第二章数控机床的插补原理.ppt

数控机床原理 —插补原理 任立波 一、课前准备： １授课对象 数控技术与应用专业的学生 ２授课地点 数控实训车间 ３授课时间 8：00~9：00 ４工具准备 数控机床、计算机、多媒体投影设备 二、学习目标 1.认知性质的学习目标： 1.了解插补运算的基本原理； 2.了解加工轨迹插补得基本概念； 3.掌握插补方法的种类与特点； 4.掌握基准脉冲插补。 5.掌握逐点比较插补法 2.情感性质的学习目标： 置身于车间，先让学生自己体会普通机床与数控机床在外观上的区别，开动数控机床让学生了解数控机床的运动，引起学生的好奇心，进而讲述数控机床的基本结构，然后穿插一些关于数控技术发展中的很有趣的小故事，吸引学生的注意力，让学生对数控技术这门课程充满期待。最后深入讲解在加工过程中所需要的插补。 三、采用四级教学法 准备阶段： 演示阶段： 模仿阶段： 归纳练习： 设备 数量 备注 多媒体投影设备 １ 计算机 10 数控机床 10 练习项目 12 教 学 设 备 数控机床的插补原理 一、加工轨迹插补的基本概念 ⒈ 插补运算与加工轨迹的位置控制 机床数控加工中最基本的问题就是如何根据所输入的零件加工程序中有关几何形状、轮廓尺寸的原始数据及其指令，通过相应的插补运算，按一定的关系向机床各个坐标轴的驱动控制器分配进给脉冲，从而使得伺服电机驱动工作台相对主轴（即工件相对刀具）的运动轨迹，以一定的精度要求逼近于所加工零件的外形轮廓尺寸。对于平面曲线的运动轨迹需要二个运动坐标协调的运动，对于空间曲线或立体曲面则要求三个以上运动坐标产生协调的运动，才能走出其轨迹。 CNC数控系统需通过实时控制软件来进行插补运算与相应的位置控制。插补运算要求实时性很强，即计算速度要同时满足机床坐标轴对进给速度和分辨率的要求。插补运算和位置控制是一般都在控制机床运动的中断服务程序中进行。插补程序在每个插补周期运行一次，在每个插补周期中，根据指令进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常经过若干个插补周期加工完一个程序段，即从数据段的起点走到终点。计算机数控系统是一边插 补，一边加工。而在本次处理周期内，插补程序的作用是计算下一个处理周期的位置增量。位置控制可以由软件也可以由硬件来实现。它的主要任务是在每个采样周期内，将插补计算的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制进给电机，进而控制机床工作台（或刀具）的位移。这样机床就自动地按照零件加工程序的要求进行切削加工。 当一个程序段开始插补加工时，管理程序即着手准备下一个程序段的读入、译码、数据处理。即由它调动各个功能子程序，并保证在下一个程序段的数据准备，一旦本程序段加工完毕即开始下一个程序段的插补加工。整个零件加工就是在这种周而复始的过程中完成。 ⒉ 插补运算的基本原理 我们在工程数学中知道，微积分对研究变量问题的基本分析方法是：“无限分割，以直代曲，以不变代变，得微元再无限积累，对近似值取极限，求得精确值”，但在一些实际工程应用中，往往根据精确度要求，把这个无限用适当的有限来代替，对于机床运动轨迹控制的插补运算也正是按这一基本原理来解决的。概括起来，可描述为：“以脉冲当量为单位，进行有限分段，以折代直，以弦代弧，以直代曲，分段逼近，相连成轨迹”。需要说明的是这个脉冲当量与其坐标显示分辩率往往是一致的，它与加工精度有关，它表示插补器每发出一个脉冲，使执行电机驱动丝杆所走的行程，单位通常为0.01～0.001mm／脉冲。也就是说对各种斜线、圆弧、曲线均由以脉冲当量为单位的微小直线线段来拟合，如图2-1所示。其插补运算精度（一般插补误差不会超过一个脉冲当量）也是影响数控加工精度的一项主要因素。 二、插补方法的种类与特点 插补器的形式很多，按实现的方法来说，它均可用硬件逻辑电路或执行软件程序来完成。因而可分为硬件插补器和软件插补器，软件插补器利用CNC系统的微处理器执行相应的插补程序来实现，结构简单、灵活易变、可靠性好，目前微处理机的位数和频率的提高， Y O X 8 7 6 4 3 5 2 1 10 9 A（6，4） 12 5 4 3 2 1 10 9 8 7 6 11 Y O X A（6，0） B（0，6） 图2-1 用微小直线段来拟合曲线 大部分CNC系统采用了软件插补方式。但由于硬件方式插补速度快，对要求高的CNC系统目前采用粗、精二级插补的方法来实现，以满足其实时性要求，软件每次插补一个小线段称为粗插补，根据粗插补结果，将小线段分成单个脉冲输出，称为精插补。其中精插补往往采用了硬件插补器，如日本FANUC公司就采用DDA硬件插补