数控机床加工的原理文档格式.docx
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在数控车床上加工常规零件，如圆柱面、圆锥面、圆弧面，现在系统已比较成熟，但在加工非圆曲面和其它的复杂曲面就缺乏统一性、成熟性和系统性。
本文通过对复杂零件的工艺设计和非圆曲面的刀具轨迹优化算法设计，编制出复杂零件的加工程序，并利用此程序对零件进行加工。
第二章数控机床加工的原理
在数控机床上自动加工零件，首先根据被加工零件的图样，将工件的形状、尺寸及技术要求数字化，采用手工或计算机按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码及程序格式编制加工程序。
并将该程序输入到数控系统，系统读出信息，并送入数字控制装置。
数控装置就依照指令上的代码进行一系列的处理和运算，变成脉冲信号，并将其输入驱动装置，驱动机床主运动、进给运动及辅助运动，并使其相互协调来实现对零件的自动加工。
CNC系统对数控机床的控制分为“轨迹控制”和“逻辑控制”。
2．1轨迹控制
轨迹控制是对机床各坐标轴的速度和位置控制，它通过插补实现。
实际加工中零件的形状各式各样，有由直线、圆弧组成的零件轮廓；
也有由诸如自由曲线、曲面、方程曲线和曲面体构成的零件轮廓。
对这些复杂的零件轮廓最终还是要用直线和圆弧进行逼近以便数控加工。
插补计算就是对数控系统输入基本数据（如直线的起点、终点坐标，圆弧的起点、终点及圆心坐标等），运用一定的算法计算，并根据计算结果向相应的坐标发出进给指令，对应着每一个进给指令，机床在相应的坐标方向上移动一定距离，最终将工件加工出所需的轮廓形状。
数控系统中最常用的插补方法是逐点比较法。
2.1.1逐点比较法直线插补
如图2-1所示，设直线OA为第一象限的直线，起点为坐标原点O（0，0），终点为A（Xe,Ye）,P（Xi,Yj）为加工点。
令：
Fi,j=XeYj-XiYe。
根据加工点位置的不同有以下三种情况：
（1）如Fi,j=0,则点P在直线OA上；
（2）如Fi,j＞0,则点P在直线OA上方；
（3）如Fi,j＜0,则点P在直线OA下方；
图2-1逐点比较法第一象限直线插补
为了逼近直线，规定Fi,j≥0时，刀具向+X方向进给一步（一个脉冲当量）；
Fi,j＜0时，刀具向+Y方向进给一步。
每走一步利用递推公式计算出新加工点的Fi,j值，以决定下一步进给方向。
总步数J=Xe+Ye,每走一步J减1，当J为0时刀具到达直线终点，插补结束。
第一象限的直线插补算法流程图如图2-2所示。
图2-2第一象限直线插补算法流程图
其它三个象限的直线插补可根据相同原理得到其插补计算方法。
根据以上算法，每个象限可设计一个子程序。
下面是第一象限的子程序，其它象限只须加以修改即可。
该程序用MCS-51指令编写，电机采用步进电机，采用8255并行接口的A、B两端口进行控制。
图2-3是直线插补程序的流程图。
内存分配表见表2-1。
图2-3直线插补流程图
表2-1内存分配表
内存单元地址
存放内容
28H
终点坐标SE值
29H
2AH
插补值X
2BH
插补值Y
2CH
偏差值A
70H
控制电机正、反转的控制字
14H
计数器
直线插补的程序清单如下：
ORG2300H
MAIN：
MOVSP，#60H；
主程序开始
MOVR0，#T8255；
8255初始化
MOVA，#80H
MOV@R0,A
LOP4：
MOV28H，#0C8H；
Xe
MOV29H，#0C8H；
Ye
MOV2AH，#00H；
X
MOV2BH，#00H；
Y
MOV2EH，#00H；
F
MOV70H，#0AH
LOP3：
MOVA，2EH
JBACC.7，LOP1
MOVA，70H
SETBACC.0
CLRACC.2
MOV70H，A；
OB+X
LCALLMOTR；
调环行分配器，x方向走一步
LCALLDELAG
SUBBA，29H；
F-Ye
INC2AH；
X+1
AJMPLOP2
LOP1：
SETBACC.2
CLRACC.0
OF+Y
Y方向走一步
LCALLDELAY
ADDA，28H；
F+Xe
INC2BH；
Y+1
LOP2：
MOV2EH，A
MOVA，28H
CJNEA，2AH，LOP3；
Xe=X？
ST：
关8255
MOVA，#00H
MOVX@R0,A
LJMPST
2.1.2逐点比较法圆弧插补
如图2-4所示，设逆圆弧AB在第一象限，原点为圆心O，起点A（Xo，Yo），终点B（Xe，Ye），半径为R，瞬时加工点为P（Xi，Yj），令Fi,j=Xi2+Yj2-R2。
（1）如Fi,j=0,则点P在圆弧AB上；
（2）如Fi,j＞0,则点P在圆弧AB外侧；
（3）如Fi,j＜0,则点P在圆弧AB内侧；
图2-4逐点比较法第一象限圆弧插补
为了逼近圆弧，规定Fi,j≥0时，刀具向-X方向进给一步（一个脉冲当量）；
总步数J=|Xe-Xo|+|Ye-Yo|,每走一步J减1，当J为0时刀具到达圆弧终点，插补结束。
第一象限的逆圆弧插补算法流程图如图2-5所示。
图2-5第一象限逆圆弧插补算法流程图
对于第一象限的顺圆及其第二、三、四象限的顺逆圆弧插补，可根据相同原理得到其插补计算方法。
根据以上算法，每个象限可设计顺、逆圆弧两个子程序。
下面是第一象限逆圆的子程序，其它象限只须加以修改即可。
图2-6是圆弧插补程序的流程图。
程序清单如下：
XLEQU18H
XHEQU19H
YLEQU28H
YHEQU29H
XeLEQU1AH
XeHEQU1BH
YeLEQU2AH
YeHEQU2BH
FLEQU2CH
FHEQU2DH
ORG2400H
图2-6是圆弧插补程序的流程图
MOVSP，#60H
MOVR0，#0EBH
MOVX@R0，A
LCALLDSUP；
调装码子程序
MOVR5，#11H
MOVR6，#21H
MOV70H，#08H
MOVXL，#80H；
XL
MOVXH，#0CH；
XH
MOVYeL，#00H；
YeL
MOVYeH，#00H；
YeH
MOVXeH，#00H；
XeH
MOVXeL，#00H；
XeL
MOVYL，#00H；
YL
MOVYH，#00H；
YH
MOVFL，#00H；
FL
MOVFH，#00H；
FH
MOV1CH，#00H
MOV1DH，#00H
LOOP3：
MOVA，FH
JNBACC.7.LOOP1
OC+Y
LCALLMOTR
MOVR1，#28H；
MOVR0，#1CH
MOVR7，#02H
LCALLCHFZ；
2*Y
ADD：
CLRC
MOVA，FL
ADDCA，1CH
MOVFL，A
ADDCA，1DH；
F+2Y
MOVFH，A
MOVA，YL
ADDA，#01H
MOV28H，A
MOVA，YH
ADDCA，#00H
MOVYH，A；
ADDA，01H
MOVFL，A；
F+2Y+1
ADDCA，00H
AJMPLOOP2
LOOP1：
09-X
MOVR1，#18H；
MOVR0，1CH
MOVR7，02H
2*X
SUB：
SUBBA，1CH
SUBBA，1DH
MOVFH，A；
F-2X
MOVA，XL
MOVXH，A；
X-1
F-2X+1
LOOP2：
CJNEA，YEH，LOOP3A；
YH=YEH？
YL=YEH？
STMOVP0，0EBH
MOVA，00H
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