的代码形式，称为 译码；译码过程包括代码识别和功 能码翻译。 1、代码的识别 •读出内码 •判断内码属于数字/字母/功能 数字则转存 字母则继续判断具体功能进入相应 处理。 •为提高译码速度，可以按字符频 率、数字码特征，减少搜索时间。
二、刀具长度补偿—
注： •P点的坐标，认为是被加工零件轮廓轨迹坐标，在数控加工程序中 已知； •刀具补偿的方法是，按照程序确定P点坐标，结合刀尖与刀架参考 点之间的位置偏差（XPF,ZPF），推算出刀架参考点F的坐标，即数 控系统内部实际的控制点信息； •换刀时，只需改变对应刀具的位置偏差（XPF,ZPF）即可； •Rs不为零时，情况比较复杂，同时要考虑刀尖圆弧半径和刀具安 装方式。在对刀时，已将Rs的误差包含在内，故一般情况下可以忽 略。
二、刀具长度补偿— 实现刀尖圆弧中心轨迹S与刀架参考点F之间的转换
若Rs=0,只考虑X轴向的长度补偿即可 P为理论刀尖， S为刀鼻圆弧圆心， Rs为刀鼻半径， F为刀架参考点.
X PF = X p − X F Z PF = Z P − Z F
刀具长度补偿公式
XF = Xp − X
pF
Z F = Z P − Z pF
二、键盘方式输入
处理过程 •每输入一个字符，产生一次中 断； •区分系统处于编辑状态还是命令 处理状态，进而区分是加工程序还 是命令 •是加工程序则转换成内码，并存 入缓存，更新缓存指针 •按缓存占有的情况决定是否覆盖 最早的程序。 •若是命令则处理该命令。命令的 格式一般都已约定好结束标志。其 中数控程序的加工（删、插、替、 改），需要在显示器配合下完成。
三、存储器方式输入
•CNC通过存储器获取数控加工程序，称为存储器输入。 •数控加工程序可以存放在外部存储器（软硬盘等）中，称为外存储 器方式；也可以放在内部存储器中，称为内存储器方式。 •内存储器方式---有两种类型： 数控加工程序缓冲器：容量较小，只存一个或几个程序段，起到 暂存的作用。当一次存入多个程序段时需要考虑程序段管理的问题。 数控加工程序存储器：用于存放整个数控加工程序，其容量较 大，为了便于多个加工程序的管理，建立有目录区，对程序的名称、 起始和末地址都有记录，便于调用。 在调用时，首先查阅目录，如果指定程序不在目录中，则认为调 用出错；找到指定程序，然后将该程序的首地址取到指定单元，直到 取完为止。
交叉点和插入圆弧
插入轨迹
补充概念：刀补曾经采用所谓的B刀补（适应读一段执行一段的程 序处理模式） B刀补： （1） 利用上段程序求出下段程序的起点偏移后的坐标值，实质 上主要是计算出刀具半径在本程序段终点的坐标分量。 （2） B刀补的执行过程一般都分三步，即刀补建立、刀补进行、 刀补撤消。 （3） 对于两线段组成的尖角，在加工过程中，一般都要附加一 段程序，而且附加的轨迹常常为圆弧，即所谓非圆滑过渡的附加程 序。 C刀补： 为了解决下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，在计算完本段 轨迹后，提前将下一段程序读入，然后根据它们之间转接的具体情 况，再对本段的轨迹作适当的修正，得到正确的本段加工轨迹。
2、功能码的翻译 N05 G90 G01 X203 Y-17 F46 M03 LF
二、数控加工程序的诊断
• 含义：CNC装置在程序输入或译码过程中，对不规范的指令格式进行 检查、监控及处理的服务操作，目的在于防止错误代码的读入。
1、语法错误现象：
程序段格式或程序字格式不规范的错误。 程序段第一个代码不是N，N后值超出范围或出现负数，非法功能代 码、行程、转速超范围、刀具号、未定义G或M码。
2、功能码的翻译
技术处理方案步骤： 1）建立译码结果缓冲器. 2）考虑存储缓冲器规模. 3）约定存储格式. •如果每个字符都对应存储单元，浪费空间 将功能码固定在某个内存 单元,只存数据. •如果按照固定的格式为每个程序段语句出现的次序,指定固定表格>G,M,T指令多,且很多指令不会同时出现,会导致存储空间浪费 •将G,M,分组,并指定每组在内存中的位置,只记其数据. 形成具有统一格式的程序段译码结果:每个内存单元存储的数据都对应 着确定的字母或功能符号.
r r r ⎧ rd = X d i + Yd j ⎪ ⎨ X d = −r sin β = −rYl ⎪ Y = r cos β = rX l ⎩ d
3、方向矢量和刀具半径矢量
• 零件轮廓线型、走向和连接方式不同，补偿方式不同。 • 一一列举，分别编程不现实 • 数控系统要有统一算法—必须找到规律和统一的表达形式！ • 引入矢量方法统一进行刀具半径补偿。 • 直线本身即是矢量，方向起点指向终点 • 圆弧：半径矢量—圆弧中心指向圆弧上的点 弦长矢量—圆弧起点指向终点 • 刀具半径矢量：始终垂直于工件编程轮廓，大小为刀具半径的矢 量—随切削加工过程不断变化。
第2章 数控加工程序输入与预处理
2.1 数控加工程序输入
一、 纸带阅读机输入
第2章 数控加工程序输入与预处理
2.1 数控加工程序输入
一、 纸带阅读机
2.纸带阅读机—光电阅读机 •原理:用光电转换技术,将穿孔带上的数控加工信息转换成电信号,放 大整形后送入数控装置. •结构:机械传动部分、信号采集部分、起停控制部分 •工作过程： 纸带输入时，起动衔铁工作——杠杆推动压轮压住纸带——纸带 在主动轮带动下向前移动——通过光电开关随纸带的移动产生电信 号——供NC系统读取 制动时，制动衔铁工作，夹住纸带，同时起动衔铁松开。
以直线过渡为例，刀具补偿的过程： 刀补的三个步骤(见示意图)： 刀具补偿建立：刀具从起刀点运动到工件刀具半径补偿起始点 刀具补偿进行：刀具中心轨迹在工件轮廓法矢量方向上始终偏移一 个刀具半径值的加工过程。 刀具补偿撤消：刀具撤离工件表面，返回起刀点位置
2、刀具半径补偿的类型 编程轨迹的连接方式有四种：直线接直线、直线接圆弧、圆 弧接直线、圆弧接圆弧。 根据拐角类型的不同，刀具半径补偿在此处的转接过渡方式 也有所不同。一般可分为三种类型 1)当0°<α<90°时，刀具半径补偿在此处的转接方式为插 入型。即刀具中心的轨迹在编程轨迹基础上增加直线过渡段。 2)当90°≤α<180 °时，刀具半径补偿在此处的转接方式 为伸长型。即刀具中心的轨迹比编程轨迹长。 3)当180°<α<360°时，刀具半径补偿在此处的转接方式为 缩短型。即刀具中心的轨迹比编程轨迹短。 1．刀具半径补偿建立的转接类型 夹角口大小的不同，其转接过渡方式也有三种。 2．刀具半径补偿进行的转接类型 刀具中心轨迹可以采用伸长型(刀具轨迹比轮廓线长)、缩短 型(短)或插入型过渡线(直线轮廓上增加一段)
四、通信方式输入
•用数据通信的方法将数控加工程序、工艺参数传送到CNC系统的 方法。 •通信是计算机与其他设备的信息交换，可分为并行和串行通信 •总线型通信方式也在数控系统中大量应用。
数控加工程序输入过程
五、数控加工程序的存储
•存储方式分为原码直接储存（存储输入代码）或将输入代码转换成内码 储存；直接储存时中断服务程序占时少，但是译码速度受限制 •ISO和EIA代码有水平校验，在补奇或补偶后排列规律不明显—不利于译 码；为了方便译码，这两种代码都有对应的统一的内码。 •数控加工代码分为数字码（0）、字母码（1）和功能码（2）三类 内码编排时，数字按大小排序；字母与功能按程序段中出现的顺序排 列。内码的使用，使ISO和EIA代码在译码前具有统一格式，加快译码。 例： N05 G90 G01 X203 Y-17 F46 M03 LF 分别找到每个符号对应的内码，顺次置于内存中即可。
刀具半径补偿在零件轮廓段的交点处需作适当的过渡处理。 插入圆弧过渡时（A’ B’），需计算该圆弧的相关参数。圆弧过渡 可使刀具中心轨迹或工件轮廓光滑过渡，但在尖角处的加工误差可 能变大，尖角不尖； 插入直线过渡时A’ C’ B’ ，仅计算刀具中心轨迹交点C’或C’’，坐 标即可。加工误差在尖角处较小，并且还可避免刀具在尖角处出现 加工停顿现象或刀具干涉现象。
中断服务程序的必要处理: •读入一行孔信息 •作相应检查: 奇偶校验:垂直校验(加工程序全长各列)和水平(纸带一行)校验 是否明显出错,超出加工程序可能的范围,或者格式错误; •译码:将没有明显错误的信息译成数控装置内部代码; •送入数控装置缓冲器
二、键盘方式输入
• 现代机床常用的输入方式 供操作者输入数控加工程序、控制信息——控制参数、补偿数据 这种方式也称为手动数据输入 MDI • 键盘分为全编码键盘和非编码键盘 全编码键盘：硬件逻辑直接提供被按键的ASCII码或其他编码—使 用方便，但是硬件规模随按键数增大而扩大，成本提高。 非编码键盘：只提供行列矩阵位置；识别编码和消抖、防串键等 服务由专用芯片完成—费用低，灵活性大。 键盘的输入功能 在不同的状态下输入功能不同 1）编辑状态下，输入加工程序字符，并编辑和存储 2）在运行方式，输入各种命令，对机床及外围设备进行控制，修 改刀具参数及工艺参数等。
2、逻辑错误现象：
加工程序中功能代码相互排斥、互相矛盾的错误。 G代码、M代码具有互斥性、相互矛盾的尺寸、违反约定多于规定的 程序段M码。 (特别说明：只是一般功能性检查)
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三、译码与诊断的软件实现
2.3刀具补偿原理
一、刀具补偿的意义 • 数控系统对刀具的控制是以刀架参考点为基准。 • 实际上是要用刀具的尖点实现加工。 • 需要在刀架的参考点与加工刀具的刀尖之间进行位置偏置。 • 位置偏置由两部分组成:刀具长度补偿及刀具半径补偿。 • 刀具补偿功能两个优点：1)刀具磨损变更，改参数即可，2)精、半 精、精工序，同一种程序。
二、刀具半径补偿的计算
1、刀具半径补偿的原理 在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径(如铣刀半径或 线切割机的钼丝半径等)，刀具中心的运动轨迹并不等于所需加工 零件的实际轮廓。编程时用户是按零件轮廓写程序。要加工合格零 件就需要刀具中心在零件轮廓法向上偏移一个刀具半径值，这种偏 移习惯上称为刀具半径补偿。 刀补类型：左刀补与右刀补 按IS0标准，当刀具中心轨迹在编 程轨迹(零件轮廓)前进方向左边时，称 为左刀补，用G41表示;反之为右刀补， 用G42表示。不需要时用G40表示
3、方向矢量和刀具半径矢量
1)、直线方向矢量
2)、圆弧(有顺逆之分)方向矢量
为了统一公式，定义顺(+)逆(-)半径2-9
3)、刀具半径矢量 在加工过程中始终垂直 于编程轨迹、指向刀具中心 且大小等于刀具半径的矢量 称为半径矢量，用rd表示。
⎧r r=⎨ ⎩− r
(左刀补） (右刀补）
则零件轮廓上任意一点的刀具半径矢量为
第2章 数控加工程序输入与预处理
2.1 数控加工程序输入
一、 纸带阅读机
3.纸带阅读机的接口电路 •构成：1）8个D触发器组成缓冲寄存器JA，每位经与非门（集电极开 路）与计算机总线相连； 2）中导孔信号经两个与非门整形，作为D触发器的CP脉冲信 号； 3）一组逻辑门电路，控制阅读机的起停，并提供对计算机的中 断信号。
第2章 数控加工程序输入与预处理
2.1 数控加工程序输入
一、 纸带阅读机
1.纸带 •曾经是理想的信息载体,广泛用于早期的硬件数控系统 •硬件数控系统,内存有限,只能读一段,执行一段.每加工一个零件,读 一次信息.---寿命缩短,误码现象引起系统故障. •纸带的规格:八单位穿孔带和五单位穿孔带。 •我国引进和采用ISO标准,制定了数控代码国标:(JB/T3208-1999) (GB/T 8870-1988)