机床数控技术跟运用3-6资料.ppt

3.6 运动轨迹的插补原理 3.6.1 运动轨迹的插补概念 在数控机床中，刀具的最小移动单位是一个脉冲当量，而刀具的运动轨迹为折线，并不是光滑的曲线。刀具不能严格地沿着所加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所加工的曲线。在数控加工中，根据给定的信息进行某种预定的数学计算，不断向各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲或数据，使被控机械部件按指定路线移动（即产生2个坐标轴以上的配合运动），这就是插补。换言之，插补就是沿着规定的轮廓，在轮廓的起点和终点之间按一定算法进行数据点的密化，给出相应轴的位移量或用脉冲把起点和终点间的空白填补。一般数控机床都具备直线和圆弧插补功能。 3.6.1 运动轨迹的插补概念 1.直线插补 概念：按照规定的直线给出两端点的插补数字信息，以控制刀具的运动，使之加工出理想的平面。 如下图所示，要加工图中的OA直线，可有几种方法来逼近OA。其中第1和第2条折线误差最大，而第3条折线与OA的比较误差最小，故希望按第3条折线去逼近OA。 3.6.1 运动轨迹的插补概念 2.曲线插补 概念：按照规定的圆弧或其他二次曲线、高次函数，给出两端点间的插补信息，以控制刀具的运动，使之加工出理想的曲面，称为圆弧插补、二次曲线插补（如抛物线插补）或高次函数插补（如螺旋线插补）等。 如下图所示，如要在铣床上加工曲线轮廓A0B0，就必须使铣刀中心相对工件按一定的曲线轨迹AB移动，即必须使铣刀的X向和Y向之间在每一瞬间都要严格地保持一定的内在联系。把轨迹AB分成许多小段弧AA1、A1A2、A2B，并分别用直线段来代替。 3.6.2 运动轨迹插补的方法 1.脉冲增量法（标准脉冲插补reference pulse）——行程标量插补 把每次插补运算产生的指令脉冲输出到步进电机等伺服机构，并且每次产生一个单位的行程增量，这就是脉冲增量差补。如逐点比较法、DDA法及一些相应的改进算法等都属此类。这类插补法比较简单，有时仅需几次加法和移位操作就可完成，用硬件和软件模拟都可实现。但用软件实现此类插补时，输出脉冲的最大速率受限于插补程序的执行时间，即最高速度取决于执行一次运算所需要的时间。 3.6.2 运动轨迹插补的方法 2.数据采样法（sampled data）——时间标量插补 这种方法中，整个控制系统通过计算机行成闭环，输出的不是单个脉冲，而是数据，即标准二进制。数据采样插补算法中较常见的有时间分割法插补，也就是根据编程进给速度将零件轮廓曲线按插补周期分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数据进行输出，用以控制伺服系统实现坐标轴的进给。在数据采样系统中，计算机定时对反馈回路采样，在和插补程序所产生的指令数据进行比较后，作为误差信号（即跟随误差）算出适当的坐标轴进给速度指令，输出给驱动装置。再通过电动机带动丝杠螺母副，使工作台朝着减小误差的方向运动，以保证整个系统的加工精度。这类插补算法适用于以直流或交流伺服电动机作为执行元件的闭环或半闭环数控系统。 3.6.2 运动轨迹插补的方法 3.软件/硬件相配合的两极插补法 为得到CNC系统所需要的响应速度和分辨率，也为减轻计算机插补时间的负担，可将插补任务由计算机软件和附加的插补器硬件共同承担。软件完成粗插补，把工作轮廓按10~20ms的周期插补成若干大段。硬件插补其完成精插补，即对粗插补输出的微小直线段进行细插补，行成输出脉冲，完成数据段的加工。 这种方法的优点是可降低对计算机速度的要求，并腾出更多存储空间用于存储零件程序，可以大大缓和实时插补与多任务之间的矛盾。 3.6.3 逐点比较法 1.逐点比较法的原理 以区域判别为特征，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，然后决定下一组的走向。如果加工点走到图形外面，那么下一步就要向图形里面走；如果加工点在图形里面，则下一步就要向图形外面走，以缩小偏差。每次只进行一个坐标轴的插补进给。通过这种方法能得到一个接近规定图形的轨迹，而最大偏差不超过一个脉冲当量。在逐点比较法中，每进给一步都要4个节拍，如下图所示。 3.6.3 逐点比较法 （1）偏差判别 判别偏差符号，确定加工点是在规定图形的外面还是里面。 （2）坐标给进 根据偏差情况，控制X坐标或Y坐标进给一步，使加工点向规定图形靠拢，缩小偏差。 （3）新偏差计算 进给一步后，计算加工点与规定图形的新偏差，作为下一步偏差判别的依据 （4）终点判别 根据这一步的进给结果，判定（比较）终点是否到达。如未到达终点，继续插补工作循环，如果已到终点就停止插补。 3.6.3 逐点比较法 2.逐点比较法I象限直线插补 （1）基本原理 偏差函数的判