脉冲增量插补算法

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1、1引言1.1各种插补算法的简介1.1.1脉冲增量插补算法脉冲增量插补又称基准脉冲插补或行程标量插补，其特点是数控装置在每次插补结束时向各个运动坐标轴输出一个基准脉冲序列，控制机床坐标轴做相互协调的运动，从而加工出具有一定形状的零件轮廓的算法。每个脉冲代表了刀具或工件的最小位移，脉冲的数量代表了刀具或工件移动的位移量，脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度。显然易见，脉冲增量插补算法的输出是脉冲形式，并且每次仅产生一个单位的行程增量，故称之为脉冲增量插补。而每个单位脉冲对应坐标轴的位移大小，称之为脉冲当量，一般用&表示或BLU

2、表示。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，也对应于内部数据处理的一个二进制位，它决定了数控机床的加工精度，对于普通数控机床一般=0.01mm，对于较为精密的数控机床一般取=0.005mm、0.0025mm或0.001mm等。这类插补算法比较简单，通常仅需几次加法和移位操作就可完成，比较容易用硬件实现，这也正是硬件数控系统较多采用这种算法的主要原因。当然，也可用软件来模拟硬件实现这类咋不运算。通常，属于这类插补算法的有：数字脉冲乘法器、逐点比较法、数字积分法以及一些相应的改进算法等。一般来讲，脉冲增量插补算法较适合于中等精度（如0.1

3、mm）和中等速度（如1～3m/min）的机床数控系统中。由于脉冲增量插补误差不大于一个脉冲当量，并且其输出地脉冲频率主要受插补程序所用时间的限制，所以，数控系统精度与切削速度之间是相互影响的。例如实现某脉冲增量插补算法大约需要40us的处理时间，当系统脉冲当量为0.001mm时，就可求得单个运动坐标轴的极限速度约为1.5m/min。进一步当要求控制两个或两个以上坐标轴时，所获得的轮廓速度还将进一步降低。反之，如果将系统单轴极限速度提高到15m/min，则要求将脉冲当量增大到0.01mm[1]。1.1.2数据采样插补法随着数控系

4、统中计算机的引入，大大缓解了插补运算时间和计算机复杂性之间存在的矛盾，特别是高性能直流伺服系统和交流伺服系统的研制成功，为提高现代数控系统的综合性能创造了充分的条件。与之相对应，这些现代数控系统中采用的插补方法，不再是早期的硬件数控系统中所使用的脉冲增量法，而是结合了计算机采样思想的数据采样法。计算机定时对坐标的实际位置进行采样，采样数据与指令位置进行比较，得出位置误差，再根据位置误差对伺服系统进行控制，达到消除误差，使实际位置跟随指令位置的目的。数据采样法是指上就是使用一系列首尾相连的微小直线段来逼近定曲线。由于这些线段是按

5、一定的时间周期来进行分割的，所以，也称之为“时间分割法”。一般来讲，分割后得到的这些小线段相对于系统精度来讲仍然是比较大的。为此，必须进一步进行数据点的密化工作。通常称微小线段的分割过程是粗插补，而后续的进一步密化的过程是精插补。通过两者的紧密配合即可实现高性能的轮廓插补。一般情况下，数据采样插补法中的粗插补由软件实现，并且由于其算法中涉及到一些三角函数及其它一些较复杂的函数，大多采用高级语言完成。而精插补算法大多采用前面介绍的脉冲增量法，它既可由软件实现也可由硬件实现，由于其算术计算比较简单，所以软件实现时大多采用汇编语言完

6、成[1]。1.2论文背景和主要工作该课题是配合教学改革服务的，主要是设计与开发数控技术课程配套的数控插补原理――数据采样法实验教学系统。该课题主要完成对数据采样法中直接函数法、数字增量式DDA圆弧插补算法的设计，并使之达到实用标准。(1)查阅文献，收集资料,撰写开题报告、文献综述及外文翻译。(2)设计数控插补数据采样法实验教学系统的功能。(3)系统的界面设计。(4)完成直接函数法、数字增量式DDA圆弧插补算法的设计，使之达到正确、实用。(5)用VB语言实现该系统各功能。(6)完成相应的设计，编写和调试程序。(7)提交规范的设计

7、文档。软件使用环境条件：(1)计算机软硬件环境（WINDOWS操作平台）。(2)支撑软件VB语言。2数控教学系统的优越性2.1增强了学校设备配备的科学性和实习安排的多样性数控机床属于机电一体化的高科技产品,品种多、价格高。一台数控车或数控铣至少7、8万,一般也在20万左右。一台数控加工中心一般要30万左右,多则达百万甚至上千万。数控机床的实训如果完全按照实操进行,不但投入大,而且消耗多、成本高,即使是实力雄厚的院校或企业也难以承受此种消耗和投入。而使用数控教学系统可以弥补此不足,使数控技术的教学达到投入少、内容多、见效快、培养

8、的学生适应性强的目的。这种教学模式使学生对数控插补感性理性双从认知。同时,还能提高学生的学习兴趣和编程能力,是一种既经济实用、又安全可靠、功能多样的数控教学辅助工具。2.2提高了数控理论教学效果在未使用教学系统之前与其它课程相同,数控教学主要是课堂板书或者ppt教学。这种教学