3 数控装置-插补原理 1.ppt

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1、返回课件首页加工程序译码译码缓冲区刀补处理刀补缓冲区速度预处理插补缓冲区插补处理运行缓冲区伺服驱动位控处理位置反馈PLC控制CNC装置数据转换流程示意图一、概述在数控加工中，一般已知运动轨迹的起点坐标、终点坐标和曲线方程，如何使切削加工运动沿着预定轨迹移动呢？数控系统根据这些信息实时地计算出各个中间点的坐标，通常把这个过程称为“插补”。插补实质上是根据有限的信息完成“数据点的密化”工作。加工各种形状的零件轮廓时，必须控制刀具相对工件以给定的速度沿指定的路径运动，即控制各坐标轴依某一规律协调运动，这一功能为插补

2、功能。平面曲线的运动轨迹需要两个运动来协调；空间曲线或立体曲面则要求三个以上的坐标产生协调运动。第一节  插补原理插补的具体任务：根据进给速度的要求，计算出每一段零件轮廓起点与终点之间所插入中间点的坐标值。---数据点的密化插补算法的选择将直接影响到系统的精度、速度及加工能力。在数控机床加工中，刀具只能以折线去逼近将要加工的曲线轮廓，所以其运动轨迹不是光滑的曲线。为了实现轮廓控制，就必须实时计算出满足零件形状和进给速度要求的介于起点与终点之间的若干个中间点的坐标——插补算法。BAΔx1Δy1Δx2Δy2如图曲

3、线起点A，终点B，在一个插补周期内，计算出一个微小数据段的各坐标分量（Δx,Δy）,经若干插补周期，可计算出从A到B之间的若干个微小直线数据段。目前一般的CNC系统中仅能对直线、圆弧进行插补。在一些高档的CNC系统能完成对椭圆、抛物线、正弦线和样条曲线的插补。ΔxnΔyn插补工作可由硬件逻辑电路或执行软件程序来完成，在CNC系统中，插补工作一般由软件完成，软件插补结构简单、灵活易变、可靠性好。目前普遍应用的两类插补方法为基准脉冲插补和数据采样插补。（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

4、以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多向每一坐标轴输出一个进给脉冲。这个进给脉冲先被转变成电机的转角，然后被转换成工作台的位移——脉冲当量。通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴相互协调运动，从而加工出一定轮廓形状的算法。特点：每次插补的结果仅产生一个单位的行程增量，以单位脉冲的形式输出给步进电动机。每个单位脉冲对应的坐标轴位移量——脉冲当量（二）数据采样插补数据采样插补又称时间增量插补，这类算法插补结果输出的是标准二进制数。这个二进制数表示工作台的的位移量。(与脉冲增量插补算法相比，数据采样插补算法的结果不

5、再是单个脉冲，而是位置增量的数字量。)插补计算是计算机数控系统中实时性很强的一项工作，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；2.采用多CPU的分布式处理；3.采用单台高性能微型计算机。插补方案1.采用软硬件配合的两级插补方案粗插补（软件）——精插补（硬件）为了减轻数控装置的插补负担，将整个插补任务分成两步完成：1.先用插补软件将加工零件的轮廓段按插补周期（10~20ms）分割成若干个微小直线段—粗插补粗插补完成插补任务中的绝大部分计算工作量2.再利用附加的

6、硬件插补器对微小直线段做进一步的细分插补，形成一簇单位脉冲输出—精插补2.采用多个CPU的分布式处理方案模块化：将数控系统的全部功能划分为几个子功能模块，各配置一个独立的CPU来完成其相应功能。通过系统软件来协调各CPU的工作。输入/输出；轮廓插补及进给速度控制；坐标轴伺服；程序编辑和CRT插补方案3.采用单台高性能微型计算机方案处理速度可达2GHz插补方案二、脉冲增量插补(一)逐点比较法0逐点比较法的基本思想问题：已知起点、终点和进给速度，要求沿制定轨迹和进给速度进给到终点。解决策略：盲人走路。基本原理：在

7、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，使刀具沿着坐标轴向减小偏差的方向进给。YYA312E23BOXO1X图3-1圆弧插补轨迹图3-2直线插补轨迹1.逐点比较插补原理一般来说，逐点比较法插补过程可按以下四个步骤进行：图3-3逐点比较法工作循环图偏差判别：根据刀具当前位置，确定进给方向。坐标进给：使加工点向给定轨迹趋进，即向减少误差方向移动。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。根据加工点的当前位置，计算

8、偏差函数值终点判别：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（如图3-3所示）。2.直线插补（1）偏差函数的设计直线方程为：XeY－XYe＝0直线OE为给定轨迹，P（X，Y）为动点坐标，动点与直线的位置关系有三种情况：动点在直线上方、直线上、直线下方。因此，可以构造偏差函数为图3-4动点与直线位置关系YXOE(Xe,Ye)P1P2P(X,Y)1）若P1点在直线上方，则有XeY－XY