数控技术课件5-现代数控轨迹插补原理与控制的方法1.pptVIP

现代数控轨迹插补原理与控制的方法 轨迹插补是数控系统最重要的核心技术。轨迹插补只是一种将基本数控曲线分解为数控机床运动所需的最小运动量的方法，沿给定的曲线进行大量坐标点的密化， 保证高精度，需在极短的时间、实时完成，具有很大的难度。 鉴于轨迹插补的重要性，学术和工程技术界对轨迹插补的研究一直没有停止,从经典的基准脉冲插补原理的逐点比较法到必威体育精装版的数据采样插补原理的曲面直接插补方法层出不穷。 3.1 数控轨迹插补原理的分类 数控轨迹插补原理分为二大类： 基准脉冲插补和数据采样插补。现代采用数据采样插补原理 3.1.1 基准脉冲插补 基准脉冲插补也叫脉冲增量插补,根据一定的算法输出是脉冲，而且，每次只产生一个单位的行程脉冲; 脉冲方式:在插补模块与驱动装置之间以脉冲形式传递指令信息。脉冲个数代表要求的位移量，脉冲频率表示希望的位移速度。 基准脉冲插补算法简单，只要加法和移位就可以完成插补，可用硬件实现，以提高插补速度。也可以用软件实现。 基准脉冲插补适合中等精度（如0.01mm）和中等速度（如1～3米/min）,执行元件是步进电机、步进脉冲马达。 3.1.2 数据采样插补 数据采样插补也叫数字增量插补，它是使用一系列首尾相接的微小直线段来逼近给定的曲线轮廓。 直线段是按加工时间来进行分割的，故也称为“时间分割法”。 数字方式：插补输出一个数字量，指插补模块与驱动装置间以数字形式传递指令信息 执行件为交流电机的闭环或半闭环数控系统，并能达到较高的进给速度和控制精度。 ◆数字方式可用于二种系统中，一种是模拟伺服驱动的数控系统，另一种是全数字伺服驱动的数控系统。; ?第一种系统中： 模拟伺服单元仅具有电流环和速度环， 位置控制需由数控装置完成，这样数控装置中还需包括位置控制器和位置反馈接口，由此构成位置闭环。 插补模块和位置控制模块间就需以数字方式传递指令信息。 ?第二种系统中： 全数字伺服系统本身已带有位置环，不需要数控装置中再设置位置控制器， 由于全数字伺服系统需要数字??讯接口、实时网络等数字通讯手段接受数字化的通讯信息，因此要将插补指令以数字方式传送给这种数字伺服系统。 3.2 现代数控系统轨迹插补方法 随着高速、高精、多坐标复杂曲线曲面加工的发展，现代数控系统轨迹插补在数据采样插补原理的基础上产生了许多新的方法。比较典型的有高速采样插补、样条曲线插补、自由曲面插补等。有些数控系统还派生出了许多其它插补方法。;■ 直线插补、圆弧插补 （平面、空间） ■ 螺纹加工、螺旋线插补、正弦线插补 ■ 指数曲线插补 ■ 渐开线插补 ■ 样条插补 FANUC系统： 非均匀有理B样条(NURBS)— 控制点（组成控制多边性） 节点矢量 权重 光顺插补---过型值点的样条曲线 SIEMENS系统： A样条 B样条 C样条 ■ 高速插补 ■ 纳米插补 ■ 曲面直接插补;3.2.1 高速采样插补方法 1. 高速（高频）采样插补的优越性 数据采样插补的基本思想是在每个插补周期用微小直线段逼近被插补曲线，因此不可避免地会产生插补误差δ，见图2-1： ? ? ? ? 图3-1 插补误差 δ = CD = OD – OC （3-1） 将 OD = ρ OC = (OA2 - AC2)1/2 AC= △L/2; 其中δ- 插补误差（最大弓高误差） ρ- 插补点处被插补曲线曲率半径 △L- 插补直线段长度 由式（3-2）知，插补直线段越短，插补精度越高。然而，在进给速度一定的条件下，要得到足够短的插补直线段，必须具有很短的插补周期，即很高的插补频率。现在一般的数控系统由于受软硬件条件的限制大都采用低频插补方法，插补频率一般为几百赫兹，插补采样周期为数毫秒。低频插补存在下面问题： ?被加工曲线曲面轮廓的曲率半径越小，插补误差越大。 ?限制了进给速度的提高。F = △L/T = △Lⅹf; ?低频插补时在一个插补周期产生的直线段比较长，一般还需要进一步进行精插补，才能保证