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數(shù)控編程的插補原理

日期：2010年06月25　來源：沈陽第一機床廠　關鍵字：數(shù)控機床
數(shù)控編程的插補原理
    1概述
    插補功能就是軌跡控制，它是數(shù)控加工的重要特征。理解數(shù)控加工原理的關鍵就是理解插補原理。正是有了插補功能，數(shù)控機床才能加工出各種形狀復雜的零件。實際加工中，被加工零件的輪廓種類很多，嚴格來說為了滿足加工要求，刀具運動軌跡應該準確地按零件的輪廓形狀生成。然而，對于復雜的曲線輪廓，直接計算刀具運動軌跡非常復雜，計算工作量很太，不能滿足數(shù)控加工的實時控制要求。因此，在實際應用中，是用一小段直線或圓弧去逼近(或稱為擬臺)零件輪廓曲線，即通常所說的直線或圓弧插補。某些高性能的數(shù)控系統(tǒng)中，還具有拋物線、螺旋線插補功能。
    2基本方法
    插補的任務就是根據(jù)進給速度的要求，完成在輪廓起點和終點之間的中問點的坐標值計算。對于輪廓控制系統(tǒng)來說．插補運算是最重要的計算任務。插補對機床控制必須是宴時的。插補運算速度直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補計算精度叉髟響到整個系統(tǒng)的精度。人們一直在努力探求計算速度快同時計算精度叉高的插樸算法。目前常用的插補方法有兩類，即脈沖增量插補法和數(shù)據(jù)采樣插補法。
    (1)脈沖增量插補
    脈沖增量插補是模擬硬件插補的原理，把計算機每次插補運算產(chǎn)生的指令輸出到伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)根據(jù)進給脈沖進給，以驅(qū)動工作臺運動。脈沖增量插補法適用于姒步進電機為驅(qū)動裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，這類插補算法的特點是每次捕補的結(jié)果僅產(chǎn)生一個行程增量，以一個個脈沖的方式輸出給步進電機。脈沖增量插補的實現(xiàn)方法較簡單．通常僅用加法和移位就可完成插補，容易用硬件來實現(xiàn)，而且用硬件實現(xiàn)這類運算的速度很快。cNc系統(tǒng)一般均用軟件來完成這類算法。用軟件實現(xiàn)的脈沖增量插補算法一般要執(zhí)行20多條指令，如果cPU的時鐘為5MHz，那么計算一個脈沖當量所需的時間大約為40“s。當脈沖當量為0 001“吼時，可以達到的坐標軸極限速度為1 5 m／…。如果要控制兩個或兩個以上坐標，且承擔其他必要的數(shù)控功能時，所能形成的輪廓插補進給速度將進一步降低。要求保證一定的進給速度，只能增大脈沖當量，使精度降低。例如脈沖當量為0 0l nm時，單坐標控制速度為15m／刪n。因此脈沖增量插補輸出的速率主要受插補程序所用時間的限制，它僅僅適用于中等精度和中等速度、以步進電機為執(zhí)行機構(gòu)的機床數(shù)控系統(tǒng)。
    (2)數(shù)據(jù)采樣插補
    數(shù)據(jù)采樣插補是用小段直線來逼近已給軌跡。適用于閉環(huán)和半環(huán)以直線或交流伺服電機為執(zhí)行機構(gòu)的(=Nc系統(tǒng)。這種方法是將加工一段直線或圓弧的時間劃分為若干相等的插補周期．每經(jīng)過一個插補周期就進行一次插補計算，算出在該插補周期內(nèi)各坐標軸的進給量，邊計算邊加工，若干次插補周期后完成一個曲線段的加工，即從曲線段的起點走到終點。
    顯然，對于曲線插補t插補步長越短，插補精度越高。插樸周期越短．插補精度越高；進給速度越快，效率越高。當加工精度要求很高(如微米級)時，在數(shù)控系統(tǒng)一定的情況下，進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。
      對于多坐標數(shù)控加工(指、四、五坐標數(shù)控加工)，一般只采用直線插樸(確切地說，應該是線性插補)。在此就不作詳細闡述t讀者可以參考相關資料。
    3插補周期與精度、速度的關系
    插補計算誤差與插補周期成正比．插補周期越長．插補計算誤差越大。因此，從減少插補計算誤差的角度考虐，插樸周期應選得盡量短，但必須大于插補運算時間與完成其他數(shù)控功能的時間之和。
    cNc系統(tǒng)必須選擇一個合理的插補周期。隨著微處理器的運算處理速度越來越高，為了提高cNc系統(tǒng)的進給速度和插補精度，插補周期將會越來越短。在直線插補中，插補所形成的每個小直線段與給定的直線重合，不會造成軌跡誤差。
    在圓弧插補時，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．選擇合適的切削進給速度。

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