3CNC的轨迹控制原理.ppt

第三章 计算机数控系统 第一节 概述 第二节CNC的轨迹控制原理 一、轨迹控制算法的要求与类别 1、对插补算法的要求 * 数 控 技 术 （1）开放式CNC总体结构框图 一个开放式CNC系统的结构可以分为两个部分： 统一的系统平台和由各功能结构单元对象（AO）组成的应用软件模块或称系统参考结构。 功能元对象AO是相互独立的、具有一定特性和行为规范的、组成系统功能结构的最基本单位。 （2）系统平台 系统平台由系统硬件和系统软件组成。 系统硬件由机床的功能需求决定。 系统的软件分为三个部分： ①系统核心：如操作系统、通信系统、实时配置系统等，它们构成了整个控制系统运行的基础。 ②可选的系统软件：如数据库系统、图形系统等。 ③标准的应用程序界面（Application Program Interface API）。 API是系统功能元对象进入系统平台的唯一途径。 （3）系统参考结构（应用软件模块） 参考结构描述了一个控制系统由哪些AO模块组成，以及这些模块提供什么开放式接口。 建立系统参考结构的关键是有效地利用成组技术、面向对象技术作为工具，把握好系统功能的分解和划分，析取各种控制功能的共有属性和私有特性，明确和定义各功能模块和功能元的行为及它们的相互操作界面。 第二节 CNC的轨迹控制原理 第四节 进给速度和加减速控制 第五节 CNC的输入输出与通信功能 第三节 刀具位置补偿和半径补偿 数控系统的插补任务就是按给定进给速度的F值，在零件轮廓段的起点和终点之间计算出若干在允差范围内的中间点的坐标值。 一、 轨迹控制算法的要求与类别 二、 数字脉冲增量法插补 三、 数据采样法 ①对插补所需的输入数据最少。 ②插补理论误差要满足精度要求。 保证插补曲线精确通过给定的基点，即工件轮廓的两相邻几何元素的交点，实现无累积误差； 另外，局部误差不超过所允许的误差。 ③沿插补路线或称插补矢量的合成进给速度要满足轮廓表面粗糙度一致性的工艺要求。 ④控制联动坐标轴数的能力要强。 ⑤插补算法要简单、可靠。 2、插补算法的类别 ①按插补输出的标量不同，有数字脉冲增量法和数据采样法。 数字脉冲增量法是以行程为标量。 每来一个F脉冲进行插补运算一次，相应有一个脉冲当量的位移输出。 数据采样法以时间为标量。 当选定插补周期的时间后，根据给定F值，在一个插补周期内输出相应的一小段步长数据（称粗插补）， 这一步长通过对实际位置采样值比较的伺服位置控制进行细化插补输出。 ② 按插补算法的规则不同来分，有逐点比较法、数字积分法、比较积分法等。 逐点比较法的规则是每次插补进给只有一个坐标轴，且按判别、进给、偏差计算、终点判别四节拍进行。 数字积分法规则是利用寄存器长度的有限性把给定的行程数据进行数字微分分析累加，取累加寄存器的溢出脉冲作为进给输出脉冲。 比较积分法规则是直接比较各坐标轴的积分值，并把积分值在时间上看做一个时间间隔，然后利用逐点比较法的判别式引入一个判别函数来判别各坐标轴总的时间间隔。 ③ 按几何规律不同来分有直线和圆弧的插补算法。 其他的分类方法包括： 软件插补和硬件插补； 软硬件兼有的混合插补。 二、数字脉冲增量法插补 1、逐点比较法 最初称区域判别法。原理是： 计算机在控制加工轨迹过程中，逐点计算和判别加工偏差以控制坐标进给方向，从而按规定的图形加工出合格工件。 其四个节拍为： 第一，偏差判别。判别加工点对规定几何轨迹的偏离位置，然后决定滑板的走向。 第二，进给。控制某坐标的工作台进给一步，向规定的轨迹靠拢，缩小偏差。 第三，偏差计算。计算新加工点对规定轨迹的偏差，作为下一步判别走向的依据。 第四，终点判别。判断是否到达程序规定的加工终点。 （1）逐点比较法的直线插补 1）加工偏差公式 如图，设要在xy平面第一象限内加工以坐标原点O为起点，以A(xe,ye)为终点的直线段，OA与x坐标轴的夹角为α，对于某一时刻加工点M的坐标(xi,yj)，直线起点O到加工点M的连线OM与x轴的夹角为αi。 若αiα，表示加工点M在规定直线的上方，为了缩小偏差，应控制拖板沿+x方向进给一步； 若αiα，表示加工点M在规定直线的下方，为了缩小偏差，应控制拖板沿+y方向进给一步； 对于αi=α，表示加工点M在规定直线上，为了继续加工，应控制拖板沿+x方向进给一步。 由三角函数可知： tgαi=yj/xi tgα=ye/xe 比较αi与α的大小只要比较tgαi与tgα的大小即可，故 tgαi-tgα=yj/xi-ye/xe=(xeyj-xiye)/xexi 由于在同一象限内xe、xi同号，所以xexi0i。 比较tgαi与tgα的大小就归结为比较xeyj和xiye的大小