数控系统插补原理和数据处理

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1、第二章数控系统的加工控制原理第二章数控系统插补原理和数据处理授课内容1、概述2、逐点比较法3、数字积分法4、数据采样插补法5、其他插补方法简介6、刀具补偿程序输入译码数据处理插补位置控制输入/输出处理控制显示诊断纸带阅读机,键盘,磁盘,通信接口输入内部存储器工件的轮廓信息,加工速度,辅助功能信息以一个程序段为单位,按一定规则将编程信息翻译成计算机内部能识别的数据形式,以约定格式存储在指定内存区间刀具半径补偿,速度计算,辅助功能处理在每个采样周期内将插补计算的理论位置和实际反馈位置相比较,用差值控制进给电动机启动诊断和在线诊断机床和CNC装置间来往信号的输入输出控制数控装置的工作原理校验和

2、代码转换硬件或软件系统处于正常运行状态中，由系统相应的内装诊断程序定时中断周期扫描检查CNC装置本身以及各外设。第一节概述一、插补的定义数据密集化的过程。数控系统根据输入的基本数据（直线起点、终点坐标、圆弧圆心、起点、终点坐标、进给速度等）运用一定的算法，自动的在有限坐标点之间形成一系列的坐标数据，从而自动的对各坐标轴进行脉冲分配，完成整个线段的轨迹运行，以满足加工精度的要求。要求：实时性好，算法简单误差小、精度高、速度均匀性好插补运算速度直接影响系统的控制速度，而插补运算精度又影响到整个CNC系统的精度。因此人们一直在努力探求一种计算速度快同时精度又高的插补算法。目前普遍应用的两类插补

3、方法为基准脉冲插补和数据采样插补。二、插补分类插补是数控系统必备功能，NC中由硬件完成，CNC中由软件完成，两者原理相同。（一）基准脉冲插补1、逐点比较法2、数字积分法3、数字脉冲乘法器4、矢量判别法5、比较积分法（二）数字增量插补法（数据采样插补法）1、时间分割法2、扩展DDA法（一）基准脉冲插补基准脉冲插补又称脉冲增量插补。这类插补算法是以脉冲形式输出，每次插补运算后，输出的脉冲增量通常为1个或0个，最多给每一轴进给一个脉冲，产生一个脉冲当量值的位移量。每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位，即脉冲当量。脉冲当量是脉冲分配的基本单位。输出脉冲的最大速度取决于插补软件进行一次插补运

4、算所需时间。这类算法速度受到限制，常用于开环步进电机驱动的数控系统（二）数字增量插补法（数据采样插补法）时间增量插补法，插补结果输出的不是脉冲，而是标准二进制数（插补周期内的增量数据），根据程编进给速度，把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，以控制伺服系统实现坐标轴的进给。这种算法的进给速度不受限制，但插补程序比较复杂。插补计算是计算机数控系统中实时性很强的一项工作，必须在有限的时间内完成计算任务，为了提高计算速度，缩短计算时间，按以下三种结构方式进行改进：１.采用软/硬件结合的两级插补方案由计算机软件先将加工轮廓按插补周期分割成若干

5、微小直线段，这个过程为粗插补，接着利用硬件插补器对粗插补输出的线段再进行插补，以脉冲形式输出，这个过程为精插补。通过两者的配合，可实现高性能轮廓插补。采用粗、精二级插补的方法，对计算机的运算速度要求不高。该方法的响应速度和分辨率都比较高。２.采用多CPU的分布式处理方案首先将数控系统的全部功能划分为几个子功能模块，并分别分配一个独立的CPU来完成该项子功能，可以专门有一个CPU来承担插补工作，然后由系统软件来协调各个CPU之间的工作。３.采用单台高性能微型计算机方案第二节逐点比较插补法应用广泛，能实现平面直线、圆弧、二次曲线插补，精度高。所谓逐点比较法，就是每走一步都要与给定轨迹比较一次

6、，根据比较结果来决定下一步的进给方向，使刀具向减小偏差的方向进给，并趋向终点移动。直线和圆弧逐点比较法的特点：运算简单，过程清晰，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，输出脉冲速度变化小，调节方便，但不易实现两坐标以上的插补。一、逐点比较法直线插补1.基本原理在刀具按要求轨迹运动加工零件轮廓的过程中，不断比较刀具与被加工零件轮廓之间的相对位置，并根据比较结果决定下一步的进给方向，使刀具向减小偏差的方向进给，其算法最大偏差不会超过一个脉冲当量。刀具所走的轨迹应该和给定轨迹非常相“象”。2.算法分析：偏差判别：根据刀具当前的位置确定进给方向坐标进给：使加工点向给定轨迹趋进，即向减小误差方向

7、移动。偏差计算：计算新加工点与给定轨迹之间的偏差，作为下一步判别依据终点判别：判断是否到达终点，若到达，结束插补；否则，继续以上四个步骤。逐点比较法算法框图：3.运算举例:例1:欲加工直线段终点Xe=4，Ye=2设点（Xi，Yj）为当前所在位置，F值为Fi，j=XeYj-XiYe若沿+X方向走一步则：Xi+1=Xi+1Fi+1=YjXe-(Xi+1)Ye=Fi,j-Ye若沿+Y方向走一步，则Yj+1=Yj+1Fi,j+1=(Yj+