数控机床的工作原理资料.ppt

第4章 数控机床的工作原理 4.1.1 插补的概念 在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。 插补（interpolation）定义：机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。数据密集化的过程。数控系统根据输入的基本数据（直线起点、终点坐标，圆弧圆心、起点、终点坐标、进给速度等）运用一定的算法，自动的在有限坐标点之间形成一系列的坐标数据，从而自动的对各坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹分析，以满足加工精度的要求。 数控装置向各坐标提供相互协调的进给脉冲，伺服系统根据进给脉冲驱动机床各坐标轴运动。 数控装置的关键问题：根据控制指令和数据进行脉冲数目分配的运算（即插补计算），产生机床各坐标的进给脉冲。 插补的实质 插补计算就是数控装置根据输入的基本数据，通过计算，把工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给脉冲，对应每个脉冲，机床在响应的坐标方向上移动一个脉冲当量的距离，从而将工件加工出所需要轮廓的形状。 插补的实质：在一个线段的起点和终点之间进行数据点的密化。 4.1.2 插补方法的分类 硬件插补器 由专门设计的数字逻辑电路组成。 特点：插补速度快，升级不易，柔性较差。 软件插补器 通过软件（编程）实现插补功能。 特点：插补速度比硬件插补器慢，但成本低、柔性强，结构简单，可靠性好。 4.1.2 插补方法的分类 1.基准脉冲插补（行程标量插补或脉冲增量插补） 特点：每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，每个脉冲代表了最小位移，脉冲序列的频率代表了坐标运动速度，而脉冲的数量表示移动量。 仅适用于一些中等精度或中等速度要求的计算机数控系统 主要的脉冲增量插补方法 数字脉冲乘法器插补法 逐点比较法 数字积分法 矢量判别法 比较积分法 最小偏差法 目标点跟踪法 单步追踪法 直接函数法 加密判别和双判别插补法 2. 数字采样插补（数据增量插补） 特点：数控装置产生的不是单个脉冲，而是标准二进制字。插补运算分两步完成。 （1）粗插补(软件实现) 在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点，即用若干条微小直线段逼近给定曲线，每一微小直线段的长度都相等，且与给定速度有关。 （2）精插补（硬件实现） 在粗插补算出的每一微小直线段的基础上再作“数据点的密化”工作，相当于对直线的脉冲增量插补。 适用于闭环、半闭环以直流和交流伺服电机为驱动装置的位置采样控制系统 主要的数字增量插补方法 直线函数法 扩展数字积分法 二阶递归扩展数字积分插补法 双数字积分插补法 角度逼近圆弧插补法 “改进吐斯丁”（Improved Tustin Method-ITM）法 4.2 基准脉冲插补 4.2.1 逐点比较插补法 基本思路：在刀具按要求轨迹运动加工零件轮廓的过程中，不断比较刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置，并根据比较结果决定下一步的进给方向，使刀具向减小误差的方向进给。其算法最大偏差不会超过一个脉冲当量δ（相对于每个脉冲信号，机床移动部件的位移，常见的有：0.01mm、0.005mm、 0.001mm） 每进给一步需要四个节拍： 1. 逐点比较插补法直线插补 思考问题： 1. 不同象限的直线、圆弧插补算法相同吗？ 2. 同一象线的逆时针圆弧和顺时针圆弧插补算法一样吗？ 直线插补不同象限插补方向 无论在哪个象限，逐点比较直线插补法均采用直线坐标的绝对值计算。 圆弧插补过象限处理 同一个圆弧在不同象限，走刀方向不同。 由于采用绝对值计算，A1点与A点相同，在插补计算过程中，如果从A点插补到B点，那么会造成插补到A1点就结束。 分不同象限处理。 4.2.2 数字积分法 数字积分法也称为数字微分分析法，是在数字积分器的基础上建立起来的一种插补方法。 基本原理：数字积分法是利用数字积分的方法，计算刀具沿各坐标轴的位移，使得刀具沿着所加工的曲线运动。 优点：运算速度快，脉冲分配均匀，容易实现多坐标联动。 缺点：速度调节不便，插补精度需要采用移动措施才能满足要求。 1. 数字积分原理 设置一个累加器，并且假设累加器的容量为一个单位面积。用该累加器来实现累加运算，那么在累加过程中超过一个单位面积时就必然产生溢出，即产生一个溢出脉冲。 累加过程中所产生的溢出脉冲总数就是所求的近似值，或者说所要求的积分近似值。 举例说明 以直线OE为例说明DDA插补的方法，其终点的坐标为（Xe,Ye）=(7,4) 设在10秒时间内完成插补工作（进给脉冲以整数1为单位） X方向每个时间单位内的增量 ΔX= Xe/10＝0.7 Y方向每个时间单位内的增量 ΔY=Ye/10＝0.4 累积X方向的增量0.7+0.7＝1.