何雪明第4章 数控机床的工作原理41.ppt

第4章 数控机床的工作原理 在数控机床中，只能用 折线轨迹逼近所要加工的曲线。 插补定义：机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。 按照某种算法计算已知 点之间的中间点的方法，也称 为“数据点的密化”。 插补的实质： 在一个线段的起点和终点之间 进行数据点的密化。 数控装置的关键问题： 根据控制指令和数据进行脉冲数目分配的运算（即插补计算），产生机床各坐标的进给脉冲。 插补计算就是数控装置根据输入的基本数据，通过计算，把工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给脉冲。 插补器的分类 硬件插补器 由专门设计的数字逻辑电路组成。 插补速度快，升级不易，柔性较差。 软件插补器 通过软件（编程）实现插补功能。 插补速度比硬件插补器慢，但成本低、柔性强，结构简单，可靠性好。 特点：每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，每个脉冲代表了最小位移，脉冲序列的频率代表了坐标运动速度，而脉冲的数量表示移动量。 适用于一些中等精度或中等速度要求的数控系统 逐点比较法 数字积分法 比较积分法 矢量判别法 最小偏差法 目标点跟踪法 单步追踪法 直接函数法 数字脉冲乘法器插补法 加密判别和双判别插补法 2. 数据采样插补（时间标量或数字增量插补） 特点： 数控装置产生的不是脉冲，而是标准的二进制字 插补运算分两步完成。 （1）粗插补 在给定起点和终点的曲线之间插入若干个点，即用若干条微小直线段逼近给定曲线，每一微小直线段的长度都相等，且与给定速度有关。 （2）精插补 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，相当于对直线的脉冲增量插补。 适用于闭环、半闭环的位置采样控制系统 主要的数字增量插补方法 直线函数法 时间分割法 扩展数字积分法 递归函数计算法 二阶递归扩展数字积分插补法 双数字积分插补法 角度逼近圆弧插补法 “改进吐斯丁”（Improved Tustin Method-ITM）法 4.2 基准脉冲插补4.2.1 逐点比较插补法 基本思路：每走一步都要将加工点的瞬时坐标与规定的图形轨迹相比较，判断其偏差，然后决定下一步的走向。最大偏差不超过一个脉冲当量。 四个步骤：偏差判别-坐标进给-新偏差计算-终点判别 1. 逐点比较插补法直线插补 无论在哪个象限，逐点比较直线插补法均采用直线坐标的绝对值计算。 顺圆插补 若Fi≥0，规定向-Y方向 走一步 若Fi0，规定向+X方向 走一步 , （1）分别处理法 四个象限的直线插补，会有4组计算公式，对于4个象限的逆时针圆弧插补和4个象限的顺时针圆弧插补，会有8组计算公式 （2）坐标变换法 用第一象限逆圆插补的偏差函数进行第三象限逆圆和第二、四象限顺圆插补的偏差计算，用第一象限顺圆插补的偏差函数进行第三象限顺圆和第二、四象限逆圆插补的偏差计算。 数字积分法也称为数字微分分析法，是在数字积分器的基础上建立起来的。 基本原理：利用数字积分的方法，计算刀具沿各坐标轴的位移，使得刀具沿着所加工的曲线运动。 优点：运算速度快，脉冲分配均匀，容易实现多坐标联动。 缺点：速度调节不便，插补精度需要采用一定措施才能满足要求。 设置一个累加器，并且假设累加器的容量为一个单位面积。 用该累加器来实现累加运算，那么在累加过程中超过一个单位面积时就必然产生溢出，即产生一个溢出脉冲。 累加过程中所产生的溢出脉冲总数就是所求的近似值，或者说所要求的积分近似值。 平面直线插补器由两个数字积分器组成，每个积分器由累加器和被积函数寄存器组成。 终点坐标值存放在被积函数寄存器中。 工作过程：每发出一个插补迭代脉冲，使kxe和kye向各自的累加器里累加一次，累加的结果有无溢出脉冲取决于累加器的容量和kxe、kye的大小。 由于KXe= Xe/2n，运算的方法为：保持数字Xe不变，只需把数Xe往左移动n位即可得到KXe（小数点左移n位）。 被积函数寄存器Jvx内装的Kxe，可改为只装Xe即可。 同理：被积函数寄存器JVY内装的KYe 可为Ye。 终点计数器JE 开始： JE =0 每进行一次加法运算， JE +1 当JE=2n时运算停止。 坐标值x、y存入被积函数寄存器JVx、JVy的对应关系与直线正好相反，JVx存放着y，JVy存放着x。 直线插补时，寄存器中始终存放着终点的坐标值，为常数，而圆弧插补寄存器中初始存放着起点坐标