数控系统插补原理.ppt

第四章数控系统插补原理 概述 数控机床进行连续的切削加工，需要保证： 工作台准确定位； 刀具相对工件的运动轨迹； 刀具相对工件的运动速度； 加工的精度和粗糙度。 通过插补实现这些功能。 插补计算就是数控系统根据输入的基本数据，如直线终点坐标值、圆弧起点、圆心、终点坐标值、进给速度等，通过计算，将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指令。插补实际上是根据有限的信息完成数据密化的工作，无论是硬件数控还是CNC数控，插补模块是不可缺少的，能完成插补功能的模块或装置称为插补器。一般计算机数控系统均具有直线和圆弧插补功能，即插补出起点至终点之间各点的坐标值 。 插补（interpolation）：根据给定进给速度和轮廓轨迹，在轮廓的已知点之间，确定一些中间点的方法。 插补是计算机数控中最重要的计算任务。插补计算必须是实时的，即必须在有限的时间内完成计算任务。插补程序的运行时间和计算精度影响着整个CNC系统的性能指标。 插补器：完成插补工作的装置： 硬件插补器：运算速度快，但灵活性差。 软件插补器：速度受CPU速度和插补算法的影响。 软硬件混合插补 刀具轨迹的构成： 直线和圆弧是基本的插补轨迹； 其它曲线轮廓可由直线和圆弧的折线拟合逼近。 早期的硬件数控系统(NC)中，都采用硬件的数字逻辑电路来完成插补工作。在NC系统中，数控装置采用了电压脉冲作为插补点坐标增量输出，其中每一脉冲都在相应的坐标轴上产生一个基本长度单位的运动，即每一脉冲对应着一个基本长度单位。数控装置每输出一个脉冲，机床的执行部件移动一个基本长度单位，称之为脉冲当量。脉冲当量的大小决定了加工精度，发送给每一坐标轴的脉冲数目决定了相对运动距离，而脉冲的频率代表了坐标轴速度。 在计算机数控系统(CNC)中，插补工作一般由软件完成。也有用软件进行粗插补，用硬件进行细插补的CNC系统。在CNC系统中，信息以二进制形式编排、处理和存储。二进制的每一位(Bite)代表一个基本长度单位。二进制的Bite与NC系统的脉冲当量等价。 软件插补方法分为两类，即脉冲增量插补法和数据采样插补法 脉冲增量插补原理 脉冲增量插补法又称行程标量插补法或基准脉冲插补法，是模拟硬件插补的原理，插补的结果是产生单个的行程增量，以一个个脉冲的方式输出到伺服系统，以驱动机床部件运动。 插补程序比较简单，但由于输出脉冲的最大速度取决于执行一次运算所需的时间，所以进给速度受到一定的限制。这种插补方法一般用在进给速度不很高的数控系统或开环数控系统中。 脉冲增量插补的特点： 每次插补仅产生1个单位行程增量（1个脉冲当量） 最快进给速度与插补速度密切相关 实现方法简单，通常仅用加法和移位运算就可完成,容易用硬件实现。 这类插补算法有：逐点比较法、最小偏差法、数字积分法、目标点跟踪法、单步追综法等； 逐点比较法是其典型的代表。 逐点比较插补法 逐点比较插补法通过逐点地比较刀具与所需插补曲线的相对位置，确定刀具的坐标进给方向，以加工出零件的廓形。 逐点比较法是以折线来逼近直线或圆弧曲线的，它与规定的直线或圆弧之间的最大误差不超过一个脉冲当量，因此，只要将脉冲当量(每走一步的距离)取得足够小，就可达到加工精度的要求。 逐点比较法插补计算时，每走一步，都要进行以下四个步骤（又称四个节拍）的逻辑运算和算术运算： 偏差判别 判别加工点对规定曲线的偏离位置，从而决定进给的X或Y轴坐标的走向。 进给 控制某个坐标进给一个脉冲当量，向规定的曲线靠拢，以缩小偏差。 偏差计算 计算新的加工点对规定曲线的偏差，作为下一步判别的依据。 终点判断 判断是否到达加工终点？若到达终点，则停止插补，否则再回到第一个步骤。 以上四个步骤如此不断地重复上述循环过程，就能完成所需的曲线轨迹。 直线插补原理 偏差计算公式 直线方程 直线插补的偏差判别式 若F=0，表明M点在AB直线上； 若F0，表明M点在AB直线的上方； 若F0，表明M点在AB直线的下方。 为控制方便，将F=0和F0两种情况作为F≥0一种方式判别。当F≥0时，刀具一定处在AB线的上方，或在AB线上，如图中的M1点，这时刀具只有沿+X方向进给才更接近AB线，因此，根据这个判别结果，计算机在X轴方向输出一个脉冲，使刀具在+X方向前进一个脉冲当量的距离，到达M2点。 新的判别式为： 若F20，M2点判定处在AB线的下方，则应向+Y方向进给一步: 偏差计算公式，在公式中只有加减运算，只要将前一点的偏差值与等于常数的斜线长度在坐标方向的投影（Xe-X0）、（Ye-Y0）相加或相减，即可得到新的坐标点的偏差值。加工起点A的偏差是已知的，即F0=0，这样，随着加工点前进，新加工点的偏差都可由前一点的偏差和斜线长度在坐标方向的投影