数控技术---第4章-数控机床的工作原理.ppt

第4章 ; 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。也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为“数据点的密化”。; 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。; 硬件插补器 由专门设计的数字逻辑电路组成。 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。 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;主要的脉冲增量插补方法;特点：插补运算分两步完成。 （1）粗插补 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 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 ; 基本思路：每走一步都要将加工点的瞬时坐标与规定的图形轨迹相比较，判断其偏差，然后决定下一步的走向。如果加工点走到图形外面，下一步就要向图形里面走；如果加工点走到图形里面，下一步就要向图形外面走，以缩小偏差，这样就能得到一个非常接近规定图形的轨迹，最大偏差不超过一个脉冲当量。 四个步骤：偏差判别-坐标进给-偏差计算-终点判别;P点在直线上方，则有：;（1）偏差判别方程式：;? 每走一步判断最大坐标的终点坐标值（绝对值）与该坐标累计步数坐标值之差是否为零，若为零，插补结束。 ? 总步数为：N=Xa+Ya。 ;逐点比较法直线插补流程;;;直线OA插补轨迹;例. 插补直线OA，A（4,5）;x; 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。;如右图所示逆圆弧AE，C、D、B点分别在圆弧的外、内部和圆弧上。 ;（1）偏差判别方程式：;逐点比较法圆弧插补流程;例4-2 插补第一象限逆圆AB;插补轨迹;圆弧插补的象限处理;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。;如右图所示，由曲线y＝f（t）与x轴所围成的面积S为： ;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。;;DDA直线插补器结构;平面直线插补器由两个数字积分器组成，每个积分器由累加器和被积函数寄存器组成。 终点坐标值存放在被积函数寄存器中。 工作过程：每发出一个插补迭代脉冲，使kxe和kye向各自的累加器里累加一次，累加的结果有无溢出脉冲取决于累加器的容量和kxe、kye的大小。;假设m次累加后（m也为累加器的容量），x、y分别到达终点，则有 ;由于KXe= Xe/2n，运算的方法为：保持数字Xe不变，只需把数Xe往右移动n位即可得到KXe。 被积函数寄存器Jvx内装的Kxe，可改为只装Xe即可。 KYe= Ye/2n，运算的方法为：保持数字Ye不变，只需把数Ye往右移动n位即可得到KYe。 被积函数寄存器JVY内装的KYe 可改为只装Ye即可。;终点计数器JE 开始： JE =0 每进行一次加法运算， JE +1 当JE=2n时运算停止。;;DDA直线插补轨迹;如右图所示，P点为逆圆弧AB上的一个动点，由图可知 ; 坐标值x、y存入被积函数寄存器JVx、JVy的对应关系与直线不同，正好相反，JVx存放着y，JVy存放着x。 直线插补时，寄存器中始终存放着终点的坐标值，为常数，而圆弧插补则不同，寄存器中存放着动点坐