CNC轨迹控制与插补原理.ppt

插补原理及控制方法 核心思想： 在允差范围内，以坐标轴的最小量化单位的运动合成来代替零件轮廓的轨迹控制。 直线和圆弧为数控加工中，常见的最小单位运动方式。 实际运动轨迹的控制就是实际轨迹起点与终点之间，依照自身规律进行数据密化的过程，称之为“插补”。 数控系统的主要任务之一就是控制执行机构按预定的轨迹运动。一般情况是已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，由数控系统实时地算出各个中间点的坐标。即需要“插入、补上”运动轨迹各个中间点的坐标，通常这个过程就称为“插补”。 实际加工中零件形状各式各样，对这些复杂的零件轮廓最终还是要用直线或圆弧进行逼近以便数控加工 数控系统根据零件轮廓线型的有限信息，计算出刀具的一系列加工点、完成所谓的数据“密化”工作。 插补有二层意思： 一是用小线段逼近产生基本线型（如直线、圆弧等）； 二是用基本线型拟和其它轮廓曲线。 插补运算具有实时性，直接影响刀具的运动。插补运算的速度和精度是数控装置的重要指标。插补原理也叫轨迹控制原理。五坐标插补加工仍是国外对我国封锁的技术。 插补方法的分类 插补计算： 是对数控系统输入基本数据 ( 如直线的起点、终点坐标，圆弧的起点、终点、圆心坐标等 ) ，运用一定的算法计算，根据计算结果向相应的坐标发出进给指令。对应着每一进绐指令，机床在相应的坐标方向上移动一定的距离，从而将工件加工出所需的轮廓形状。 实现这一插补运算的装置，称为插补器。控制刀具或工件的运动轨迹是数控机床轮廓控制的核心，无论是硬件数控 (NC) 系统，还是计算机数控 (CNC) 系统，都有插补装置。在 CNC 中，以软件 ( 即程序 ) 插补或者以硬件和软件联合实现插补；而在 Nc 中，则完全由硬件实现插补。 数控系统中常用的插补算法 逐点比较法 数字积分法 时间分割法 最小偏差法等 逐点比较法 早期数控机床广泛采用的方法，又称代数法、醉步法，区域判别法。适用于开环系统。 就是每走一步控制系统都要将加工点与给定的图形轨迹相比较，以决定下一步进给的方向，使之逼近加工轨迹。逐点比较法以折线来逼近直线或圆弧，其最大的偏差不超过一个最小设定单位。下面分别介绍逐点比较法直线插补和圆弧插补的原理。 逐点比较法插补 插补原理及特点 原理：每次仅向一个坐标轴输出一个进给脉冲，而每走一步都要通过偏差函数计算，判断偏差点的瞬时坐标同规定加工轨迹之间的偏差，然后决定下一步的进给方向。每个插补循环由偏差判别、进给、偏差函数计算和终点判别四个步骤组成。逐点比较法可以实现直线插补、圆弧插补及其它曲安插补。 特点：运算直观，插补误差不大于一个脉冲当量，脉冲输出均匀，调节方便。 逐点比较法直线插补 逐点比较法圆弧插补 逐点比较法直线插补 （1）偏差函数构造 对于第一象限直线OA上任一点(X,Y):X/Y = Xe/Ye 若刀具加工点为Pi（Xi，Yi）， 则该点的偏差函数Fi可表示为 若Fi= 0，表示加工点位于直线上； 若Fi 0，表示加工点位于直线上方； 若Fi 0，表示加工点位于直线下方。 （2）偏差函数字的递推计算 采用偏差函数的递推式（迭代式） 既由前一点计算后一点 Fi =Yi Xe -XiYe 若Fi=0，规定向 +X 方向走一步 Xi+1 = Xi +1 Fi+1 = XeYi –Ye(Xi +1)=Fi -Ye 若Fi0，规定 +Y 方向走一步，则有 Yi+1 = Yi +1 Fi+1 = Xe(Yi +1)-YeXi =Fi +Xe （3）终点判别 直线插补的终点判别可采用三种方法。 1）判断插补或进给的总步数：； 2）分别判断各坐标轴的进给步数； 3）仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。 （4）逐点比较法直线插补举例 对于第一象限直线OA，终点坐标Xe=6 ,Ye=4，插补从直线起点O开始，故F0=0 。终点判别是判断进给总步数N=6+4=10，将其存入终点判别计数器中，每进给一步减1，若N=0，则停止插补。 以上讨论了第一象限直线插补计算方法，对其他象限的直线，可根据相同原理得到其插补计算方法。表 2 列出了各象限直线 L1 、 L2 、 L3 、 L4 进给方向及偏差计算公式，其中偏差计算公式中的 、 均为绝对值。图 3 所示为第一象限逐点比较法直线插补的程序框图 实现直线插补，至少需要4个寄存器存放运算数据。 P寄存器： 存放偏差运算结果； x寄存器： x终点坐标值； y寄存器： y终点坐标值； 终点寄存器： x，y所需走的总步数； 逐点比较法圆弧插补 圆弧插补加工：? ?