数控机床的控制原理

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1、第5章数控机床的控制原理主要内容5.1概述5.2逐点比较法5.3数字积分法5.4直线函数法5.5扩展数字积分法5.6曲面直接插补（SDI）5.7刀具半径补偿为什么数控机床能加工出曲线？怎样把单个的坐标运动组合成理想曲线呢？这就是插补所要解决的问题！插补是一种运算程序，经过运算，判断出每一步怎样进给误差更小？应同时向几个、还是一个坐标轴进给？进多少？……——5.1概述5.1.1插补的基本概念第5章数控机床的控制原理插补技术是数控系统的核心技术。数控加工过程中，数控系统要解决控制刀具或工件运动轨迹的问题。刀具或工件一步步移动，移动轨迹是一个个小线段构成的折线，不是光滑曲线。刀具不能严格

2、按照所加工零件的廓形运动，而用折线逼近轮廓线型。脉冲当量或最小分辨率：刀具或工件能移动的最小位移量。——5.1概述第5章数控机床的控制原理根据零件轮廓线型上的已知点（直线起点、终点，圆弧起点、终点和圆心等），数控系统按进给速度、刀具参数和进给方向的要求等，计算出轮廓线上中间点位置坐标值的过程称为“插补”。数控系统控制刀具或工件不断运动到插补运算后的中间坐标点，拟合出零件轮廓。插补的实质是根据有限的信息完成“数据密化”工作。——5.1概述第5章数控机床的控制原理数控系统使用的插补方法决定刀具沿什么路线进给虽然存在插补拟合误差，但脉冲当量相当小（pm、m级），插补拟合误差在加工误差范

3、围内。XY——5.1概述第5章数控机床的控制原理5.1.2插补方法的分类插补器：数控装置中完成插补运算工作的装置或程序。插补器分：硬件插补器软件插补器软硬件结合插补器——5.1概述第5章数控机床的控制原理早期NC数控系统：硬件插补器，由逻辑电路组成特点：运算速度快，但灵活性差，结构复杂，成本较高。CNC数控系统：多采用软件插补器，由微处理器组成，通过计算机程序来完成各种插补功能特点：结构简单，灵活易变，但速度较慢。——5.1概述第5章数控机床的控制原理现代CNC数控系统：软件插补或软、硬件插补结合的方法，由软件完成粗插补，硬件完成精插补。粗插补采用软件方法，将加工轨迹分割为线段，精

4、插补采用硬件插补器，将粗插补分割的线段进一步密化数据点。粗、精插补结合的方法对数控系统运算速度要求不高，可节省存储空间，且响应速度和分辨率都较高。——5.1概述第5章数控机床的控制原理直线和圆弧是构成零件轮廓的基本线型，CNC系统一般都有直线插补、圆弧插补两种基本功能。三坐标以上联动的CNC系统中，一般还有螺旋线插补功能。一些高档CNC系统中，已出现了抛物线插补、渐开线插补、正弦线插补、样条曲线插补和球面螺旋线插补等功能。——5.1概述第5章数控机床的控制原理根据数控系统输出到伺服驱动装置的信号不同，插补方法可归纳为：基准脉冲插补数据采样插补1．基准脉冲插补（脉冲增量插补、行程标量

5、插补）特点：数控装置在插补结束时向各运动坐标轴输出一个基准脉冲序列，驱动各坐标轴进给电机的运动。每个脉冲使坐标轴产生1个脉冲当量的增量，代表刀具或工件的最小位移；脉冲数量代表刀具或工件移动的位移量；脉冲序列频率代表刀具或工件运动的速度。——5.1概述第5章数控机床的控制原理基准脉冲插补运算简单，易用硬件电路实现，运算速度快。适用步进电机驱动的、中等精度或中等速度要求的开环数控系统。有的数控系统将其用于数据采样插补中的精插补。基准脉冲插补方法很多：逐点比较法、数字积分法、比较积分法、数字脉冲乘法器法、最小偏差法、矢量判别法、单步追踪法、直接函数法等。应用较多的是逐点比较法和数字积分法

6、。——5.1概述第5章数控机床的控制原理2．数据采样插补（数据增量插补、时间分割法）特点：数控装置产生的不是单个脉冲，而是标准二进制字。插补运算分两步完成：第一步粗插补第二步精插补——5.1概述第5章数控机床的控制原理第一步粗插补：时间分割，把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为插补周期T。在每个T内，计算轮廓步长l＝F·T，将轮廓曲线分割为若干条长度为轮廓步长l的微小直线段；l＝F·T——5.1概述第5章数控机床的控制原理第二步精插补：数控装置通过位移检测装置定时对插补实际位移采样，根据位移检测采样周期的大小，采用直线的基准脉冲插补，在轮廓步长内再插入若干点

7、，在粗插补算出的每一微小直线段的基础上再作“数据点的密化”工作。一般将：粗插补运算称为插补，由软件完成；精插补可由软件、硬件实现。——5.1概述第5章数控机床的控制原理着重解决两个问题：1.如何选择插补周期T？2.如何计算在一个插补周期内各坐标轴的增量值△x或△y？——5.1概述第5章数控机床的控制原理插补周期T＞插补运算时间，为什么？因为除完成插补运算外，还要执行显示、监控、位置采样及控制等实时任务。插补周期T与插补运算占用的CPU的时间TCPU的关系：T与采样周期