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數(shù)控編程的插補(bǔ)原理

日期：2010年06月25　來(lái)源：沈陽(yáng)第一機(jī)床廠　關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床
數(shù)控編程的插補(bǔ)原理
    1概述
    插補(bǔ)功能就是軌跡控制，它是數(shù)控加工的重要特征。理解數(shù)控加工原理的關(guān)鍵就是理解插補(bǔ)原理。正是有了插補(bǔ)功能，數(shù)控機(jī)床才能加工出各種形狀復(fù)雜的零件。實(shí)際加工中，被加工零件的輪廓種類很多，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)為了滿足加工要求，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)該準(zhǔn)確地按零件的輪廓形狀生成。然而，對(duì)于復(fù)雜的曲線輪廓，直接計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡非常復(fù)雜，計(jì)算工作量很太，不能滿足數(shù)控加工的實(shí)時(shí)控制要求。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，是用一小段直線或圓弧去逼近(或稱為擬臺(tái))零件輪廓曲線，即通常所說(shuō)的直線或圓弧插補(bǔ)。某些高性能的數(shù)控系統(tǒng)中，還具有拋物線、螺旋線插補(bǔ)功能。
    2基本方法
    插補(bǔ)的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，完成在輪廓起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的中問點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算。對(duì)于輪廓控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)．插補(bǔ)運(yùn)算是最重要的計(jì)算任務(wù)。插補(bǔ)對(duì)機(jī)床控制必須是宴時(shí)的。插補(bǔ)運(yùn)算速度直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補(bǔ)計(jì)算精度叉髟響到整個(gè)系統(tǒng)的精度。人們一直在努力探求計(jì)算速度快同時(shí)計(jì)算精度叉高的插樸算法。目前常用的插補(bǔ)方法有兩類，即脈沖增量插補(bǔ)法和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法。
    (1)脈沖增量插補(bǔ)
    脈沖增量插補(bǔ)是模擬硬件插補(bǔ)的原理，把計(jì)算機(jī)每次插補(bǔ)運(yùn)算產(chǎn)生的指令輸出到伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)給脈沖進(jìn)給，以驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。脈沖增量插補(bǔ)法適用于姒步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，這類插補(bǔ)算法的特點(diǎn)是每次捕補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)行程增量，以一個(gè)個(gè)脈沖的方式輸出給步進(jìn)電機(jī)。脈沖增量插補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)方法較簡(jiǎn)單．通常僅用加法和移位就可完成插補(bǔ)，容易用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且用硬件實(shí)現(xiàn)這類運(yùn)算的速度很快。cNc系統(tǒng)一般均用軟件來(lái)完成這類算法。用軟件實(shí)現(xiàn)的脈沖增量插補(bǔ)算法一般要執(zhí)行20多條指令，如果cPU的時(shí)鐘為5MHz，那么計(jì)算一個(gè)脈沖當(dāng)量所需的時(shí)間大約為40“s。當(dāng)脈沖當(dāng)量為0 001“吼時(shí)，可以達(dá)到的坐標(biāo)軸極限速度為1 5 m／…。如果要控制兩個(gè)或兩個(gè)以上坐標(biāo)，且承擔(dān)其他必要的數(shù)控功能時(shí)，所能形成的輪廓插補(bǔ)進(jìn)給速度將進(jìn)一步降低。要求保證一定的進(jìn)給速度，只能增大脈沖當(dāng)量，使精度降低。例如脈沖當(dāng)量為0 0l nm時(shí)，單坐標(biāo)控制速度為15m／刪n。因此脈沖增量插補(bǔ)輸出的速率主要受插補(bǔ)程序所用時(shí)間的限制，它僅僅適用于中等精度和中等速度、以步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)。
    (2)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)
    數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)是用小段直線來(lái)逼近已給軌跡。適用于閉環(huán)和半環(huán)以直線或交流伺服電機(jī)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的(=Nc系統(tǒng)。這種方法是將加工一段直線或圓弧的時(shí)間劃分為若干相等的插補(bǔ)周期．每經(jīng)過(guò)一個(gè)插補(bǔ)周期就進(jìn)行一次插補(bǔ)計(jì)算，算出在該插補(bǔ)周期內(nèi)各坐標(biāo)軸的進(jìn)給量，邊計(jì)算邊加工，若干次插補(bǔ)周期后完成一個(gè)曲線段的加工，即從曲線段的起點(diǎn)走到終點(diǎn)。
    顯然，對(duì)于曲線插補(bǔ)t插補(bǔ)步長(zhǎng)越短，插補(bǔ)精度越高。插樸周期越短．插補(bǔ)精度越高；進(jìn)給速度越快，效率越高。當(dāng)加工精度要求很高(如微米級(jí))時(shí)，在數(shù)控系統(tǒng)一定的情況下，進(jìn)給速度的快慢將影響工件的形狀精度，自然也就影響加工的效率。
      對(duì)于多坐標(biāo)數(shù)控加工(指、四、五坐標(biāo)數(shù)控加工)，一般只采用直線插樸(確切地說(shuō)，應(yīng)該是線性插補(bǔ))。在此就不作詳細(xì)闡述t讀者可以參考相關(guān)資料。
    3插補(bǔ)周期與精度、速度的關(guān)系
    插補(bǔ)計(jì)算誤差與插補(bǔ)周期成正比．插補(bǔ)周期越長(zhǎng)．插補(bǔ)計(jì)算誤差越大。因此，從減少插補(bǔ)計(jì)算誤差的角度考虐，插樸周期應(yīng)選得盡量短，但必須大于插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間與完成其他數(shù)控功能的時(shí)間之和。
    cNc系統(tǒng)必須選擇一個(gè)合理的插補(bǔ)周期。隨著微處理器的運(yùn)算處理速度越來(lái)越高，為了提高cNc系統(tǒng)的進(jìn)給速度和插補(bǔ)精度，插補(bǔ)周期將會(huì)越來(lái)越短。在直線插補(bǔ)中，插補(bǔ)所形成的每個(gè)小直線段與給定的直線重合，不會(huì)造成軌跡誤差。
    在圓弧插補(bǔ)時(shí)，一般采用切線、內(nèi)接弦線和內(nèi)外均差弦線逼近圓弧的方法，其中切線逼近具有較大的輪廓誤差而不宜采用。事實(shí)上，加工速度和加工精度之間存在著矛盾。需要綜合考慮加丁二速度和加工精度的要求．選擇合適的切削進(jìn)給速度。

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