数控机床加工的原理文档格式.docx

1、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

2、、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”。21 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

3、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,j0, 则点P在直线OA上方；（3） 如Fi,j0, 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,j0 时，刀具向+X方向进给一步（一个脉冲当量）；Fi,j0 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

4、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29H2AH插补值X2BH

5、插补值Y2CH偏差值A70H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： ORG 2300H MAIN： MOV SP，#60H ；主程序开始 MOV R0，#T8255 ；8255初始化 MOV A，#80H MOV R0,A LOP4： MOV 28H，#0C8H ；Xe MOV 29H，#0C8H ；Ye MOV 2AH，#00H ；X MOV 2BH，#00H ；Y MOV 2EH，#00H ；F MOV 70H，#0AH LOP3： MOV A，2EH JB ACC.7，LOP1 MOV A，70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H，A ；OB

6、+X LCALL MOTR ；调环行分配器，x方向走一步 LCALL DELAG SUBB A，29H ；F-Ye INC 2AH ；X+1 AJMP LOP2 LOP1： SETB ACC.2 CLR ACC.0 OF+YY方向走一步 LCALL DELAY ADD A，28H ；F+Xe INC 2BH ；Y+1LOP2： MOV 2EH，A MOV A，28H CJNE A，2AH，LOP3 ；Xe=X？ST：关8255 MOV A，#00H MOVX R0,A LJMP ST 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

7、（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,j0, 则点P在圆弧AB外侧；（3） 如Fi,j0, 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,j0 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

8、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：XL EQU 18HXH EQU 19HYL EQU 28HYH EQU 29HXeL EQU 1AHXeH EQU 1BHYeL EQU 2AHYeH EQU 2BHFL EQU 2CHFH EQU 2DH ORG 2400H 图2-6是圆弧插补程序的流程图 MOV SP，#60H MOV R0，#0EBH MOVX R0，A LCALL DSUP ；调装码子程序 MOV R5，#11H MOV R6，#21H MOV 70H，#

9、08H MOV XL，#80H ；XL MOV XH，#0CH ；XH MOV YeL，#00H ；YeL MOV YeH，#00H ；YeH MOV XeH，#00H ；XeH MOV XeL，#00H ；XeL MOV YL，#00H ；YL MOV YH，#00H ；YH MOV FL，#00H ；FL MOV FH，#00H ；FH MOV 1CH，#00H MOV 1DH，#00H LOOP3： MOV A，FH JNB ACC.7.LOOP1 OC+Y LCALL MOTR MOV R1，#28H ； MOV R0，#1CH MOV R7，#02H LCALL CHFZ ；2*YA

10、DD： CLR C MOV A，FL ADDC A，1CH MOV FL，A ADDC A，1DH ；F+2Y MOV FH，A MOV A，YL ADD A，#01H MOV 28H，A MOV A，YH ADDC A，#00H MOV YH，A ； ADD A，01H MOV FL，A ；F+2Y+1 ADDC A，00H AJMP LOOP2 LOOP1：09-X MOV R1，#18H ； MOV R0，1CH MOV R7，02H 2*XSUB： SUBB A，1CH SUBB A，1DH MOV FH，A ；F-2X MOV A，XL MOV XH，A ；X-1F-2X+1LOOP2： CJNE A，YEH，LOOP3A ；YH=YEH？YL=YEH？ST MOV P0，0EBH MOV A，00H