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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)，除了使工作臺準確定位之外，還必須進行軌跡控制，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值，機床伺服系統(tǒng)根據(jù)此坐標值控制各坐標軸協(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，加工中心也就是進給速度變化要在許可范圍內(nèi)。
    4)控制聯(lián)動坐標軸數(shù)的能力強，也就是易實現(xiàn)多坐標軸的聯(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增量輸出，加工中心稱之為基準脈沖插補法(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�；鶞拭}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)進行一次插補運算，根據(jù)指令進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，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)果輸出的是二進制數(shù)據(jù)，依靠二進制數(shù)據(jù)控制進給系統(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值進行比較，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給方向。其進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。取直線起點為坐標原點，已知直線終點坐標為止(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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