第三章 轮廓插补原理课件.ppt

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  本章主要介绍了数控系统中的各种轮廓插补原理及特点。首先对脉冲增量插补法和数据采样插补法的特点进行了对比和概括，然后重点介绍了逐点比较法、数字积分法和数据采样法插补的基本原理及实现方法，最后还简要介绍了比较积分法、样条插补法和螺纹加工插补算法等。 第一节　概述 一、脉冲增量插补算法 二、数据采样插补算法 第一节　概述 在数控机床加工过程中，刀具只能以折线去逼近将要加工的曲线轮廓，所以它的运动轨迹是并不是光滑的曲线。为了实现轮廓控制，就必须实时计算出满足零件形状和进给速度要求的介于起点与终点之间的若干个中间点的坐标，这些可以通过插补算法来获得。  所谓插补就是根据零件轮廓尺寸，结合精度和工艺等方面的要求，在已知刀具中心轨线转接点之间插入若干个中间点的过程。换句话说，就是“数据点的密化过程”，其对应的算法称为插补算法。中间点的获取是根据相应的算法由数控系统软件或硬件自动完成，并以此来协调控制各坐标轴的运动，从而获得所要求的运动轨迹。 一、脉冲增量插补算法 脉冲增量插补（又称行程标量插补）算法是通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴相互协调运动，从而加工出一定轮廓形状的算法。这类插补算法的特点是每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量，以单位脉冲的形式输出给步进电动机。  在早期的硬件数控系统中，插补过程是由专门的数字逻辑电路完成的，而在计算机数控系统(CNC) 中，既可全部由软件实现，也可由软、硬件结合完成。显然，硬件插补的速度快，但电路复杂，并且调整和修改都相当困难，缺乏柔性；而软件插补的速度虽然慢一些，但调整很方便。所以，本章主要介绍数控系统中使用较多的软件插补算法。  脉冲增量插补算法中每个单位脉冲对应的坐标轴位移量，称之为脉冲当量，一般用? 或BLU表示。 脉冲当量是脉冲分配的基本单位，对应于内部数据处理的一个二进制位，它决定了数控机床的加工精度。 对于普通数控机床一般取? =0.01mm，比较精密的数控机床可取? = 0.005mm、0.0025mm或0.001mm等。  脉冲增量插补算法比较简单，通常仅需几次加法和移位操作就可完成插补运算。比较容易用硬件实现，并且处理速度很快。当然，也可以用软件来实现。属于这类插补的具体算法有：数字脉冲乘法器法、逐点比较法、最小偏差法、数字积分法、比较积分法、目标点跟踪法、单步追踪法等。  一般而言，脉冲增量插补算法较适合于中等精度（如0.01mm）和中等速度（如1~4m/min）的机床数控系统中。 由于脉冲增量插补误差不大于一个脉冲当量，并且其输出的脉冲速率主要受限于插补程序所用的时间。 二、数据采样插补算法 数据采样插补（又称时间标量插补）算法是根据数控加工程序编写的进给速度，先将零件轮廓曲线按插补周期分割为一系列首尾相连的微小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数据输出，用以控制伺服系统实现坐标轴进给。  与脉冲增量插补算法相比，数据采样插补算法的结果不再是单个脉冲，而是位置增量的数字量。这类插补算法适用于以直流或交流伺服电动机作为执行元件的闭环或半闭环数控系统。  在数据采样插补的数控系统中，每调用一次插补程序，就计算出本次插补周期内各坐标轴的位置增量，据此求得各坐标轴相应的位置，并与采样所获得的实际位置（反馈值）进行比较，从而获得位置跟踪误差。伺服位置控制软件则根据当前的位置误差计算出进给坐标轴的速度，随后输出至驱动装置，通过执行机构带动机床移动部件朝着减小误差的方向运动，以保证整个系统的加工精度。  数控系统是一个多任务控制装置，它不仅有插补运算任务，而且还应完成数控加工程序编制、存储、收集运行状态数据、监视机床等其他数控功能。因此，要求插补运算仅占用插补周期的部分时间。　 一般要求插补程序占用的时间不大于计算机在一个插补周期工作机时的30%~40%，以便在余下的时间内，计算机可以去做其他工作。 （一）采用软/硬件相配合的两级插补方案 在这种数控系统中，为了减轻数控装置的插补负担，将整个插补任务分成两步完成，即先用插补软件将加工零件的轮廓段按插补周期（10~20ms）分割成若干个微小直线段，这个过程称为粗插补。随后利用附加的硬件插补器对粗插补输出的微小直线段做进一步的细分插补，形成一簇单位脉冲输出，这个过程称为精插补。当然，精插补也可以用软件来实现。 （二）采用多个CPU的分布式处理方案 首先将数控系统的全部功能划分为几个子功能模块，每个子功能模块配置一个独立的CPU来完成其相应功能，然后通过系统软件来协调各个CPU之间的工作。 这种系统具有较高的性能/价格比，代表着数控技术发展的一个方向。 （三）采用单台高性能微型计算机方案