CNC装置的数据预处理解析

第四节CNC装置的数据预处理一、数控加工程序输入二、译码与诊断三、刀具补偿原理四、其他预处理2一、数控加工程序的输入1、输入的形式纸带阅读机输入键盘方式输入存储器方式输入通信方式输入其它方式输入（如磁带、语音等）3输入过程信息流纸带阅读机其它输入方式零件程序存储器MDI键盘零件程序缓冲器MDI缓冲器译码4键盘方式输入数控机床键盘可供数控机床操作者输入数控加工程序（一般为部分或简单的数控加工程序）和控制信息，并称为手动数据输入（MDI）。键盘分为全编码键盘和非编码键盘两种类型。数控机床中使用较多的非编码键盘由一组排列成矩阵方式的按键开关组成。5键盘输入功能：要求显示器同步显示键盘输入的内容。键盘输入通过中断方式来实现。中断服务程序读入键盘输入的内容。6键盘的输入处理：输入的字符转存入MDI缓冲器。输入的命令转入相应键盘命令处理程序。键盘编辑处理功能包括数控加工程序的插入、删除、替换、修改等操作。7存储器方式输入外存储器：软磁盘或硬磁盘等磁性载体内存储器：CNC装置内部的存储器数控加工程序缓冲器和数控加工程序存储器本质上都是CNC装置内部存储器的一部分。一般采用随机访问存储器(RAM)8通信方式输入通信是指计算机与计算机或计算机与外部设备之间的信息交换。通信方式可分为并行通信和串行通信。RS-232CRS-422Ethernet9零件程序缓冲器数控加工程序缓冲器的存储容量较小，一般只存放一个或几个程序段。但它是数控加工程序输入输出通道上极其重要的组成部分。在加工时，数控加工缓冲器中的程序段直接与后续的译码程序相联系，并按先入先出的顺序原则管理缓冲器。10零件程序存储器用于存放整个加工程序。一般容量较大。为了便于管理数控加工程序存储器中各个数控加工程序，在这个存储器中还建立了程序目录区，在目录区中按约定格式存放每一个数控加工程序的程序名称、存储区中存放的首末地址等信息。112、数据存放形式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1213数控加工程序存储举例：N05G90G01X203Y-17F46M03LF14二、译码－－翻译程序定义即将输入的数控加工程序翻译成CNC装置能识别的代码形式，并按约定的格式存放在指定的译码结果缓冲器中。方法解释－多数系统采用编译151、代码识别代码识别是通过软件将数控加工程序缓冲器中的内码读出，并判断该数据的属性。如果是数字码，则立即设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。16判断字母码功能时一般按查寻方式进行译码的实时性要求不高可按出现频率高低的顺序译码将文字码与数字码分开处理C语言编写可采用switch语句汇编语言可通过“比较判断与转移”等语句采取的有效措施：17182、功能码翻译建立一个与数控加工程序缓冲器相对应的译码结果缓冲器考虑缓冲器的规模约定存储格式19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。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。大大压缩译码结果存储器的规模。202122以下功能代码在一个程序段中只可能出现一次，在内存中的地址可以指定：程序段序号N几何尺寸单元X、Y、Z、I、J、K主轴功能代码S进给功能代码F刀具功能代码T23关于M代码的处理：数控系统可以约定在一个数控加工程序段中，最多允许出现三个不同组的M代码，用Mx、My、Mz表示，故只设置三个内存单元来存放同一程序段中的M指令即可。24关于G代码的处理：数控系统可以约定在一个数控加工程序段中，最多允许出现六个不同组的G代码，用Ga、Gb、Gc、Gd、Ge、Gf表示，故只设置六个内存单元来存放同一程序段中的G指令即可。252627数控加工程序的诊断所谓数控加工程序诊断是指CNC装置在程序输入或译码过程中，对不规范的指令格式进行检查、监控及处理的服务操作，其目的在于防止错码的读入。28在译码过程中，诊断程序将对数控加工程序的语法和逻辑错误进行集中检查，只允许合法的程序段进入后续处理。所谓语法错误是指程序段格式或程序字格式不规范的错误，而逻辑错误是指整个数控加工程序或一个程序段中功能代码之间互相排斥、互相矛盾的错误。29(一)语法错误现象1）程序段的第一个代码不是N代码。2）N代码后的数值超过了CNC系统规定的取值范围。3）N代码后出现负数。4）在程序中出现不认识的功能代码。5）坐标值代码后的数据超越了机床的行程范围。6）S代码所设置的主轴转速超过了CNC系统规定的取值范围。7）F代码所设置的进给速度超过了CNC系统规定的取值范围。8）T代码后的刀具号不合法。9）出现CNC系统中未定义的G代码。10）出现CNC系统中未定义的M代码。30（二）逻辑错误现象1）在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组G代码。2）在同一个数控加工程序段中先后出现两个或两个以上的同组M代码。3）在同一数控加工程序段中先后编入相互矛盾的尺寸代码。4）违反系统约定，在同一数控加工程序段中超量编入M代码。31（三）、软件实现32三、刀具补偿原理刀具补偿计算的意义刀具半径补偿计算刀具长度补偿计算33一、刀具补偿计算的意义数控机床在加工过程中，是通过控制刀具中心或刀架参考点来实现加工轨迹的。但刀具实际参与切削的部位只是刀尖或刀刃边缘，它们与中心或刀架参考点之间存在偏差。因此，需要通过数控系统计算偏差量，并将控制对象由刀具中心或刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘上，以满足加工需要。这种变换过程就称为刀具补偿。34采用刀具补偿功能，可简化数控加工程序的编写工作，主要表现如下：1）由于刀具磨损、更换等原因引起的刀具相关尺寸变化不必重新编写程序，只须修改相应的刀补参数即可。352）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补参数即可。刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。3637刀具长度补偿计算在加工过程中，当刀具的长度尺寸发生变化直接影响工件轮廓的加工时，数控系统应对这种变化实施补偿，即刀具长度补偿。设数控车床刀具的理论刀尖点为P（XP，ZP），刀尖圆弧的圆心为S点，其半径为RS，刀架参考点为F（XF，ZF）。38令RS=0，则点P相对点F的偏移量分别为XPF=XP－XFZPF=ZP－ZF由此可得刀具长度补偿的计算公式为XF=XP－XPFZF=ZP－ZPF39钻床的刀具长度补偿计算相对简单，只需考虑在X轴方向进行长度补偿即可，其计算公式为：XF=XP－XPFZF=ZP式中XPF=L140刀具半径补偿计算1、刀具半径补偿原理数控机床在连续轮廓加工过程中，数控系统所控制的运动轨迹不是零件的轮廓，而是加工刀具的中心轨迹。由于用户总是按零件的轮廓编写加工程序，因此，要加工出合格的零件，就必须使加工刀具中心在零件轮廓的法矢量方向上偏移一个刀具半径值，这种偏移就称为刀具半径补偿。4142ISO标准规定：沿编程轨迹（零件轮廓）前进方向看，当刀具中心轨迹始终在编程轨迹的左边时称为左刀补，用G41表示。反之，为右刀补，用G42表示。当不需要进行刀具半径补偿时，可用G40来撤消由G41或G42建立的刀具半径补偿。43在实际轮廓加工过程中，刀具半径补偿执行过程一般分为三个步骤：1）刀具半径补偿建立2）刀具半径补偿进行3）刀具半径补偿撤消4445刀具半径补偿在零件轮廓段的交点处需作适当的过渡处理。圆弧过渡型刀具半径补偿－B功能刀补直线过渡型刀具半径补偿－C功能刀补46基本的刀具半径补偿，根据程序段中零件轮廓尺寸、刀具半径计算出刀具中心的运动轨迹。要求编程轮廓的过渡方式为圆角过渡，即轮廓线之间以圆弧连接，并且连接处轮廓线必须相切。切削内轮廓角时，过渡圆弧的半径应大于刀具半径。对于具有B刀具半径补偿的CNC装置，编程人员必须事先估计轮廓上的尖角点（斜率不连续的点），人为在程序中加以处理，很不方便。B刀具半径补偿47C刀具半径补偿数控系统工作时，同时存储有连续三个程序段的信息：正在加工的程序段信息下一个加工程序段信息再下一个加工程序段的信息存放运算结果，作为伺服系统控制信号输出寄存区OS工作寄存区AS刀补缓冲区CS缓冲寄存区BS48N01G91G41G00X20.0Y10.0H01;N02Z-48.0;N03G01Z-10.0F200;N04Y30.0;N05X30.0;N06Y-20.0;N07X-40.0;N08G00Z58.0;N09G40X-10.0Y-20.0;N10M30;在刀补建立后的刀补进行中，如果存在有二段以上没有移动指令或存在非指定平面轴的移动指令段，则可能产生过切。XY492、刀具半径补偿类型大多数CNC系统所处理的基本轮廓线型是直线与圆弧。因此，前后两段编程轨迹的连接方式有四种：直线接直线、直线接圆弧、圆弧接直线、圆弧接圆弧。50相邻两轮廓交接点处的切线在工件实体一侧的夹角，称为拐角。拐角的变化范围为：0°≤a＜360°其中，当0°＜a＜180°时，a称为外拐角；当180°＜a＜180°时，a称为内拐角。51根据拐角类型的不同，刀具半径补偿的转接过渡方式可分为三种类型：1）当0°＜a＜90°时，为插入型。2）当90°≤a＜180°时，为伸长型。3）当180°＜a＜360°时，为缩短型。525354方向矢量和刀具半径矢量直线本身就是一个矢量，其方向由起点指向终点。圆弧轮廓的矢量有半径矢量（简称矢径）、弦长矢量之分。其中半径矢量的方向由圆弧中心指向圆弧上的动点，而弦长矢量的方向则由圆弧起点指向其终点。所谓刀具半径矢量，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。551．方向矢量所谓方向矢量是指与零件轮廓上任意动点运动方向（切线方向）一致的单位矢量，用表示。56（1）直线的方向矢量57（2）圆弧的方向矢量由于圆弧走向有顺逆之分，故圆弧的方向矢量也分顺圆和逆圆两种情况。设圆弧圆心为（X0，Y0），圆弧上动点为P（X，Y），圆弧半径为R，圆弧的方向矢量表示为。585960612．刀具半径矢量刀具半径矢量是指加工过程中始终垂直于编程轨迹，且指向刀具中心、其大小等于刀具半径值的矢量，用表示。ββ626364转接类型与拐角a的大小有直接关系，如果通过相邻两轮廓段在拐角处的方向矢量判断出sina和cosa的正负，就可以确定拐角a所属象限，进而可判断出该处的转接类型。转接类型的判别6566缩短型：当180°＜a＜360°时，有sina＜０伸长型：当90°≤a＜180°时，有sina＞０且cosa≤０插入型：当0°＜a＜90°时，有sina＞０且cosa＞０67所谓刀具半径补偿计算是指运用矢量法，求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。其计算公式不仅与相邻两轮廓的转接类型有关，而且还与刀具补偿所处的阶段有关。刀具半径补偿计算68697071727374（2）伸长型刀具半径补偿建立直线与直线按伸长型建立刀具半径补偿，其转接点有两个（XS1，YS1）、（XS2，YS2）。75767778（3）插入型刀具半径补偿建立7980刀具半径补偿撤消81刀具半径补偿进行8283由于在圆弧轮廓上一般不进行刀具半径补偿的建立与撤消，因此，只需考虑刀具半径补偿建立与进行阶段的转接点坐标计算问题。另外，对于圆弧轮廓来讲，只要使用转接点处该圆弧的切线参与刀具半径补偿的作图和计算即可，并保证相邻轮廓之间的过渡段均为直线，其它与直线情况相类似。84858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114（六）特殊情况处理特殊情况的刀具半径补偿是指当拐角α＝0°、α＝