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1、第二章 数控加工程序输入及预处理12.1数控加工程序输入2.2数控加工程序的译码与诊断2.3刀具补偿原理2.4其他预处理内容提要内容提要21 1、数控加工程序的输入方式数控加工程序的输入方式1）键盘方式输入键盘是数控机床上常用的人机对话输入设备，通过键盘可以向数控装置输入加工程序、机床参数和系统信息。键盘分为全编码键盘和非编码键盘两种类型。键盘输入方式要求操作者必须了解数控加工程序的编制规则，对操作者的专业性要求较高。为了降低对操作者的要求，已有数控系统生产厂家（德国HEIDENHAIN公司）开发了“对话式编程方法”。2.1数控加工程序输入32）存储器方式输入数控加工程序存放在内部存储器中，称
2、为内存储器方式；存放在外部存储器中，称为外存储器方式。内存储器，容量较小，只有几百KB到几个MB。CF卡、U盘和移动硬盘等外存储设备，存储容量大、交换速度快，弥补了部分数控系统内部存储器容量较小的不足。2.1数控加工程序输入43）通信方式输入现代数控系统一般都配置了标准通信接口，使数控系统可以与其他计算机或外部设备之间进行信息交换。串行通信接口RS-232C，以太网络接口Ethernet，现场总线接口Profibus。2.1数控加工程序输入5 2.1数控加工程序输入2 2、数控加工程序的存储数控加工程序的存储按输入代码的先后次序直接存储按先后次序转换成内码后存放内码的使用可加快译码的速度数控加
3、工程序存储举例：N05 G90 G01 X203 Y-17 F46 M03 LF6 2.1数控加工程序输入常用数控加工代码及对应内码7 2.1数控加工程序输入数控加工程序存储器内码存储情况表 8 2.2数控加工程序的译码与诊断1 1、数控加工程序的译码数控加工程序的译码译码就是将标准代码编写的数控加工程序翻译成数控系统内部易于处理的形式，也就是将数控加工程序存储器中存储的内码转化成能够控制机床运动的专门信息后，存放到相应的译码结果缓冲存储单元中。9 2.2数控加工程序的译码与诊断1）代码识别代码识别是通过软件将数控加工程序缓冲器或MDI缓冲器中的内码读出，并判断该数据的属性。如果是数字码，即设
4、置相应的标志并转存。如果是字母码，则进一步判断该码的具体功能，然后设置代码标志并转入相应的处理。10代码识别流程图 2.2数控加工程序的译码与诊断11 2.2数控加工程序的译码与诊断2）代码翻译代码识别为各功能代码设立了一个特征标志，对各功能码的相应处理由代码翻译来完成。每一个程序段的译码结果存放在相应的译码结果缓冲器内。译码结果缓冲器的存储格式 12 2.2数控加工程序的译码与诊断v由于有些代码的功能属性相同或相近，它们不可能出现在同一个程序段中，也就是说这些代码具有互斥性。v将G代码、M代码按功能属性分组，每一组代码只需要设置一个独立的内存单元，并以特征字来区分本组中的不同代码。13 2.
5、2数控加工程序的译码与诊断常用G代码分组 14 2.2数控加工程序的译码与诊断常用M代码分组 15 2.2数控加工程序的译码与诊断2 2、数控加工程序的诊断数控加工程序的诊断数控加工程序的诊断是指在译码过程中，对不规范的指令格式进行检查并提示操作者修改的功能。诊断一般包括语法错误诊断和逻辑错误诊断两种类型。语法错误是指程序段格式或程序字格式不规范的错误；逻辑错误是指整个程序或一个程序段中功能代码之间相互排斥、互相矛盾的错误。16 2.2数控加工程序的译码与诊断1）语法错误程序段的第一个代码不是N代码；N代码后的数值超过了数控系统规定的取值范围；在程序中出现了系统没有约定的字母代码；坐标代码后的
6、数值超越了机床的行程范围；S、F、T代码后的数值超过了系统约定的范围；出现了数控系统中没有定义的G代码；出现了数控系统中没有定义的M代码。17 2.2数控加工程序的译码与诊断2）逻辑错误在同一个程序段中先后出现两个或两个以上同组的G代码；在同一个程序段中先后出现相互矛盾的尺寸代码；在同一个程序段中超量出现M代码。18 2.2数控加工程序的译码与诊断译码与诊断流程图19 2.3刀具补偿原理1 1、刀具补偿在数控加工中的意义刀具补偿在数控加工中的意义数控加工编程一般是按照零件的轮廓进行的，而数控系统通常是通过控制刀具特殊的中心点来实现加工轨迹的，二者并不统一，需要计算它们之间的偏差量，以满足加工的
7、要求。由数控系统自动将工件轮廓数据转换成相应刀具中心轨迹数据，这个过程就称之为刀具补偿。20 2.3刀具补偿原理在零件加工过程中，若采用刀具补偿功能，可以大大简化加工程序的编写工作，提高程序的利用效率，主要表现在以下两个方面：由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具尺寸变化不必重新编写程序，只需修改相应的刀具补偿参数即可。当被加工零件在同一机床上经历粗加工、半精加工、精加工多道工序时，不必编写三种加工程序，可将各工序预留的加工余量加入刀具补偿参数即可。刀具补偿一般分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。21刀具长度补偿示意图 2.3刀具补偿原理22 2.3刀具补偿原理刀具半径补偿示意图 232 2、刀具补偿
8、的计算刀具补偿的计算1）刀具长度补偿计算 2.3刀具补偿原理加工前预先分别测得装在刀架上的刀具长度在X和Z方向的分量，即x刀偏和z刀偏。XP、ZP是被加工零件轮廓轨迹的坐标，零件轮廓轨迹经过补偿后，通过控制刀尖点R来实现加工。刀具长度补偿的计算公式如下：XR=XP-x ZR=ZP-z242）刀具半径补偿计算（1）刀具半径补偿的分类及过程在两个轮廓的交界处，刀具中心轨迹的规划就出现了两种不同的类型，即所谓的B刀具半径补偿和C刀具半径补偿。B刀补在轮廓间的过渡都是以圆弧形式进行的。B刀补轮廓工艺性差，因为在外轮廓加工时，由于轮廓尖角处始终处于切削状态，尖角的加工工艺性差；在内轮廓尖角加工时，编程人
9、员必须在零件轮廓中插入一个半径大于刀具半径的圆弧，这样才能避免产生过切。C刀补的最大特点是采用直线作为轮廓间过渡的形式，因此它的尖角加工工艺性好，在内轮廓加工时可以自动判别，避免产生过切。2.3刀具补偿原理25 2.3刀具补偿原理B刀补示意图 26 2.3刀具补偿原理C刀补示意图 27 2.3刀具补偿原理刀具半径补偿过程：刀具半径补偿建立、刀具半径补偿进行、刀具半径补偿撤消。28（2）刀具半径补偿的转接过渡类型转接方式四种:直线接直线、直线接圆弧、圆弧接直线、圆弧接圆弧。过渡方式可以分为三种类型:当090时，刀具半径补偿在此处的转接方式为插入型。当90180时，刀具半径补偿在此处的转接方式为伸
10、长型。当180 360时，刀具半径补偿在此处的转接方式为缩短型。2.3刀具补偿原理29刀具半径补偿建立时的转接过渡类型 2.3刀具补偿原理30刀具半径补偿进行时的转接过渡类型（1）2.3刀具补偿原理31刀具半径补偿进行时的转接过渡类型（2）2.3刀具补偿原理32刀具半径补偿撤销时的转接过渡类型 2.3刀具补偿原理33（3）方向矢量和刀具半径矢量 方向矢量 直线 X轴正方向的单位矢量为i i，Y轴正方向的单位矢量为j j，则该直线的方向矢量l ld d及其在X轴、Y轴上的投影分量分别为 2.3刀具补偿原理34圆弧 对于圆弧而言，其走向有顺逆之分，故圆弧的方向矢量也分顺圆弧和逆圆弧两种情况。圆弧半
11、径为R，则圆弧的方向矢量在X轴、Y轴上的投影分量分别为 2.3刀具补偿原理35若规定则圆弧上任意一点的方向矢量及投影分量为 2.3刀具补偿原理36刀具半径矢量 刀具半径矢量是指在加工过程中始终垂直于工件的编程轮廓，大小等于刀具半径值，方向指向刀具中心的一个矢量，用r rd d表示。根据刀具相对于工件位置的不同，刀具半径矢量也有所不同。左刀补 右刀补 2.3刀具补偿原理37（4）刀具半径补偿计算 这里所阐述的计算是指利用前面提到的矢量法，计算出刀具半径补偿过程中刀具中心轨迹在各个转接点处的坐标值。缩短型刀具半径补偿建立 2.3刀具补偿原理38刀具半径补偿撤销 2.3刀具补偿原理39刀具半径补偿进
12、行直线l1与l2共线 2.3刀具补偿原理40直线l1与l2相交 2.3刀具补偿原理41伸长型刀具半径补偿建立 2.3刀具补偿原理42刀具半径补偿撤销 2.3刀具补偿原理43刀具半径补偿进行 2.3刀具补偿原理44插入型刀具半径补偿建立 2.3刀具补偿原理45刀具半径补偿撤销 2.3刀具补偿原理46刀具半径补偿进行 2.3刀具补偿原理47以一个零件的加工为例，完整地描述刀具半径补偿从建立、进行到撤销的全过程。如图2-28所示，设零件加工表面轮廓为ABCD，起刀点在Q点，采用G42右刀补，刀具加工中心轨迹用点划线表示。其中，QA1为刀具半径补偿建立阶段，A2Q为刀具半径补偿撤销阶段，其余分别经过了
13、伸长型、插入型、缩短型和插入型的刀具半径补偿进行阶段。2.3刀具补偿原理48 2.3刀具补偿原理49 2.4其他预处理1 1、进给速度的处理进给速度的处理进给速度处理就是根据译码缓冲器中F的数值，进行相应的运算和处理，生成数控系统可以控制的速度信息。脉冲增量插补算法的速度处理 脉冲增量插补的输出形式是脉冲，其脉冲输出频率与进给速度成正比。因此可通过控制插补运算的频率即触发计算的脉冲源的频率来控制进给速度。设编程进给速度为F（mm/min），触发脉冲源的频率为f（Hz），数控系统的脉冲当量为（mm/步），由此可推得触发脉冲源的频率与进给速度的关系为：f=F/6050数据采样插补算法的速度处理 数
14、据采样插补的输出是根据编程进给速度计算出的一个插补周期内合成速度方向上的位置增量。设编程进给速度为F（mm/min），插补周期为Ts（ms），机床操作面板上的进给速度倍率为K，则在一个插补周期内的位置增量L（mm）为：L=KFTs/（601000）只要在一个插补周期内完成上式所规定的位置增量，就可以实现所需要的进给速度。2.4其他预处理51 2.4其他预处理加/减速处理 加/减速控制可以放在插补前进行，也可以放在插补后进行，放在插补前的加/减速控制称为前加/减速控制，放在插补后的加/减速控制称为后加/减速控制。前加/减速控制：优点是不会影响实际插补输出的位置精度，缺点是需要预测减速点。后加/减
15、速控制：优点是不需要专门预测减速点，缺点是由于它是对各轴分别进行控制，所以在加/减速控制后合成位置就可能不准确。52前加/减速控制后加/减速控制 2.4其他预处理532 2、工件零点的处理工件零点的处理在编制数控加工程序时，一般会根据工件轮廓的特点选择合适的位置作为工件零点，而不会选择机床零点或机床参考点作为工件编程零点。但数控系统工作时，总是以机床零点或机床参考点作为坐标计量基准，因此数控系统必须能自动完成工件坐标系与机床坐标系之间的转换。现代数控系统中一般采用G54G57和G500五条指令来完成上述功能，当工件装夹到机床上后测出偏移量，通过操作面板输入到规定的偏置寄存器（G54G57）中，
16、用G54G57来设置工件零点偏置，用G500来撤销所设置的零点偏置。当系统译码到G54G57中的一个指令时，自动调用对应偏置寄存器中的坐标值进行计算。如坐标值为0，则表示在机床坐标系中的当前位置就是工件坐标系的零点；如坐标值不为0，表示工件坐标系的零点相对于所选择的当前位置有一定距离，其值就是偏置寄存器中的数值。2.4其他预处理54工件零点偏置的处理流程图 2.4其他预处理553 3、绝对坐标与增量坐标的处理、绝对坐标与增量坐标的处理 数控系统一般都以G90、G91来表示绝对坐标编程方式和增量坐标编程方式。所谓绝对坐标编程方式，是指描述零件轮廓段的坐标值均采用绝对坐标值，即各轮廓段的终点坐标值都是相对于工件坐标系零点的数值。所谓增量坐标编程方式，是指描述零件轮廓段的坐标值均采用增量坐标值，即各轮廓段的终点坐标值都是相对于该轮廓段起点的数值。尽管编程方式不同，但在数控系统内部必须都转化成系统能识别的坐标信息进行处理。2.4其他预处理56绝对编程与增量编程的处理流程图 2.4其他预处理57