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加工中心數(shù)控系統(tǒng)的插補原理——（一）

日期：2010年01月25　來源：沈陽第一機床廠　關(guān)鍵字：加工中心
    一個連續(xù)切削控制的數(shù)控系統(tǒng)，除了使工作臺準(zhǔn)確定位之外，還必須進(jìn)行軌跡控制，即控制刀具相對于工件以給定的速度，沿著指定的路徑運動、加工中心切削工件輪廓，并且要保證切削過程中的精度和表面粗糙度值。
    數(shù)控系統(tǒng)在處理軌跡控制信息時，一般情況，用戶編程時給出了軌跡的起點和終點，搖臂鉆床以及軌跡的類型(即是直線、圓弧或是其他曲線)，并規(guī)定其走向(如圓弧是順時針還是逆時針)，然后由數(shù)控系統(tǒng)在控制過程中計算出運動軌跡的各個中間點，這個過程稱之為插補，即“插入”、“補上”軌跡運動的中間點。插補結(jié)果輸出運動軌跡的中間點的坐標(biāo)值，機床伺服系統(tǒng)根據(jù)此坐標(biāo)值控制各坐標(biāo)軸協(xié)調(diào)運動，走出預(yù)定軌跡。
    對插補計算的要求
    1)對插補所需要的數(shù)據(jù)最少。
    2)插補理論誤差要滿足精度要求。
    3)沿插補路線或稱插補矢搖臂鉆床量的合成進(jìn)給速度要滿足輪廓表面粗糙度一致性的工藝要求，加工中心也就是進(jìn)給速度變化要在許可范圍內(nèi)。
    4)控制聯(lián)動坐標(biāo)軸數(shù)的能力強，也就是易實現(xiàn)多坐標(biāo)軸的聯(lián)動控制。
    5)插補算法簡單可靠。
    插補算法的種類
    插補工作可用硬件(插補器)或軟件來完成，也可由軟硬件結(jié)合一起來完成。早期的數(shù)控系統(tǒng)(NC)中，插補器是一個由專門的硬件接成的數(shù)字電路裝置，這種插補稱之為硬件插補，它把每次插補運算產(chǎn)生的指令脈沖輸出到伺服系統(tǒng)，驅(qū)動工作臺運動。每插補運算一次，便發(fā)出一個脈沖，工作臺就移動一個基本長度單位，即脈沖當(dāng)量。它的柔性較小，計算能力較弱，但其計算速度快，它采用電壓脈沖作為插補坐標(biāo)增量輸出，加工中心稱之為基準(zhǔn)脈沖插補法(也稱脈沖增量插補法)，它包括逐點比較插補法、數(shù)字積分插補法等；隨著計算機數(shù)控系統(tǒng)(CNC)的發(fā)展，搖臂鉆床因軟件插補法柔性好，計算能力強，可以進(jìn)行復(fù)雜輪廓的插補，所以應(yīng)用得越來越廣。軟件插補法可分成基準(zhǔn)脈沖插補法和數(shù)據(jù)采樣插補法(Sampled—data)(也稱數(shù)字增量插補法)兩類�；鶞�(zhǔn)脈沖軟件插補法是模擬硬件插補的原理，其插補輸出仍是脈沖；數(shù)字增量插補法，在每個插補周期內(nèi)進(jìn)行一次插補運算，根據(jù)指令進(jìn)給速度計算出一個微小的直線數(shù)據(jù)段，然后計算出動點坐標(biāo)，經(jīng)過若干個插補周期即可完成一個程序段的插補。插補結(jié)果輸出的是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，依靠二進(jìn)制數(shù)據(jù)控制進(jìn)給系統(tǒng)運動�，F(xiàn)在大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)將軟件插補法與硬件插補法結(jié)合起來，軟件插補完成粗插補，加工中心硬件完成精插補，既可獲得高的插補速度又能完成較高的插補精度。
    逐點比較插補法是插補時每走一步都要與給定軌跡上的坐標(biāo)值進(jìn)行比較，看實際加工點在給定軌跡的什么位置，上方還是下方(直線)，外面還是里面(曲線)，從而決定下一步的進(jìn)給方向。其進(jìn)給方向搖臂鉆床總是向著給定軌跡的方向逼近，如果實際加工點在給定軌跡的上方，下一步進(jìn)給就向給定軌跡的下方逼近；加工中心如果實際加工點在給定軌跡的里面，下一步進(jìn)給就向給定軌跡的外面逼近。
    逐點比較法直線插補
    1．逐點比較法直線插補計算原理
    (1)偏差計算公式  數(shù)控系統(tǒng)必須根據(jù)設(shè)計者給定的數(shù)學(xué)模型才能進(jìn)行工作。根據(jù)逐點比較法的原理，每走一步可以將動點(插值點)  的實際位置與給定軌跡的理想位置以“偏差”形式計算出來，然后根據(jù)偏差的正、負(fù)決定下一步的走向，以逼近給定軌跡。因此，搖臂鉆床確定偏差的計算方法是逐點比較法的關(guān)鍵一步。加工中心下面以第一象限平面直線為例來推導(dǎo)偏差計算公式。
    假定加工直線OA。取直線起點為坐標(biāo)原點，已知直線終點坐標(biāo)為止(x，y)，即直線OA為給定軌跡。m(x，y，)點為加工點(動點)。

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