数控机床插补原理.ppt

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1、机械工程系汪彬数控机床插补原理数控机床插补原理与刀具补偿原理1概述2逐点比较法插补3数字积分法4数据采样插补法5刀具半径补偿原理习题1概述1.1插补概念实际加工中零件的轮廓形状是由各种线形(如直线、圆弧、螺旋线、抛物线、自由曲线)构成的。其中最主要的是直线和圆弧。用户在零件加工程序中，一般仅提供描述该线形所必需的相关参数，如对直线，提供其起点和终点；对圆弧，提供起点、终点、顺圆或逆圆、以及圆心相对于起点的位置。为满足零件几何尺寸精度要求，必须在刀具(或工件)运动过程中实时计算出满足线形和进给速度要求的若干中间点(在起点和终点之间)，这就是数控技术中插补(Interpolatio

2、n)的概念。据此可知，插补就是根据给定进给速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓已知点之间，确定一些中间点的方法，这种方法称为插补方法或插补原理。插补计算就是对数控系统输入基本数据(如直线的起点和终点，圆弧的起点、终点、圆心坐标等)，运用一定的算法进行计算，并根据计算结果向相应的坐标发出进给指令。对应每一进给指令，机床在相应的坐标方向移动一定的距离，从而将工件加工出所需的轮廓形状。实现这一插补运算的装置称为插补器。控制刀具或工件的运动轨迹是数控机床轮廓控制的核心，无论是硬件数控(NC)系统，还是计算机数控(CNC)系统，都有插补装置。在CNC中，以软件(即程序)插补或者以硬件和软件联

3、合实现插补；而在NC中，则完全由硬件实现插补。无论哪种方式，其插补原理是相同的。1.2插补的分类1.脉冲增量插补脉冲增量插补(又称基准脉冲插补)就是通过向各个运动轴分配脉冲，控制机床坐标轴作相互协调的运动，从而加工出一定形状零件轮廓的算法。显然，这类插补算法的输出是脉冲形式，并且每次进给产生一个单位的行程增量，故称之为脉冲增量插补。而相对于控制系统发出的每个脉冲信号，机床移动部件对应坐标轴的位移大小，称之为脉冲当量，一般用表示。它标志着数控机床的加工精度，对于普通数控机床一般为0.01mm，对于较精密的数控机床一般为0.005mm、0.0025mm或0.001mm。一般来讲，脉

4、冲增量插补算法较适合于中等精度(如0.01mm)和中等速度(1～3m/min)的CNC系统中。由于脉冲增量插补误差不大于一个脉冲当量，并且其输出的脉冲速率主要受插补程序所用时间的限制，所以，CNC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30μs的处理时间，当系统脉冲当量为0.001mm时，则可得单个运动坐标轴的极限速度约为2m/min。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20m/min，则要求将脉冲当量增大到0.01mm。可见，CNC系统中这种制约关系限制了其精度和速度的提高。2.数据

5、采样插补数据采样插补是使用一系列首尾相连的微小直线段来逼近给定曲线，由于这些微小直线段是根据程编进给速度，按系统给定的时间间隔来进行分割的，所以又称为“时间分割法”插补。该时间间隔即插补周期()。分割后得到的这些微小直线段对于系统精度而言仍是比较大的，为此，必须进一步进行数据点的密化工作。所以，也称微小直线段的分割过程是粗插补，而后续进一步的密化过程是精插补。一般情况下，数据采样插补法中的粗插补是由软件实现，并且由于其算法中涉及到一些三角函数和复杂的算术运算，所以，大多数采用高级语言完成。而精插补算法大多采用脉冲增量插补算法，它既可由软件实现也可由硬件实现，由于相应算术运算较简

6、单，所以软件实现时大多采用汇编语言完成。位置控制周期(Tc)是数控系统中伺服位置环的采样控制周期，对于给定的某个数控系统而言，插补周期和位置控制周期是两个固定不变的时间参数。通常Ts≥Tc，并且为了便于系统内部控制软件的处理，当Ts与Tc不相等时，则一般要求Ts是Tc的整数倍。由于插补运算较复杂，处理时间较长，而位置环数字控制算法较简单，处理时间较短，所以，每次插补运算的结果可供位置环多次使用。现假设程编进给速度为F，插补周期为Ts，则可求得插补分割后的微小直线段长度为(暂不考虑单位)：ΔL＝FTs插补周期对系统稳定性没有影响，但对被加工轮廓的轨迹精度有影响，而控制周期对系统稳

7、定性和轮廓误差均有影响，因此，选择Ts是主要从插补精度方面考虑，而选择Tc则从伺服系统的稳定性和动态跟踪误差两方面考虑。按插补周期将零件轮廓轨迹分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段进一步进行数据密化，将对应的位置增量数据(如、)，再与采样所获得的实际位置反馈值相比较，求得位置跟踪误差。位置伺服软件就根据当前的位置误差计算出进给坐标轴的速度给定值，并将其输送给驱动装置，通过电动机带动丝杠和工作台朝着减少误差的方向运动，以保证整个系统的加工精度。由于这类算法的插补结果不再是单个脉冲，而是