(2.2)--第三章数控技术与数控机床.ppt
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1、14603C第三章轮廓插补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一、数控机床坐标系一、数控机床坐标系 在国际在国际ISOISO标准中,数控机床坐标轴和运动标准中,数控机床坐标轴和运动方向的设定均已标准化,我国机械工业部方向的设定均已标准化,我国机械工业部19821982年年颁布的颁布的JB3052-82JB3052-82标准与国际标准与国际ISOISO标准等效。标准等效。(一)数控机床坐标系的规定原则(一)数控机床坐标系的规定原则1 1、右手直角坐标系(笛卡尔坐标系)、右手直角坐标系(笛卡尔坐标系)3-1 3-1 概述概述2 2 2
2、2、刀具运动坐标与工件运动坐标、刀具运动坐标与工件运动坐标、刀具运动坐标与工件运动坐标、刀具运动坐标与工件运动坐标在坐标系中,在坐标系中,字母不带字母不带“”的坐标表示工件固定、的坐标表示工件固定、刀具运动的坐标刀具运动的坐标 字母带字母带“”的坐标表示工件运动、的坐标表示工件运动、刀具固定的坐标刀具固定的坐标+Z+Z+X+X+Y+Y+Y+Y+Z+Z+X+X+A+A+B+B+C+C3 3、运动的正方向、运动的正方向使刀具与工件之间距离增大的方向规定为轴的正方向使刀具与工件之间距离增大的方向规定为轴的正方向(二)坐标轴确定的方法(二)坐标轴确定的方法(二)坐标轴确定的方法(二)坐标轴确定的方法1
3、 1、Z Z轴轴v一般取传递切削动力的主轴轴线方向方向为一般取传递切削动力的主轴轴线方向方向为Z Z轴轴v正方向:取刀具远离工件的方向为正方向正方向:取刀具远离工件的方向为正方向v当机床有几个主轴时,选一个垂直工件装卡面当机床有几个主轴时,选一个垂直工件装卡面 的主轴为的主轴为Z Z轴轴v当机床没有主轴时,选与装卡工件的工作台面当机床没有主轴时,选与装卡工件的工作台面 相垂直的直线为相垂直的直线为Z Z轴轴2 2 2 2、X X X X轴轴轴轴1)1)刀具旋转刀具旋转主轴垂直(立式):面对主轴向右为正主轴垂直(立式):面对主轴向右为正主轴水平(卧式):面对主轴向左为正主轴水平(卧式):面对主轴
4、向左为正2)2)工件旋转工件旋转在水平面内取垂直于工件回转轴线的方向为在水平面内取垂直于工件回转轴线的方向为X X轴轴 正方向:刀具远离工件的方向正方向:刀具远离工件的方向3)3)对于无主轴的机床对于无主轴的机床以切削方向为以切削方向为X X轴正向轴正向3 3、Y Y轴轴 按右手直角坐标系确定按右手直角坐标系确定车床坐标系车床坐标系 立铣床立铣床坐标系坐标系 卧铣床坐标系卧铣床坐标系 +X+X+Z+Z+Z+Z+X+X+Y+Y4 4 4 4、A A A A、B B B B、C C C C轴轴轴轴 回转进给运动坐标回转进给运动坐标回转进给运动坐标回转进给运动坐标用右手螺旋法则确定用右手螺旋法则确定
5、5 5、附加坐标、附加坐标主坐标或第一坐标系:主坐标或第一坐标系:X、Y、Z第二组附加坐标:第二组附加坐标:U、V、W第三组附加坐标:第三组附加坐标:P、Q、R旋转坐标:旋转坐标:D、E(三)数控机床的两种坐标系(三)数控机床的两种坐标系(三)数控机床的两种坐标系(三)数控机床的两种坐标系1 1、机床坐标系(机械坐标系)、机床坐标系(机械坐标系)数控车床坐标系的原点数控车床坐标系的原点 数控铣床坐标系的原点数控铣床坐标系的原点 2 2 2 2、工件坐标系(编程坐标系)、工件坐标系(编程坐标系)、工件坐标系(编程坐标系)、工件坐标系(编程坐标系)v设置工件坐标系原点的原则:设置工件坐标系原点的原
6、则:尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上,工件尽可能选择在工件的设计基准和工艺基准上,工件坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保坐标系的坐标轴方向与机床坐标系的坐标轴方向保持一致持一致 数控车床工件坐标系的原点数控车床工件坐标系的原点 数控铣床工件坐标系的原点数控铣床工件坐标系的原点(四)绝对坐标与相对坐标(四)绝对坐标与相对坐标(四)绝对坐标与相对坐标(四)绝对坐标与相对坐标1 1、绝对坐标:坐标系内所有坐标点的坐标植均从某、绝对坐标:坐标系内所有坐标点的坐标植均从某 一固定点一固定点坐标原点坐标原点计量的坐标系,称计量的坐标系,称 为绝对坐标系。为绝对坐标系。绝对坐标表示法绝对坐标
7、表示法 (四)绝对坐标与相对坐标(四)绝对坐标与相对坐标(四)绝对坐标与相对坐标(四)绝对坐标与相对坐标2 2、相对坐标:坐标系内某一位置的坐标尺寸用相对、相对坐标:坐标系内某一位置的坐标尺寸用相对 于于前一位置的坐标尺寸的增量前一位置的坐标尺寸的增量进行计进行计 量的坐标系,称为相对坐标系。量的坐标系,称为相对坐标系。相对坐标表示法相对坐标表示法 二、数控机床插补原理二、数控机床插补原理1、插补:机床数控系统按照一定的方法确定刀具运动轨迹的过、插补:机床数控系统按照一定的方法确定刀具运动轨迹的过程叫插补。程叫插补。2、插补方法:、插补方法:按输出信号按输出信号脉冲插补法脉冲插补法增量插补法增
8、量插补法逐点比较法逐点比较法数字积分法数字积分法按插补曲线形式按插补曲线形式直线插补法直线插补法圆弧插补法圆弧插补法抛物线插补法抛物线插补法高次曲线插补法高次曲线插补法3、插补器:数控系统中,完成插补工作的装置叫插补器。、插补器:数控系统中,完成插补工作的装置叫插补器。一、概述一、概述1.插补的定义插补的定义 数据密集化的过程。数据密集化的过程。数控系统根据数控系统根据输入的基本数据(输入的基本数据(直线起点、终点坐标,圆弧圆心、直线起点、终点坐标,圆弧圆心、起点、终点坐标、进给速度等起点、终点坐标、进给速度等)运用一定的算法,)运用一定的算法,自动的在有限坐标点之间形成一系列的坐标数据,自动
9、的在有限坐标点之间形成一系列的坐标数据,从而自动的对各坐标轴进行脉冲分配,完成整个线从而自动的对各坐标轴进行脉冲分配,完成整个线段的轨迹分析,以满足加工精度的要求。段的轨迹分析,以满足加工精度的要求。数控机床原理与系统西工大机电学院数学模型:直线、圆弧、二次曲线、螺旋线、自由曲线等要求:实时性好,算法误差小、精度高、速度均匀性好2.分类分类 插补是数控系统必备功能,插补是数控系统必备功能,NC中由硬中由硬件完成,件完成,CNC中由软件实现,两者原理相同。中由软件实现,两者原理相同。基准脉冲插补基准脉冲插补(脉冲增量插补)(脉冲增量插补)逐点比较法逐点比较法数字脉冲乘法器数字脉冲乘法器数字积分法
10、数字积分法矢量判别法矢量判别法比较积分法比较积分法数据采样插补数据采样插补(单位时间)(单位时间)数控机床原理与系统西工大机电学院3-2 3-2 逐点比较法逐点比较法 应用广泛,能实现平面直线、圆弧、二次曲线插补,应用广泛,能实现平面直线、圆弧、二次曲线插补,精度高。精度高。一、逐点比较法直线插补一、逐点比较法直线插补 数控机床原理与系统西工大机电学院y yo ox xA(xA(xe e,y,ye e)脉冲当量 相对于每个脉冲信号,机床移动部件的位移,常见的有:0.01mm 0.005mm 0.001mm3-2 3-2 逐点比较法逐点比较法 一、逐点比较法直线插补一、逐点比较法直线插补1.基本
11、原理基本原理 在刀具按要求轨迹运动加工零件轮廓的过程在刀具按要求轨迹运动加工零件轮廓的过程中,不断比较刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置,中,不断比较刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置,并根据比较结果决定下一步的进给方向,使刀具向减小并根据比较结果决定下一步的进给方向,使刀具向减小误差的方向进给。其算法最大偏差不会超过一个脉冲当误差的方向进给。其算法最大偏差不会超过一个脉冲当量量。每进给一步需要四个节拍:每进给一步需要四个节拍:数控机床原理与系统西工大机电学院坐标进给坐标进给偏差判别偏差判别新偏差计算新偏差计算终点比较终点比较3-2 3-2 逐点比较法逐点比较法一、逐点比较法直线插补一、逐点比
12、较法直线插补2.算法分析(第算法分析(第 象限)象限)偏差判别偏差判别数控机床原理与系统西工大机电学院P(xP(xi i,y,yj j)F0F0F0F0F0FF0 0y yo ox x直线上直线上直线上方直线上方直线下方直线下方+x x或或+y y方向方向+x x方向方向+y y方向方向A(xA(xe e,y,ye e)新偏差计算新偏差计算 +x x进给:进给:+y y进给:进给:3-2 3-2 逐点比较法逐点比较法一、逐点比较法直线插补一、逐点比较法直线插补 2.算法分析(第算法分析(第 象限)象限)终点比较终点比较 用用Xe+Ye作为计数器,每走一步对计数器进行减作为计数器,每走一步对计数
13、器进行减1计计算,直到计数器为零为止。算,直到计数器为零为止。数控机床原理与系统西工大机电学院第一拍第一拍第一拍第一拍 判别判别判别判别第二拍第二拍第二拍第二拍 进给进给进给进给第三拍第三拍第三拍第三拍 运算运算运算运算第四拍第四拍第四拍第四拍 比较比较比较比较总结总结3-2 3-2 逐点比较法逐点比较法一、逐点比较法直线插补一、逐点比较法直线插补 3.运算举例(第运算举例(第 象限)象限)加工直线加工直线OA,终点坐标,终点坐标xe=5,ye=3,E8=xe+ye=8,F00=0 插补过程演示插补过程演示 数控机床原理与系统西工大机电学院3-2 3-2 逐点比较法逐点比较法二、逐点比较法圆弧
14、插补二、逐点比较法圆弧插补(第(第 象限逆圆弧)象限逆圆弧)偏差判别偏差判别数控机床原理与系统西工大机电学院圆弧上圆弧上圆弧外圆弧外圆弧内圆弧内偏差判别函数偏差判别函数y yo ox xP(xP(x0 0,y,y0 0)FF0F03-2 3-2 逐点比较法逐点比较法二、逐点比较法圆弧插补二、逐点比较法圆弧插补(第(第 象限逆圆弧)象限逆圆弧)坐标进给坐标进给数控机床原理与系统西工大机电学院圆弧上圆弧上圆弧外圆弧外圆弧内圆弧内 新偏差计算新偏差计算y yo ox xFF0F0-x x或或+y y方向方向-x x方向方向+y y方向方向P(xP(x0 0,y,y0 0)3-2 3-2 逐点比较法逐
15、点比较法二、逐点比较法圆弧插补二、逐点比较法圆弧插补(第(第 象限逆圆弧)象限逆圆弧)终点比较终点比较 用用(X0-Xe)+(Ye-Y0)作为计数器,每走一步对作为计数器,每走一步对计数器进行减计数器进行减1计算,直到计数器为零为止。计算,直到计数器为零为止。总结总结 数控机床原理与系统西工大机电学院第一拍第一拍第一拍第一拍 判别判别判别判别第二拍第二拍第二拍第二拍 进给进给进给进给第三拍第三拍第三拍第三拍 运算运算运算运算第四拍第四拍第四拍第四拍 比较比较比较比较3-2 3-2 逐点比较法逐点比较法二、逐点比较法圆弧插补二、逐点比较法圆弧插补(第(第 象限逆圆弧)象限逆圆弧)3.运算举例(第
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- 2.2 第三 数控技术 数控机床
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