数控机床插补原理范例(12篇)

数控机床插补原理范文篇1

[关键词]G02G03

数控机床编程分为手工编程和自动编程两种，除一些复杂模具加工采用自动编程，工件的生产通常都是采用手工编程，特别是数控车床的编程编制绝大部份都是采用手工编程。利用手工编程要求编程者对编程指令功能理解得非常清楚才不会出错。

在数控车床手工编程中，圆弧编程指令顺时针G02插补/逆时针G03插补，对于初学者而言常常因理解错误，导致所编程序的加工路线与实际加工路线相反。如图（1）所示：

第一种按A路径进行编程得到圆弧部份编程为：

G03U24W-24R15

G02X26Z-31R5

第二种按B路径进行编程得到圆弧部份编程为：

G02U24W-24R15

G03X26Z-31R5

在实际加工过程中，从操作者的角度来看给人感觉来看刀具应该是按照B路径来进行加工的，因此很多人编程采用的就是第二种编程格式，恰恰第二种编程方法是错误的。因为在他们看来，图中同一圆弧从上半部份看是逆时针方向用G03，从下半部份看圆弧是逆时针方向用G02，确实让人有点糊涂。那怎样才能又快又正确的判定出用G02还是G03呢？根据多年教学和实践经验总结出三种快速判定G02/G03命令方法：

一、通过机床坐标系来判定

首先我们从数控原理上来进行分析，普通数控车床都是两轴数控机床，即刀具只能在X轴和Z轴两个方向上运动。按照数控原理判别XZ平面内的刀具运动轨迹应从第三轴Y轴方向来观察。标准坐标系采用右手直角笛卡儿坐标，规定空间直角坐标系 X、Y、Z三者的关系及其方向由右手定则判定，X、Y、Z各轴的回转运动及其正方向+A、+B、+C分别用右手螺旋法则判定。工件固定，刀具移动时采用上面规定的法则；如果工件移动，刀具固定时，工件移动的正方向与+X、+Y、…+C相反，其正方向用带“`”的+Y`、+X`、…C`表示。如图（2）所示

观察者让Y轴的正向指向自己（即沿Y轴的负方向看去），站在这样的位置上就可正确判定X-Z平面上圆弧的顺逆时针，如图（3）所示：

刀具位于人和工件之间则Y轴正向指向上，用上面A图来判定G02和G03。工件位于人和刀具之间则Y轴正向指向下，用上面B图来判定G02和G03。

二、通过观察零件图中圆弧形状来判定

通过观看圆弧形状来判断，如果刀具从右往左加工，图（1）中圆弧形状是凸圆弧就用G03，凹圆弧就用G02。刀具如果从左往右加工圆弧形状是凸圆弧就用G02，如果是凹圆弧就用G03。

三、按照零件图上半部分的轨迹来编程

车床加工的零件都是回转体，如图（1）中所示，编程轨迹沿着对称轴上半部份轨迹运动来编程。不论刀具从左往右还是从右往左加工，圆弧方向是顺时针就用G02，逆时针就用G03。

以上三种判定圆弧编程中顺时针G02插补与逆时针G03插补的方法，编程者可以跟据自己理解灵活运用，选择圆弧插补指令，编写出正确的零件加工程序。

参考文献

数控机床插补原理范文1篇2

一、刀具轨迹设计

1.五轴刀具轨迹设计的关键点

在进行刀具轨迹设计之前，CAD三维模型的系统精度尽可能设置高一些，尤其是在不同的CAD系统之间进行模型转换时，优先采用CATIA(*.model)格式、Parasolid（*.x_t）格式进行数据转换，其次采用IGES格式进行数据转换，当使用IGES格式时，系统精度一般不应低于0.01mm，尤其在进行五轴高速切削精密零件时模型的精度、刀具插补精度对刀具轨迹的输出有着重要影响。

空间曲面轴加工涉及的内容比较多，尤其是五轴加工时更明显。进行五轴加工时涉及加工导动曲面、干涉面、轨迹限制区域、进退刀及刀轴矢量控制等关键技术。四轴五轴加工的基础是理解刀具轴的矢量变化。四轴五轴加工的关键技术之一是刀具轴的矢量（刀具轴的轴线矢量）在空间是如何发生变化的，而刀具轴的矢量变化是通过摆动工作台或主轴的摆动来实现的。对于矢量不发生变化的固定轴铣削场合，一般用三轴铣削即可加工出产品，五轴加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。刀具轴的矢量变化控制一般有几种方式：

①Line:刀具轴的矢量方向平行于空间的某条直线形成的固定角度方式；

②PatternSurface:曲面法向式为刀具轴的矢量时刻指向曲面的法线方向；

③Frompoint：点位控制刀具轴的矢量远离空间某点；Topoint：刀具轴的矢量指向空间某点；

④SwarfDriver：刀具轴的矢量沿着空间曲面（曲面具有直纹性）的直纹方向发生变化；

⑤刀具轴矢量连续插补控制。从上述刀具轴的矢量控制方式来看，五轴数控铣削加工的切削方式可以根据实际产品的加工来进行合理的刀具轨迹设计规划。

二、后处理程序开发

1.五轴机床旋转刀具中心编程RTCP(RotationToolCentrePoint)

五轴机床及其加工编程，常用RTCP功能对机床的运动精度和数控编程进行简化，下面对RTCP（RotationToolCentrePoint旋转刀具中心）编程进行简要说明。

非RTCP模式编程：为了编程五坐标的曲面加工，必须知道刀具中心与旋转主轴头中心的距离：这个距离我们称为转轴中心(pivot)。根据转轴中心和坐标转动值计算出X、Y、Z的直线补偿，以保证刀具中心处于所期望的位置。运行一个这样得出的程序必须要求机床的转轴中心长度正好等于在书写程序时所考虑的数值。任何修改都要求重新书写程序。对于FIDIAC20数控系统G96激活RTCP，G97禁止RTCP

RTCP模式编程：选件RTCP的运行原理是当存在此选项时，控制系统会保持刀具中心始终在被编程的XYZ位置上。为了保持住这个位置，转动坐标的每一个运动都会被XYZ坐标的一个直线位移所补偿。因此，对于其它传统的数控系统而言，一个或多个转动坐标的运动会引起刀具中心的位移；而对于FIDIA数控系统（当RTCP选件起作用时），是坐标旋转中心的位移，保持刀具中心始终处于同一个位置上。在这种情况下，可以直接编程刀具中心的轨迹，而不需考虑转轴中心，这个转轴中心是独立于编程的，是在执行程序前由显示终端输入的，与程序无关。通过计算机编程或通过PLP选件被记录的三坐标程序，可以通过RTCP逻辑，以五轴方式被执行。对于这种特殊的应用方法，必须要求使用球形刀具。这些转动坐标的运动，可以通过JOG方式或通过手轮来完成，所以在某些加工条件下，允许所使用的刀具，其长度值小于用于三坐标加工的刀具。

2.基于UGNX平台后处理程序的开发

后置处理最重要的是将CAM软件生成的刀位轨迹转化为适合数控系统加工的NC程序，通过读取刀位文件，根据机床运动结构及控制指令格式，进行坐标运动变换和指令格式转换。通用后置处理程序是在标准的刀位轨迹以及通用的CNC系统的运动配置及控制指令的基础上进行处理。它包含机床坐标运动变换、非线性运动误差校验、进给速度校验、数控程序格式变换及数控程序输出等方面的内容。只有采用正确的后置处理系统才能将刀位轨迹输出为相应数控系统机床能正确进行加工的数控程序，因此编制正确的后置处理系统模板是数控编程与加工的前提条件之一。后处理的主要内容包括三个方面的内容：

①数控系统控制指令的输出：主要包括机床种类及机床配置、机床的定位、插补、主轴、进给、暂停、冷却、刀具补偿、固定循环、程序头尾输出等方面的控制。

②格式转换：数据类型转换与圆整、字符串处理等：主要针对数控系统的输出格式如单位、输出地址字符等方面的控制。

③算法处理：主要针对多坐标加工时的坐标变换、跨象限处理、进给速度控制。

五轴数控机床的配置形式多样，典型配置有绕X轴和Y轴旋转的两个摆动工作台，其二为主轴绕X轴或Y轴摆动，另外的工作台则相应绕Y轴或X轴摆动来构造空间的五轴联动加工。对于主轴不摆动的五轴数控机床，其摆动轴存在主次依赖关系，即主摆动轴（PrimaryTable）的运动影响次摆动轴（SecondaryTable）的空间位置，而次摆动轴的运动则不影响主摆动轴的空间位置状态。

数控机床插补原理范文篇3

关键词：机械加工，加工工艺，加工精度

中图分类号：TH文献标识码：A文章编号：1009-914x（2014）05-01-01

在零件和部件的加工过程中，机械加工工艺是起点工艺，也是对零件和部件的加工精度作用最大的工艺。在机械加工过程中会产生一系列不利因素，它们不仅会降低零件的加工精度，也会拉低制造过程的加工水平。通过研究机械加工工艺对零件加工精度的影响，逐渐降低不良影响，为提高零件的加工精度和机械加工水平提供有益的思路。

一、我国机械加工的现状

机械加工的最终加工质量受到很多因素的限制，这些因素都直接或间接地给人们带来了生产和生活上的不便。而最终加工质量的衡量标准中最重要的就是加工精度，所以说分析和改进机械加工过程中影响加工精度的因素有助于提高加工质量、改善经济效益。要真正提高机械加工的加工精度，就要大力提高加工工艺，而认清我国机械加工的现状是分析研究的第一步。随着近些年的不断发展，我国目前存在着多种不同的机械加工工艺：一是传统的切削与磨削的技术继续存在并不断发展，二是引入计算机等高科技的数控、柔性制造系统等自动化的加工工艺得到广泛的应用和完善。不同的加工工艺对加工精度的影响都不同，合理利用多种加工工艺以改善加工质量值得我们去探究。

二、传统的机械加工工艺对零件加工精度的影响

在传统的切削和磨削等机械加工工艺中，机械加工的精度在很大程度上受到加工的设施设备的制约。比如这些设施设备自身存在的精度问题就是影响加工精度的最大内因，而加工过程中这些设施设备产生的精度问题则是影响加工精度的外在因素。[1]

1、内在因素

机械加工过程中设施设备的精度问题产生于几个方面：一是机械加工的设施设备自身在制造过程中存在制造问题，例如在进行切削加工的过程中，由于机床受到制造水平的影响，存在主轴回转误差等问题，进而造成加工零件的精度问题。再比如由于制造工艺中导致的导轨误差。机床和机件的移动和位置等动作都受导轨控制，导轨的误差会造成加工工艺的问题。导轨的误差主要包括直线度误差、扭曲度误差和相互位置误差。在加工过程中要从结构、材料和保护措施等方面尽量减少导轨误差。二是机械加工设备的安装操作不标准、不规范导致的精度问题，三是不合理的使用导致的机械加工设备的精度问题。举例来说，制造工艺会使机床在出厂时就存在精度问题，刀具安装时的操作不精细不准确也会导致其精度问题，夹具在使用过程中的磨损和消耗等一系列因素，都会改变这些设施设备的精度，从而在加工过程中影响零件的加工精度。针对这个内在因素，在实际操作中，要尽量降低用于机械加工的设施设备本身的缺陷带来的精度问题，由于机械设备在从生产到投入生产的过程中都会存在影响其精度的因素，所以可以通过补偿技术来控制误差和错误。各种机床的精度各不相同，要具体问题具体分析，根据机床的精度不同选择相应的补偿措施。比如说在数控机床中，通过专业的校正软件来输入补偿数据，从而降低机床的误差。如果是一般机床的磨损问题，可以进行手动的误差补偿来校正。

2、影响加工精度的外在因素包括受热变形和受力变形两个方面。

受力变形：加工所用的设施设备在长期的使用过程中，机床和其他设施设备都会存在不同程度的变形，使得原本的工件各项工作参数发生改变，进而影响到加工精度。此外，热处理和切削等加工产生的残余应力也会造成设施设备的整体或局部的变形。要解决这个问题，机械加工操作人员要从两个方面着手：一是加强机械加工设施设备的刚度水平，二是减少这些设施设备的负荷。而为了确保加工的效率和质量，加工的过程最主要的就是注意提升机械设备的刚度。这一目的可以通过优化设计结构、规范加工过程等手段来完成。

受热变形：机械加工过程会产生大量的热量对加工过程的精度产生影响。这些热量会对机械加工的各个环节产生影响，造成变形进而导致加工误差。综合来看，受热变形对零件加工精度的影响主要体现在三个部分的热变形对精度的影响。一是工件热变形对加工精度的影响。对加工的精度等要求高的零件来说，工件热变形对加工精度的影响相当大。比如丝杠在磨削加工中由于温度升高会造成长度误差远远超过允许范围。还比如在进行加工时工件由于切削热导致的拱起、凸起和凹陷等问题。要降低工件热变形的影响，可以通过使用切削液、误差补偿、减少切削量等措施来实现。二是刀具热变形对加工精度的影响。大量和长时间的切削工作会造成刀具热变形，连续的切削会给刀具带来持续的热变形过程。要降低刀具热变形的影响，可以通过合理使用刀具、适量选择切削量、使用冷却和等措施来实现。三是机床热变形对加工精度的影响。机床作为机械加工过程中的主要工具会受到多种热源的影响，造成温度的变化。由于各部分受热程度不同，加上机床构造复杂，导致机床各部件温度变化不一样、同一部件的不同位置受热情况也不相同，进而影响机床部件的位置变化，损害了机床的几何精度，进而导致加工精度的误差。[2]

三、数控工艺对零件加工精度的影响

方兴未艾的数控加工工艺相比传统的机械加工工艺来说，加工精度方面有了巨大的改进，生产效率也空前提高，是机械加工工艺的革命性进步。数控加工工艺对零件加工精度的影响表现在以下几个方面：

1、编程原点的确定和编程数据的处理。数控加工的基础就是编程，而在数控加工中编程的基础则是编程原点的选择。根据所需加工的零件确定坐标系参数要尽量做到编程与设计和工艺的统一，减少因编程带来的数学方面的尺寸、面积等单位或公差的换算，从而减少误差。只有从编程开始控制数控加工的精度，才能保证加工零件的精度。而在编程过程中，有许多能直接影响加工精度的数据，在处理这些数据时要格外注意，特别是对于编程节点的计算和尺寸公差的换算等，一定要小心谨慎，防止因数据处理不当带来精度上的问题。

2、插补方式的选择。插补方式的选择有脉冲增量法、数据采样法、两级插补法等，每一种插补方式都会产生误差造成机床的位移，从而影响加工精度。在选择插补方式时，要根据具体的加工条件、加工过程和加工零件选择插补方式，也可以综合运用软、硬件条件配合插补，尽量减小插补运算的误差值，降低各种插补方式造成的机床的参数误差，从而减少影响加工精度的因素。

3、气温及受热变形对加工精度的影响。同传统的加工工艺一样，数控加工的精度也受到温度特别是受热影响。气温或者机床局部温度的变化会导致机床的变形，从而影响加工精度。同样地，由于加工过程中切削和摩擦等产生的热量，使得机床各部分的温度分布不均匀，进而导致变形，改变了工件的位置，降低了工件运行的准确性。所以要选择各部分系统刚度和稳定性高的数控机床，再通过计算机实现各种误差的自动补偿，然后在加工过程中及时调整工件和刀具的运行参数，保证最终加工精度。[3]

四、结语

社会经济的不断发展，促使各种新技术和新设备被高速开发和利用起来，也对机械加工工艺提出越来越高的目标。在现有的基础上，机械加工工艺水平还能得到大幅度提高，加工精度也能得以有效控制和提升。在实际生产过程中，通过多方面的思考和积极探索，合理控制加工过程中出现的受力受热等情况，减少机械加工设备在加工过程中的变形等问题，能够有效降低由机械设备所引起的精度问题，对于提高机械加工的技术水平有积极的意义。

参考文献：

[1]连晋毅，史清录.可修复机械系统的模糊可靠性分析[J].农业机械学报.2011（06）

数控机床插补原理范文篇4

关键词：数控机床；几何误差；误差补偿

前言

提高机床精度有两种方法。一种是通过提高零件设计、制造和装配的水平来消除可能的误差源，称为误差防止法(errorprevention)。该方法一方面主要受到加工母机精度的制约，另一方面零件质量的提高导致加工成本膨胀，致使该方法的使用受到一定限制。另一种叫误差补偿法(errorcompensation)，通常通过修改机床的加工指令，对机床进行误差补偿，达到理想的运动轨迹，实现机床精度的软升级。研究表明，几何误差和由温度引起的误差约占机床总体误差的70%，其中几何误差相对稳定，易于进行误差补偿。对数控机床几何误差的补偿，可以提高整个机械工业的加工水平，对促进科学技术进步，提高我国国防能力，继而极大增强我国的综合国力都具有重大意义。

1几何误差产生的原因

普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起：

1.1机床的原始制造误差

是指由组成机床各部件工作表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所引起的机床运动误差，是数控机床几何误差产生的主要原因。

1.2机床的控制系统误差

包括机床轴系的伺服误差（轮廓跟随误差），数控插补算法误差。

1.3热变形误差

由于机床的内部热源和环境热扰动导致机床的结构热变形而产生的误差。

1.4切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差

包括机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差。这种误差又称为“让刀”，它造成加工零件的形状畸变，尤其当加工薄壁工件或使用细长刀具时，这一误差更为严重。

1.5机床的振动误差

在切削加工时，数控机床由于工艺的柔性和工序的多变，其运行状态有更大的可能性落入不稳定区域，从而激起强烈的颤振。导致加工工件的表面质量恶化和几何形状误差。

1.6检测系统的测试误差

包括以下几个方面：

（1）由于测量传感器的制造误差及其在机床上的安装误差引起的测量传感器反馈系统本身的误差；

（2）由于机床零件和机构误差以及在使用中的变形导致测量传感器出现的误差。

1.7外界干扰误差

由于环境和运行工况的变化所引起的随机误差。

1.8其它误差

如编程和操作错误带来的误差。

上面的误差可按照误差的特点和性质，归为两大类：即系统误差和随机误差。

数控机床的系统误差是机床本身固有的误差，具有可重复性。数控机床的几何误差是其主要组成部分，也具有可重复性。利用该特性，可对其进行“离线测量”，可采用“离线检测——开环补偿”的技术来加以修正和补偿，使其减小，达到机床精度强化的目的。

随机误差具有随机性，必须采用“在线检测——闭环补偿”的方法来消除随机误差对机床加工精度的影响，该方法对测量仪器、测量环境要求严格，难于推广。

2几何误差补偿技术

针对误差的不同类型，实施误差补偿可分为两大类。随机误差补偿要求“在线测量”，把误差检测装置直接安装在机床上，在机床工作的同时，实时地测出相应位置的误差值，用此误差值实时的对加工指令进行修正。随机误差补偿对机床的误差性质没有要求，能够同时对机床的随机误差和系统误差进行补偿。但需要一整套完整的高精度测量装置和其它相关的设备，成本太高，经济效益不好。文献[4]进行了温度的在线测量和补偿，未能达到实际应用。系统误差补偿是用相应的仪器预先对机床进行检测，即通过“离线测量”得到机床工作空间指令位置的误差值，把它们作为机床坐标的函数。机床工作时，根据加工点的坐标，调出相应的误差值以进行修正。要求机床的稳定性要好，保证机床误差的确定性，以便于修正，经补偿后的机床精度取决于机床的重复性和环境条件变化。数控机床在正常情况下，重复精度远高于其空间综合误差，故系统误差的补偿可有效的提高机床的精度，甚至可以提高机床的精度等级。迄今为止，国内外对系统误差的补偿方法有很多，可分为以下几种方法：

2.1单项误差合成补偿法

这种补偿方法是以误差合成公式为理论依据，首先通过直接测量法测得机床的各项单项原始误差值，由误差合成公式计算补偿点的误差分量，从而实现对机床的误差补偿。对三坐标测量机进行位置误差测量的当属Leete,运用三角几何关系,推导出了机床各坐标轴误差的表示方法,没有考虑转角的影响。较早进行误差补偿的应是Hocken教授，针对型号Moore5-Z(1)的三坐标测量机，在16小时内，测量了工作空间内大量的点的误差，在此过程中考虑了温度的影响，并用最小二乘法对误差模型参数进行了辨识。由于机床运动的位置信号直接从激光干涉仪获得，考虑了角度和直线度误差的影响，获得比较满意的结果。1985年G.Zhang成功的对三坐标测量机进行了误差补偿。测量了工作台平面度误差，除在工作台边缘数值稍大，其它不超过1μm，验证了刚体假设的可靠性。使用激光干涉仪和水平仪测量得的21项误差，通过线性坐标变换进行误差合成，并实施了误差补偿。X-Y平面上测量试验表明，补偿前,在所有测量点中误差值大于20μm的点占20％，在补偿后，不超过20％的点的误差大于2μm，证明精度提高了近10倍。

除了坐标测量机的误差补偿以外，数控机床误差补偿的研究也取得了一定的成果。在1977年Schultschik教授运用矢量图的方法，分析了机床各部件误差及其对几何精度的影响，奠定了机床几何误差进一步研究的基础。Ferreira和其合作者也对该方法进行了研究，得出了机床几何误差的通用模型,对单项误差合成补偿法作出了贡献。J.Nietal更进一步将该方法运用于在线的误差补偿,获得了比较理想的结果。Chenetal建立了32项误差模型，其中多余的11项是有关温度和机床原点误差参数，对卧式加工中心的补偿试验表明，精度提高10倍。Eung-SukLeaetal几乎使用了同G.Zhang一样的测量方法，对三坐标Bridgeport铣床21项误差进行了测量，运用误差合成法得出了误差模型，补偿后的结果分别用激光干涉仪和Renishaw的DBB系统进行了检验，证明机床精度得以提升。

2.2误差直接补偿法

这种方法要求精确地测出机床空间矢量误差，补偿精度要求越高，测量精度和测量的点数就要求越多，但要详尽地知道测量空间任意点的误差是不可能的，利用插值的方法求得补偿点的误差分量，进行误差修正，该种方法要求建立和补偿时一致的绝对测量坐标系。

1981年,Dufour和Groppetti在不同的载荷和温度条件下，对机床工作空间点的误差进行了测量,构成误差矢量矩阵,获得机床误差信息。将该误差矩阵存入计算机进行误差补偿。类似的研究主要有A.C.Okaforetal，通过测量机床工作空间内，标准参考件上多个点的相对误差，以第一个为基准点，然后换算成绝对坐标误差，通过插值的方法进行误差补偿，结果表明精度提高了2～4倍。Hooman则运用三维线性（LVTDS）测量装置,得到机床空间27个点的误差（分辨率0.25μm，重复精度1μm），进行了类似的工作。进一步考虑到温度的影响，每间隔1.2小时测量一次，共测量8次，对误差补偿结果进行了有关温度系数的修。这种方法的不足之处是测量工作量大，存储数据多。目前，还没有完全合适的仪器，也限制了该方法的进一步运用和发展。

2.3相对误差分解、合成补偿法

大多数误差测量方法只是得到了相对的综合误差，据此可以从中分解得到机床的单项误差。进一步利用误差合成的办法，对机床误差补偿是可行的。目前，国内外对这方面的研究也取得一定进展。

2000年美国Michigan大学JunNi教授指导的博士生ChenGuiquan做了这样的尝试，运用球杆仪(TBB)对三轴数控机床不同温度下的几何误差进行了测量，建立了快速的温度预报和误差补偿模型，进行了误差补偿。Christopher运用激光球杆仪（LBB），在30分钟内获得了机床的误差信息，建立了误差模型,在9个月的时间间隔内,对误差补偿结果进行了5次评价,结果表明，通过软件误差补偿的方法可

以提高机床的精度，并可保持精度在较长时间内不变。

误差合成法，要求测出机床各轴的各项原始误差，比较成熟的测量方法是激光干涉仪，测量精度高。用双频激光干涉仪进行误差测量，需时间长，对操作人员调试水平要求高。更主要的是对误差测量环境要求高，常用于三坐标测量机的检测，不适宜生产现场操作。相对误差分解、合成补偿法，测量方法相对简单，一次测量可获得整个圆周的数据信息，同时可以满足机床精度的检测和机床评价。目前也有不少的误差分解的方法，由于机床情况各异，难以找到合适的通用数学模型进行误差分解，并且对测量结果影响相同的原始误差项不能进行分解，也难以推广应用。误差的直接补偿法，一般以标准件为对照获得空间矢量误差，进行直接补偿，少了中间环节，更接近机床的实用情况。但获得大量的信息量需要不同的标准件，难以实现，这样补偿精度就受到限制。

在国内，许多研究机构与高校近几年也进行了机床误差补偿方面的研究。1986北京机床研究所开展了机床热误差的补偿研究和坐标测量机的补偿研究。1997年天津大学的李书和等进行了机床误差补偿的建模和热误差补偿的研究。1998年天津大学的刘又午等采用多体系统建立了机床的误差模型，给出了几何误差的22线、14线、9线激光干涉仪测量方法，1999年他们还对数控机床的误差补偿进行了全面的研究，取得了可喜的成果。1998年上海交通大学的杨建国进行了车床热误差补偿的研究。1996到2000年在国家自然科学基金和国家863计划项目的支持下，华中科技大学开展了对数控机床几何误差补偿以及基于切削力在线辩识的智能自适应控制的研究,取得了一些成果。

综上所述：进行数控机床的误差补偿，误差测量是关键，误差模型是基础。通过误差的补偿，可以有效的提高机床的精度，为提升我国制造业水平作贡献。

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数控机床插补原理范文

笔者学校现有一批南京数控设备有限公司生产的21DM液晶显示铣床，根据教学需要和安排，数控铣床手工编程操作教学将在此类数控系统的基础上进行。笔者在长期的教学生产过程中，发现、归纳并解决了手工编程的一些难点，对计算机生成的程序进行了有效改进，提高了加工效率，优化了加工工艺。

一、常见问题分析

理想的数控程序不仅能加工出符合零件图样要求的合格零件，还可使数控机床的功能得到合理应用与充分发挥。数控编程是指从零件图样到获得数控加工程序的全部工作过程，包括分析图样和制定工艺方案、数学处理、编写程序、程序校验、程序修改等步骤。

将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。在正式加工之前，一般要对程序进行检验。通常采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序；在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查；对于形状复杂和加工要求高的零件，也可先用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切，以检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。

在华中21DM液晶显示铣床的操作手册和编程手册中，对于编程的指令有全面的介绍，但对于程序编写过程中的具体注意事项和经验等却很少提及，其他资料也比较

有限。

二、改进方法与步骤

1.编程方式（G91，G90）的切换

在编程中有绝对值编程（G91）与增量值编程（G90）两种方式,这两种方式下所连接的编程坐标系是不同的。在使用G90和G91两种方式进行混合编程时，编程者经常会由于粗心大意，忘记切换编程方式，或者虽切换了方式，后续的编程坐标值却没改，导致编程坐标出错，机床不能执行程序，严重时甚至会引发撞机事故（见表1）。

2.直线插补（G01）与圆弧插补（G02，G03）的切换

绝大部分工件的轮廓线是由直线与圆弧构成的，有直线与直线、直线与圆弧、圆弧与圆弧三种连接。对于复杂轮廓，编程者在编程中经常忘记切换直线插补（G01）与圆弧插补（G02，G03），导致编程格式混淆出错，程序不能执行。

3.刀具半径补偿（G41，G42，G40）使用错误

编程者编写一个用铣刀加工工件轮廓的程序时，首先要根据工件的外形尺寸和刀具的半径计算坐标值来明确刀具中心所走的路线。可以忽略刀具半径，而根据工件尺寸进行编程，然后在半径补偿寄存器里设置半径补偿值。无论是更换铣刀还是进行粗精加工，只需更改刀具半径补偿值，就可以控制工件外形尺寸的大小了，基本上不用修改程序。

在刀具半径补偿建立（G41，G42）和取消（G40）中，常见的错误操作有5种。

（1）建立或取消半径补偿的区域错误，导致过切。在编程中应正确建立或取消补偿的区域，图1中阴影部分代表正确区域。

特别需要注意三点：整个刀具轮廓应在阴影部分内；切入建立刀补与切出取消刀补原理一致，避免过切；某些特定轮廓不在此范畴。

（2）建立和取消半径补偿的直线距离不够。建立和取消半径补偿的格式是G41（G42，G40）G01X__Y__，如果刀具直线插补G01X__Y__走过的实际距离小于刀具半径，则不能有效建立和取消半径补偿。

（3）没有取消刀补，多次补偿，导致加工轨迹偏移。这种情况在使用跳转加工或用子程序进行循环加工时经常出现。如果在循环中建立刀补后没有使用G40有效取消，那么循环几次就补偿几次，使刀具偏离正确轨迹，加工轨迹偏移（见表2）。

（4）切入切出设计路线不合理。考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑。应避免刀具在工件轮廓面上垂直上、下移动而划伤工件表面，应尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。在数控加工中，经常会用到倾斜线或圆弧切入切出，应减少刀具在工件轮廓某位置的停顿时间，避免出现表面缺陷。虽然大部分操作者都做到了在程序中加入切入和切出的程序段，但路线设计不合理，或者程序根本不能执行（见表3、表4）。

数控机床插补原理范文篇6

关键词：机插育秧；机械插秧；大田管理

中图分类号：S233.71文献标识码：ADOI编号：10.14025/ki.jlny.2015.05.008

1机插水稻育秧技术

机插水稻育秧技术是水稻机械化栽培的核心技术，它是使用专用软盘在湿润大田采取高密度播种并实行精细化管理的一种新型育秧方式，培育的秧苗分布均匀，根系盘结，呈板状秧块，适于机械插秧。

1.1秧田准备

选择背风向阳、排灌方便、地势平坦、邻近大田的湿润地作秧田，秧田与大田比为1∶80～100，一亩大田需秧田7～10平方米。播种前几天将秧田翻耕，亩施48%复合肥30公斤，然后整理成秧床，秧床宽1.5米左右，秧床与秧床之间留宽20～30厘米、深20厘米的排水沟。

1.2平铺软盘

选择专用平底带孔软盘（58×28厘米），每亩大田备25块左右，在秧床床面无积水后，按横排2行依次平铺，盘与盘的飞边重叠排放，盘底与床面紧密贴合。铺好后，将经过严格挑选的无杂草、无砂砾、无污染、无残茬、肥沃、不干不湿（手捍成团，松手即散）的塘泥平铺于秧盘内，厚度为2.2厘米。

1.3科学播种

一是增加播种量，杂交早稻亩播2.5公斤，常规早稻亩播4公斤，杂交晚稻亩播1.8公斤；二是合理确定播种期，考虑到播种密、秧龄弹性小等因素，早稻秧龄按15～20天，晚稻秧龄按20～25天推算播种期；三是匀播密播，在种子催出标准芽子后，采取分厢过秤、多次撒播的办法，确保播种均匀。播种后，实行薄膜低拱架覆盖保温育秧。

1.4精细管理

育早稻秧的，主要做好覆膜保温、揭膜炼苗、肥水管理及病虫防治，与旱育小苗、软盘抛秧大同小异，值得注意的是沟内水深保持与秧床厢面持平，揭膜后灌一次跑马水，随后厢面保持干干湿湿，高温天气每天喷水2次，插秧前土壤湿度以能从秧盘取出秧块为宜。育晚稻秧的，除常规管理外，必须使用专用浸种灵浸种控长。

2水稻机械插秧技术

水稻机械插秧技术是水稻机械化栽培的主体，关键是选用性能稳定、技术成熟、质量可靠的机动插秧机，目前普遍使用的是久保田牌手扶式高性能插秧机，具有适应性广、便于操作、价格较低的特点。在正常熟练操作的情况下，每小时可插2亩左右。机械插秧的主要优点：一是固定宽行距（30厘米），做到宽行窄株，利于通风透光；二是通过合理调节株距和每穴苗数来增加每亩基本苗总数；三是实行早插和浅插，有利于缩短返青期，提早分蘖和增加低节位分蘖，促进大穗。为搞好机械插秧，在栽培管理上注意三点。

2.1适期插秧

秧苗3叶期开始插秧，4叶1心前插完，苗高控制为18～20厘米。

2.2平整大田

要求田面平整，全田高度差不大于3厘米，表土软硬适中，田面无杂草、杂物、砂砾，以免卡机，插秧前1～2天施入基肥，插秧时田间只保持盖泥水。

2.3保证基本苗

早稻株行距为13.3×30厘米，杂交稻每穴3根苗，常规稻每株5根苗；晚稻株行距为20×30厘米，每穴2根苗。插后如有漏蔸缺蔸现象，应活苗稳蔸后及时补蔸。

3机插水稻大田栽培管理技术

机插秧由于实行宽行窄株浅插，加之通风透光性好，其分蘖具有爆发性，够苗期提前，为预防因苗数偏多导致成穗率低、穗型少，在管理上须注意适当少追苗肥多追穗肥，少追氮肥多追磷钾肥，够苗时及时晒田控苗，注意提早控制高峰苗。其他田间管理措施与常规栽培基本一致。

3.1科学肥水管理

水浆管理。栽后浅水勤灌，每次在自然落干后再灌水，当田间水稻总苗数达到够苗数的80%时开始搁田，搁田掌握苗到不等时、时到不等苗的原则。进行多次轻搁，切忌重搁，一般2～3次，搁田结束后及时复水，建立浅水层，到收获前7天停止灌水。

合理施肥。根据机插稻的生长特点，在肥料运筹上，常规品种宜采用“前促、中稳、后补”施肥策略，杂交品种宜采用“前促、中补、后控”的施肥策略，并注重N、P、K养分的平衡施用。水稻机插后3～5天，每亩用尿素5～7.5公斤作发稞肥，栽后20天视苗情每亩施尿素7.5公斤作接力肥。在水稻4叶期追施促花肥，每亩施尿素7.5公斤、45%复合肥5～7.5公斤。在抽穗前l8～20天至2叶期追施保花肥，每亩施尿素5～7.5公斤。

3.2综合防治病虫草害

及时化除。由于机插稻秧苗小，缓苗期长，大田空间大，其生长前期又以浅水层为主，其光、温，水气等条件有利于杂草滋生。一般在栽插后3～5天，秧苗直立活稞后，用常青l号、苄丁等除草剂拌细土均匀撒施，保持水层3～5天，以提高除草效果。

数控机床插补原理范文篇7

关键词：数控机床；伺服电动机；半闭环伺服系统

1.伺服电动机

伺服电动机的特性可以分为两个区域：连续工作区和断续工作区。两区的交界线为连续工作时输出转矩的上限，在连续工作区中，额定转矩随转速的升高而略有下降，但变化不大，基本上是恒转矩输出。断续工作区的上限是这种电机的最大输出转矩，用于执行部件的快移。这时工作时间很短，而且最大转矩仅发生于启动的瞬间。用以克服惯性。电动机虽发热较多，但工作时间短，故仍能保证温度不致过高。

中、小型数控机床的进给伺服电动机根据下述三个指标选择。

（1）最大切削负载转矩不得超过电动机的额定转矩。折算电动机轴的最大切削负载转矩T为：

式中Fmax为丝杠上的最大轴向载荷，等于进给力加摩擦力；Ph为丝杠导程；η为滚珠丝杠的机械效率；TP0为因滚珠丝杠螺母预加载荷引起的附加摩擦力矩；TF0滚珠丝杠轴承的摩擦力矩；U伺服电机至丝杠的传动比。

（2）电动机的转子惯量JM应与负载惯量JL相匹配。通常，JM应不小于JL。但也不是越大越好。因JM越大，总惯量J也就越大。为了保证足够的角加速度使系统反应灵敏，将不得不采用过大的伺服电动机和伺服控制系统。重型机床的负载惯量JL很大，如果伺服电动机与丝杠直联，以上条件很难满足。常用的办法是电动机通过降速后传动丝杠。

负载惯量JL按动能守恒定理折算：

JK为各旋转件的转动惯量；wk为各旋转件的角速度；mi为各直线运动件的质量；vj各直线运动件的速度；

w为伺服电动机的角速度；

（3）快移时，转矩不得超过伺服电动机最大转矩。当执行部件从静止以阶跃指令加速到最大移动（快移）速度时，所需的转矩最大。所需转矩Ta为：

式中：nmax为电动机在执行部件快移时的转速；tac为加速时间；在阶跃指令下，电动机转速按指数曲线上升。经过电动机的机械时间常数tm，电动机的转速可达到要求转速的63.2%；经过2tm，达86.5%；经过3tm达95%；经过4tm达98.2%。因此，通常认为加速时间tac为电动机机械时间常数tm的3～4倍。伺服电动机的功率是区分电动机大小的公称值，并不按此选择。这是与主电机不同。

2.伺服系统

数控机床多坐标联动加工直线和曲线时，是把曲线分成许多小段，一段一段地加工的。每个小段的长短取决于曲线的形状、进给速度和插补时间。在一段插补时间内，计算机完成一次插补运算，给出各坐标下一段运动的数字量。显然，插补时间应等于或小于完成一小段加工所用的时间。插补时间与计算机的时钟频率与字长有关，通常在2～20ms范围内。计算机的时钟频率越高，插补时间就越短，曲线上被分割的小段就越短，精度也越高。

计算机输出的各坐标运动的数字量-位置指令被送到各坐标的伺服系统，控制伺服电动机的转动，再经过机械传动机构拖动执行部件。

半闭环直流伺服系统的工作见图2.1。数控系统送来的位置指令值Do与反馈系统检测出的实际位置值Da在位置偏差检测器1中比较。其差值为，通过位置控制放大器2放大后成为速度指令值So。Do、Da、ΔD、So都是数字量。So经数/模（D/A）转换器3转换为与So值成正比的模拟量――速度指令电压Uc。这个电压在速度偏差检测器4内与速度反馈电压Ug相比较，其差值为速度偏差电压Ua。Ua经速度控制放大器5放大为速度电压UM，加到直流伺服电动机6上，使电动机获得一定的角速度θm，经机械传动转化为执行部件9的速度移动V，交流伺服系统的工作原理与图2.1相似，只是5为逆变器。Ua控制逆变器5的输出频率为fM，使交流伺服电动机获得一定的角速度θm。

与伺服电动机同步转动的编码器7发出反馈信号，即实际位置检测值Da，输往位置偏差检测器1。反馈信号又经频率-电压转换器8转换为角速度的模拟电压Ug，输往速度偏差检测器4。

伺服系统是一个自动调节系统。如果执行部件的实际位置未到达程序规定的位置，则位置误差ΔD将使执行部件得到一定的速度。ΔD越大，则速度越高。这就使执行部件总是跟随着程序规定的轨迹运动。系统的放大倍数越大，则为得到一定的速度，ΔD可以越小，即精度越高。但是，ΔD不能消除，因为闭环自动控制系统是靠误差控制的。系统的放大倍数也不是越高越好。因放大倍数越大，系统的灵敏度也越高。由于惯性的存在，执行部件的实际位置有可能超过规定位置，使ΔD成为负值，影响系统的稳定性，产生振荡。

图中，各个K是各环节的传递函数。通常，各环节的固有频率远高于工作频率，故可近似地按静态问题处理。各个环节的K可看作是定值，成为增益。

图中右边虚线围起来的部分成为速度环，设其增益为K2。K1与D/A转换可合为一个环节，设其增益为K3；根据控制工程基础，速度换的闭环增益为：

式中：Ka为速度控制放大器增益；KM为伺服电动机增益。经归并后，共有三个环节：位置控制放大环节（包括D/A转换），增益为K3；速度环，增益为K2；位置反馈环节，增益为Kp。此外，还有一个积分环节，把电机的角速度θ转化为角位移θw。伺服系统的开环增益或简称系统增益Ka。

Ka=KpK3K2

输入量是角位移θw，输出量是电动机的角速度θ。在没有位置指令输入的条件下，角位移就是转角误差。系统增益的意义是，单位转角误差，能使电动机获得多大的角速度。显然，Ka越大，则一定的角位移能使电动机获得较大的角速度，即系统的灵敏度超高。Ka是伺服系统最主要的性能参数。

Ka不是越大越好。系统增益太大，灵敏度太高，稳定性就可能不够。Ka的倒数是系统的时间常数ta：

速度环的开环增益常取为2～4倍的Ka；Ka可根据加速度进行验算。

结论

本文介绍了伺服电机的种类及特点，并提出了机床选择伺服电机的指标方法；通过对伺服系统的分析得到了直流伺服系统的控制原理图和控制框图，对伺服系统的研究有着积极的意义。

参考文献

数控机床插补原理范文

1非线性加工误差

数控加工用微小线段逼近编程曲线，因此实际加工中刀轨总是有一定的偏差[5]，根据引起的原因不同，分为线性误差与非线性误差。线性误差实质是数控加工用微小直线段来逼近编程曲线产生的偏差，与被加工表面的曲率及程序段长度等有直接关系。在有转动轴的数控系统通过分段非直线运动逼近加工曲面，照此进行插补运动时所需理想运动包络出来一段波纹起伏的曲面与光滑的编程曲面之间的偏差称为非线性误差[6]。其中，在与走刀方向垂直的平面内的非线性误差是由于旋转轴运动坐标（角度）与刀轴矢量之间的非线性关系使刀轴矢量在插补时偏离了编程曲面造成的，如图1所示，q为编程刀轴矢量，q'为插补刀轴矢量，θ为两者之间的偏差角。与线性误差的根本区别是非线性误差产生在插补程序段内，而不是在整条刀轨上。

2旋转轴插补运动引起的非线性误差分析

2.1A、C五轴机床运动学模型

五坐标加工时，CAM编程软件生成的刀位数据包括刀位矢量p和刀轴矢量q。其中，刀位矢量表示刀具刀尖点的位置，刀轴矢量表示当前刀具的空间姿态。

2.2旋转轴角度线性插补及非线性误差分析

在编程后处理阶段，CAM根据刀位数据按照式（2）计算进给轴的运动坐标，并生成加工程序。数控系统根据加工程序，在相邻刀位点之间进行插补计算，由伺服驱动器根据插补值驱动旋转轴电机控制刀具在刀位点之间运动时的空间姿态。线性插补通过控制旋转角度的线性变化完成旋转轴的插补运动，因此旋转轴转速变化平滑。但是由于旋转轴角度与刀轴矢量之间的非线性关系，在线性插补运动过程中，刀轴矢量不是线性变化的，即插补过程中的刀轴矢量不在由相邻刀位点的始点刀轴矢量和终点刀轴矢量确定的矢量平面内，该平面是通过将终点刀轴矢量进行平移，保证终点刀轴矢量与始点刀轴矢量的起点重合时两者形成的平面。因此，线性插补时，刀轴矢量会偏离加工表面产生非线性误差。如图3所示是加工型腔内表面时刀轴矢量的变化示意图，由于内表面为斜平面，此时矢量平面即为该斜面，图中虚线为线性插补运动过程中刀轴矢量与零件上表面的交线。

2.3平面矢量插补及非线性误差分析

平面矢量插补算法是旋转轴在相邻刀位点之间插补时，保证刀轴矢量按线性变化，即始终在程序段始点刀轴矢量和终点刀轴矢量所确定的矢量平面（该平面定义同上）内。矢量插补原理如图4所示，矢量插补由于保证插补过程中刀轴矢量不会偏离编程平面，完全修正了旋转轴角度线性插补产生的非线性误差。但是由公式（2）可知，当刀轴矢量均匀变化时，旋转轴角度按非线性变化，容易产生冲击，且刀轴矢量在奇异点（0,0,1）附近（如j0，c∞）的微小变化，可导致旋转轴角度和转速发生急剧变化、产生跨象限等问题，引起机床剧烈震动，导致伺服报警，甚至破坏机床运动机构。矢量插补控制策略如图5所示。以表1中的加工程序段为例，使用MATLAB分别对线性插补和矢量插补过程进行仿真，重点分析旋转轴插补运动过程中刀具姿态误差、旋转轴角位移和角速度的变化情况，仿真结果对比如图6~11所示。由图6、7可知，矢量插补很好地修正了线性插补引起的非线性加工误差，能够有效解决五轴加工曲面过程产生圆弧型过切或欠切现象，但是旋转轴角位移（见图8、9）和转速（见图10、11）的仿真结果表明，矢量插补时旋转轴角位移变化显著，转速波动明显，为严重非线性变化，影响零件表面加工质量，尤其是在奇异点附近转速急剧变化甚至突变，易引起机床剧烈振动，导致伺服驱动或系统报警，甚至破坏机床运动机构。

3结论

数控机床插补原理范文1篇9

栗江

（广州南洋理工职业学院，广东广州510925）

【摘要】数控机床与原理是高职数控技术应用专业核心的专业必修课，该课程的目标是在理论实践并重的课程标准规范下，训练学生掌握数控机床组成、工作原理等知识。本文从课程标准、教学内容取舍、教学过程设计和实训内容设计等方面进行了研究和实践，并取得了初步效果。

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关键词数控机床；课程标准；教学过程设计；立体交互分层

0引言

数控机床与原理是我院数控技术应用专业开设的一门专业必修课，旨在培养学生掌握数控机床组成、工作原理方面的内容，使其初步认知数控机床各功能部件组成和工作原理，特别是通用型数控车床、数控铣床的组成和工作原理，具备独立操控数控机床的能力，能够编制简单的数控程序并加工出工件。为了贯彻学院提升教学质量的五年计划，从制定课程标准入手，合理运用教材，结合学院实训条件取舍教学内容，设计适合高职学生的教学过程，配合立体分层的实训，确保学有所得。

1制定理论实践并重的课程标准

《数控机床与原理》属于理论实践一体化课程，必修考试课，学时为60课时，其中理论40课时，实践20学时。

采用项目式教学方法设计课程授课内容，以工作任务模块为中心构建的该课程。以数控机床应用行业需求引领课程项目工作任务，以课程项目工作任务选择课程技能模块，以课程技能模块确定课程知识内容。

课程立足于实际能力的培养，以工作任务为中心组织课程内容和课程教学，让学生在完成具体项目的过程中来构建相关理论知识，并发展职业能力。据此，课程标准制定了5个项目和21个工作任务。

2基于课程标准的教材内容取舍，切合实训条件的措施

该课程采用大连理工大学出版社高职高专机电类课程规划教材《数控机床》，它是比较贴合课程标准的一本高职教材。它“以技能型、应用型人才培养为主，重在实践，理论以够用为度”的原则进行编写，主要介绍数控机床的基本理论知识，通用数控机床的机械结构和控制，数控机床的保养与维修等知识。但教材中的数控机床实例并不与我院实训用数控机床一一对应，导致理论偏离实训实际，造成学生在理论实践学习中有些不知所措，不利于展开教学。为此，基于课标准取舍教材内容，切合实训条件。

下列内容关于我院实训用数控机床的教学内容：CK6141数控车床，占6课时；V600数控铣床，占6课时；VMC600数控加工中心，占4课时。用以上内容置换教材中相关内容。

3循序渐进地设计教学过程

依据课程标准，参考教材编写顺序制定授课进度表。设计这5个项目的先后顺序是：数控机床功能部件18学时，数控车床10学时，数控铣床8学时，数控加工中心10学时，数控系统14学时。其中的21个工作任务是：（1）认识数控机床（2）数控机床的主运动传动部件（3)数控机床进给运动传动部件（4）滚珠丝杠螺母副的轴向间隙调整与安装（5）齿轮传动的进给传动系统中齿轮啮合间隙的调整机构（6）数控车床的回转刀架（7）数控回转工作台（8）数控机床支承部件与辅助装置（9）数控加工中心的自动换刀系统（10）数控车床概述（11）CK6141数控车床（12）CK6141数控车床的附件（13）数控铣床概述（14）V600床身型数控铣床[15]V600床身型数控铣床的附件（16）数控加工中心概述（17）立式加工中心VMC600（18）数控系统的组成（19）数控插补原理（20）刀具补偿原理（21）典型数控系统简介。

理论课堂的设计遵循理论联系实训的原则进行。理论课的课堂分解为复习旧内容阶段和讲授新内容阶段两段。复习旧内容阶段：根据工作任务需要设置判断题、填空题、选择题共计10题；讲授新内容阶段：PPT简洁文字描述，图形化展示，配合音视频动画，边讲边练，穿插师生、生生互动讨论。除了随课程进度的作业题外，还布置综合作业题1题：要求用脑图制作软件XMind制作该课程的项目工作任务图。

4立体交互式分层设计实训内容

课程标准中的20课时用于数控机床实验实训，是该课程理论联系实际的重要表现。我们采用立体交互式分层设计实训内容，共设计6个实验实训，纵向是低、中、高三个难度级别，横向是中低难度每级设计两个实训项目，高级难度设计一个实验实训项目，故为立体式；交互式是指实践教学和理论教学相互穿插而不是孤立地进行，力图使学生通过实训巩固理论，用理论指导实训。

表1立体交互实验实训内容配置表

5结语

高职学生学习《数控机床与原理》课程，需初步具备机械制图、机械基础、电工电子技术、自动化技术等方面的知识，因此，合理地编排设计教学过程和教学方法就显得很重要。笔者初步尝试了以上所述的“项目任务驱动式教学法”，取得了较为理想的教学效果。

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参考文献

［1］张玲莉,汪文津,赵坚.数控机床课程的教学改革研究与实践[J].河北师范大学学报:教育科学版,2010(10):115-117

［2］徐娅萍,王润孝.数控机床课程教学的改革与实践[J].西北工业大学学报:社会科学版,2007(12):78-80

数控机床插补原理范文篇10

【关键词】曲轴磨削；切削点均匀分布；运动模型；误差补偿

0.引言

随着我国数控技术的发展，工业化进程的加快，凸轮轴部件的需求急剧增加，特别是加工生产出精度搞，柔性好的凸轮轴对促进我国工业化发展，国民经济增长有着现实意义。而由于凸轮磨削加工过程非常复杂，凸轮轮廓曲线复杂，对加工的精度要求较高，传统的采用普通砂轮、运用靠模的凸轮轴磨削加工无法满足凸轮轴高精度、高效率、高柔性和工序集中的加工要求。

本文针对凸轮轴高速磨削加工控制中的关键技术问题，以提高凸轮轴磨削加工精度、效率和柔性为目标，首先推导凸轮轮廓曲线的运动轨迹方程，并讨论凸轮轴在插补时的约束条件，建立凸轮轴轮廓曲线控制点参数化数学模型；最后采用面向对象的设计思想，利用VC++采用面向对象的设计思想设计基于三次B样条的凸轮轮廓曲线关键点参数化系统，通过对凸轮表面一些关键控制点的几何特征量建立曲线方程，通过改变这些关键控制点参数值来实现凸轮表面数据点的密化，从而保证凸轮轮廓的磨削加工精度。

1.凸轮轮廓曲线控制点参数化系统实现

1.1凸轮轮廓曲线的初步建立

凸轮的轮廓曲线可以近似看做由基圆弧线，凸圆弧线及其2条外切线构成，如下图所示。

凸轮轮廓曲线结构

可以根据基圆半径、凸圆弧半径、心距（基圆与凸圆的圆心距离），就可以近似的生成凸轮的近似轮廓曲线来。

设基圆半径为a，凸圆半径为b

已知两圆的圆心距为d，圆1半径为a，圆2半径为b，因此不妨设两圆的圆心分别为和，则两圆的方程分别为：

1.2控制点的选取

直接在凸轮轮廓曲线上等角度（1.8°）选取200个控制点。如下图所示：

这里基圆半径圆半径、凸圆弧半径、心距（基圆与凸圆的圆心距离），单位为像素。在凸轮轮廓曲线上，，以点O出发，角度为直线簇交凸轮轮廓曲线上200个点：。

直线上交点坐标的计算，即求两直线的交点，设直线1的斜率为，截距为，直线2的斜率为，截距为，则直线1和直线2的交点坐标的坐标

弧线上交点坐标的计算，在凸轮轮廓曲线上，弧线上的点的角度范围为。这样只要求出角度满足的取值范围，过O点的直线簇与圆弧线的交点。如下图所示。

2.控制点之间离散点的拟合与插补

2.1凸轮轮廓曲线三次B样条曲线拟合

应用三次B样条曲线拟合技术进行逼近，将给定的事先采集的特征点坐标及其系数作为控制点Pk（pxk，pyk），三次B样条曲线的特点是三个控制点确定一个型值点，四个控制点确定一段曲线，因此，需要求出与控制点一一对应的拟合曲线中的型值点Qk（qxk，qyk），接下来，要判断待求点x=u所在型值点的区间u∈[qxk，qxk+1]，然后找到控制此型值点区间内曲线的四个控制点Pk-1、Pk、Pk+1、Pk+2，用这四个控制点进行拟合，拟合出的曲线段一定通过待求点，可通过待求点坐标在曲线上找出所对应的20组校正系数值。如下图所示。

控制点参数系统

2.2控制点之间离散点的插补

对于凸轮轮廓曲线的插补，可以分两种情况：l）对于基圆段，采用工件恒角速度，则砂轮的移动位移及速度恒0；2）对于非基圆段，工件恒角速度是变化的，相应地，砂轮的移动位移及速度跟随变化，必须根据着重分析。如下图所示。

凸轮轮廓B样条拟合结果

3.结束语

凸轮在消磨过程中，对凸轮轴磨削加工的轮廓误差进行了理论分析，在设计轮廓曲线控制点参数化系统中，没有引入误差计算。本文种假设凸轮轮廓曲线上插补离散点是理论数据，不存在误差。在现实的磨削加工中，误差总是不可避免的，直接决定了轮廓曲线的插补与拟合结果。

本文分析了凸轮轮廓曲线插补过程种的几何精度、速度和加速度的约束以及凸轮轮廓曲线与砂轮接触点时间相约束等插补约束条件，在控制点参数化系统里仅考虑了其中的几何精度、速度和加速度的约束条件，后面需要对凸轮轮廓曲线的插补约束条件进行深入研究，综合考虑多种条件，提供系统的设计精度。

参考文献：

[1]华大勋.数控机床与汽车工艺.磨床与磨削，1966，（1）：20～23.

[2]余坚.CIMT’95中的凸轮轴与曲轴精加工工艺其装备.磨床与磨削，1996（1）：31～33.

[3]侯志泉.面向凸轮磨削的等速高精度实时插补技术研究.湖南大学硕士学位论文，2007（4）：2～6.

[4]R.Seide.ITMA织造设备回顾.国际纺织导报，1999（3）：40～43.

数控机床插补原理范文篇11

关键词：数控机床电气改造数控线切割机床

中图分类号：TG502文献标识码：A文章编号：

1数控机床电气改造概述

1．1电气改造的必要性

作为实现工业生产自动化、集成化的重要基础，现代数控技术已经渗透到了制造业的各个领域，数控设备的数量和先进水平也成为了衡量企业生产能力、行业现代化程度、甚至是国家综合国力水平的重要标准。随着设备多年的使用和机床技术的不断提高，目前我国很多数控机床设备都存在着电气元件损坏或精度下降的问题，如电气连接件的氧化腐蚀造成其接触可靠性下降，电机整流子磨损，光电器件性能降低，以及漏电等造成的信号畸变和参数偏移等，都使数控设备难以维持正常的工作。而电子技术发展的速度也让很多在技术、理论、工艺方面无法跟上时代的生产厂家遭到淘汰，使原有设备的配套服务失去了保障。与此同时，市场竞争对制造业提出了越来越严苛的要求，企业必须将产品精度高、形态功能复杂、加工时间短、能耗低作为其根本优势，以求得在激烈竞争中胜出的机会，而这一目标的实现必须得到先进、精确的数控机床及其技术的支持。考虑到数控设备本身仍具有很高的资产价值，直接淘汰会造成巨大的成本浪费，因此机床关键部件和关键工艺的改造就成为了摆在企业技术工作者面前，亟待解决的问题。

1．2数控机床电气改造的主要内容

目前数控机床的电气改造主要包括以下内容：对机床故障部分的诊断和修复，即功能复原；翻新其电气系统以提高设备的生产效率和精度，并对无法满足生产需要的电气系统进行更新；此外，电气改造还包括对数控技术进行科技革新，大幅提高数控系统的性能与档次等。

2数控线切割机床电气改造

数控线切割机床是直接利用电能、热能对金属进行加工，可加工各种特殊性能的材料和各种复杂形状及微细、微精、薄壁、低刚性等零件，其工作原理：放电间隙工作液检测变频计算机环行分配器功率放大步进电机走丝系统程序图纸输入机,数控线切割机床原理：改造数控线切割机床是上世纪85年的产品，其控制方式为开环控制系统：计算机根据输入数据，经过运算给出控制量(输出脉冲量)，通过步进电机驱动工作台移动，移动的距离由指令值确定.工作台纵横向移动采用滚珠导轨——步进电机——消间隙齿轮——精密滚珠丝杠副传动。该机的电气控制系统较为复杂，电子控制技术较为落后，编程复杂，烦琐，需按格式编程，且需用纸带穿孔，用光电机或人工输入、修改、编辑、检验困难，同时电子元件老化，设备故障频繁且不易修复，电气升级改造势在必行，我们应用计算机自动编程控制进行了控制及电气改造。

2.1控制原理

数控线切割机床运用计算机数字控制系统，电气改造主要是更新控制系统，变原先的分离元件为大规模集成块，控制技术更为先进,其控制原理大同小异，分述如下:功能控制：自动读入控制信息，使计算机数控系统确立相应的工作状态，而控制线切割机床生产相应的动作坐标控制：即位置控制，控制钼丝与工件相对运动的位置与轨迹，计算机控制中，计算机实时计算各点的坐标数据，把脉冲当量折合成脉冲数来表示，计算机发出一定数量的脉冲，步进电机丝杠即转变为相应的位移，位置信息处理：计算机进行插补运算，采用直线或圆弧逐段逼近给定曲线，从而引导钼丝跟踪设计图形所规定的运动轨迹，该系统输入信息的存储、数据加工处理、插补运算以及硬盘驱动器、多功能板。

高频电源控制板机床电器：自动编程卡、步进电机控制板、变频控制板、步进驱动板等机能通过计算机软件完成，而机床的控制则通过计算机与机床的驱动装置，强电系统之间的接口装置实现。

2.2硬件改造

原数控系统采用北京数据处理技术研究所微型机数控系统，原高频脉冲电源采用上海通用公司2000年产高效型脉冲电源，改造后的控制系统采用专门设计的数字控制硬件插卡，配备INTEL486/PENTIUM586电脑，15寸彩显，硬件插卡带有接口电路、变频、和高频控制开关，具有元件少，接插件少，可靠性高等特点。控制器系统软件全中文提示；可一边加工,一边进行程序编辑或模拟加工；可同时控制多达四部机床做不同的工作；采用大规模CMOS存储器（62256/628128）来实现停电保护；系统接入客户的网络系统，在网络系统中进行数据交换和监视各加工进程。高频电源采用DK3D高效脉冲电源。

2.3控制卡的主要功能

(1)开机操作简化：系统参数设置可永久保留，操作简单易学；

(2)永久保留内存数据：系统附有可自动充电之镍隔电池供存储器停电状态所需，完善的断电保护功能，如加工过程中突然断电，复电后即可继续加工；

(3)图形显示加工进程，并显示相对坐标X、Y，J和绝对坐标X、Y、U、V等变化数值；

(4)锥度加工应用了四轴/五轴联动的技术，上下异形和简单输入角度两种锥度加工方式，使锥度加工变得快捷、容易。

(5)导轮切点补偿，包括了U轴和V轴，使大锥度切割的精度大大优于同类软件。

(6)可对基准面和丝架距作精确的校正计算，使锥度加工的精度得到保证，并且容易操作。

(7)可将AUTOCAD的DXF格式及ISOG格式作数据转换。

(8)可在一台电脑上同时控制多达四部机床做不同的工作，并可脱机一边加工，一边编程。

(9)加工参数设置包括：3B补偿，加工比例，坐标变换，循环加工和步进速度调节等，坐标变换有旋转、镜象等八种；

(10)可由任意段开始加工，和到任意段结束，以及正/逆向加工；

(11)模拟加工可快速检查程序的终点坐标结果，及预先检查加工过程；

(12)暂停、结束、短路自动回退和长时间短路（1分钟）报警；

3结语

数控机床的电气改造是一项复杂的系统工程，针对不同企业不同的生产、技术、成本条件，某一设备的最佳改造方案通常具有唯一性。这就更需要技术工作者在了解原有设备的基础上，根据实际环境对其进行优化设计，并在实际改造中确保每一个工艺环节都能正确、流畅地进行，充分发挥设备的价值，最终令企业取得良好的经济效果。

参考文献

[1]沈军.数控机床改造方案的选择[J].数控设备网,2005,(4):25-26.

数控机床插补原理范文篇12

关键词：组合机床数控铣床加工工艺编程

中图分类号：TG547文献标识码：A

一、组合机床概述

组合机床是一种自动化或半自动化的机床，它可以对一种或者一类零件进行多轴、多刀、多工位的加工。它是由大量的通用部件以及少量的专用部件组合而成。

通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件，主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有装置、冷却装置和排屑装置等。

近年来，我国国民生产总值飞速增长，国家对机械类产品的需求也在不断的增大。如何降低生产成本，提高经济效益，研制出配置灵活、具有一定加工柔性并可满足同类型不同尺寸零件加工的高效机床己经成为了制造业的发展方向。为了缩短产品的生产周期、提高其生产效率，对于需要重复工序加工的大批量零件生产，组合机床的使用正在大范围的普及。

专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件己经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。

专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、惚孔、铰孔、钟孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。

二、专用数控铣床的工作原理

1、以飞轮外圆圆弧加工工艺分析：

图1飞轮零件图

飞轮毛坯是铸铁件，本文设计的专用铣床就是用于如图1所示的飞轮44°圆弧面的加工。

2、技术要求:

①弧面半径为72mm，误差在0.2mm以内，粗糙度达到3.2;

②角度要求不高，允许一定的误差;

③大批量加工，每个工作日加工量达到700-800。

3、目前圆弧型面加工的方法可分为两类:

①在普通铣床上用回转工作台铣削。手动安装带有专用夹具的回转工作台，用手摇动工作台的蜗轮蜗杆手柄以控制进给，从而铣出圆弧面。此法劳动强度大，生产效率低，不适合大批量加工。

②用数控铣床铣削。随着数控机床的日益发展和普及，各种曲面的加工都能通过插补算法在直角坐标系里实现加工，且精度和可靠性大为提高。但数控铣床的成本较高，适合多种类小批量加工。

基于以上情况，使用专用铣床，既能实现数控，降低劳动强度，也适合大批量加工。

技术要求显示圆弧面加工余量为6mm，铣削可分粗铣和精铣，粗铣5mm，精铣1mm。走刀路线如图2所示铣刀沿A-B-C-D方向逆铣。

图2进、退刀示意图

3、圆弧成形算法分析

直角坐标系中的圆弧成形：

圆弧插补(circularinterpolation，即给出两点间的插补数字信息，借此信息控制刀具与工件的相对涌动，使其按规定的圆弧加工出理想曲面的一种插补方式。

在直角坐标系中运用较多的圆弧插补算法是逐点比较法，下面就逐点比较法圆弧插补算法为例分析圆弧拟合程度。

直角坐标系:

X轴:工作台径向进给

Y轴:工作台横向进给

Z轴:主轴进给

逐点比较法每进给一步需要四个节拍，即:

①偏差判别。判别偏差符号

②坐标进给。根据偏差情况图形靠拢，缩小偏差。

③新偏差计算。进给一步后差判别的依据。

确定加工点是在规定图形的外面还是里面。控制X坐标或y坐标进给一步，使加工点向规定计算加工点与规定图形的新偏差，作为下一步偏差判别的依据。

④终点判别。根据这一步进给结果，判定终点是否到达，如果未到终点，继续插补;如果终点己到就停止插补。逐点比较法的工作流程图如图3所示。

图3逐点比较法工作循环图

三、数控铣床常用指令的编程技巧

1、G92与G54-G59的应用：

G54-G59是调用加工前设定好的坐标系，而G92是在程序中设定的坐标系，用了G54-(G59就没有必要再使用G92否则G54-G59会被替换，应当避免

(1)一旦使用了G92设定坐标系，再使用G54-G59则不起任何作用除非断电重新启动系统，或接着用G92设定所需新的工件坐标系

(2)使用G92的程序结束后，若机床没有回到G92设定的起点，就再次启动此程序，机床当前所在位置就成为新的工件坐标原点，易发生事故所以，一定要慎用。

2、同一条程序段中，相同指令(相同地址符)或同一组指令，后出现的起作用

例如：G01G90Z10.OZ20.OF200;执行的是Z20.O,Z轴直接到达9达Z20.0，而小是Z10.0

G10G00X50.0Y30.OF200;执行的是G00(虽有F值，但也不执行G01)，但不同组的指令代码.在同程序段中互换先后顺序执行效果相同

例如:G90G55G00X0Y0Z60.0;和G00G90G55X0Y0Z60.0:相同

四、控铣床编程的一般步骤

1、对零件进行图纸分析

在这我们以腔型的零件为例，首先要做的就是测绘来得出精确的零件图纸，以此得到的数据和图纸来设计出模具。在对任何一个腔型的零件进行加工前我们要做的就是对特点充分了解，来保证加工的可行性;然后就涉及到加工工具的选择，并对塑件模型进行设计，从而完成对一个零件的整体设计，完成加工前的准备。

2、零件加工路线的选择和工艺参数的确定

加工的路线也是指进给路线、切到点和换刀点等，而工艺参数则是对切削深度和速度以及进给速度、主轴转速的分析确定。这关系到一个零件加工成败。就像一个毛坯为100mm*50mm*40mm板材，要把它加工成规则的立方体，就要控制切削深度。

3、数值计算

因为数控铣床绝大部分控制系统都有刀补的功能，所以只需要计算出相邻几何元素切点的坐标值，从而得出起点、终点的坐标值即可编写程序并输入数据完成该编程

根据我们先前己经计算出几何元素切点的坐标值和己经设计好的加工参数及其辅助动作，在根据数控铣床系统的规定的使用我们都得到的坐标指令代码与程序段的格式，然后逐段的编写出零件加工的程序命令，并且输入CNC装置的存储器当中，结束整个编程。

4、实例分析

⑴我们以腔型零件为例：

型腔类零件的特点，它主要是由一些凹槽、岛屿和平面组成的，所以我们一般选择手动编程，因为腔型的零件一般是没有曲面的。在这选择一个简单的模具塑料插座。我们在加工前要根据该零件的特点来设计，保证该零件的顺利完成。加工工具的选择。我们首先要对塑件进行一个详细的测绘，在测绘时我们要用到一个二维软件Au-toCAD，这样我们绘图很方便。当然我们还要用到其他的软件如Pro/E来定义刀具的路径，还要利用它来进行二维操作。塑件的测绘、造型和设计。测绘中的数据要准确并且要做好记录。并根据己准备好的草图利用软件Pro/E来进行二维造型，测绘的数据要与造型的数据一致:最后就是利用MasterCAM软件来仿真加工，然后根据测试的数据完成编程。

⑵再以平面类零件的加工为例分析

数控铣床主要是对平面类零件的加工制造，而这种典型的加工制造基本上就是对各种盖板、凸轮以及整体结构件中的框、肋进行加工。对于一般不是很复杂的选择手动编程更方便些，第一步还是确定具体的加工路线，基本上是按照先主后次、先粗后精这个基本原则;然后是要安排好刀具的切入和切出加工路线，避免因交接处重复切削或法线方向切出而在工件表面上产生痕迹;接下来是对刀具的选择，这步尤其重要，因为不同的加工模式对刀具的要求不一样，所以在设计这种平面类零件是要分别选不重磨硬质合金端铣刀、立铣刀，且用试切法对刀，以完成此步骤;确定切削用量;最后一步是程序编制。

结束语：

综上，掌握数控铣床的编程技巧，能够更好地提高加工效率，保证加工质量，避免加工中出现不必要的错误，这需要我们在实践中不断总结经验，不断提高，从而使编程、加工能力进步加强，为数控加工事业的发展作贡献。

参考文献：

[1]胡寿松.自动控制原理.北京:科学出版社，2003.