（精）数控机床插补原理.ppt

引子 1.插补概述 2.逐点比较法 谢谢各位领导、老师！ * 轮廓插补原理 数控原理及系统 第四章 在数控程序中经常会有以下几个语句： G01 X__Y__; G02 X_Y_I_J_F_; G03 X_Y_R_F_; 直线插补 顺圆插补 逆圆插补 o E x y A 图1 o E x y A 图2 o E y A x 图3 圆弧插补 ?插补？？ 1.1插补的基本概念 插补有两层意思： 一是用小线段逼近产生基本线型（如直线、圆弧等）； 二是用基本线型拟合其它轮廓曲线。 输入输出处理控制 位置控制 程序输入 译 码 插 补 显 示 诊 断 数据处理 图4 CNC装置工作流程： 数控系统根据零件轮廓线型的有限信息，计算出刀具的一系列加工点、用基本线型拟合，完成所谓的数据“密化”工作。 o H x y A 图4 o H x y A 图5 B C D E F G C B D E G D F G 原来不是弧线，而是许多小直线！ 为什么我们看到的不是阶梯运动而是直线运动呢？ 算法重要！影响精度和速度！ 1.2插补的分类 可分为两大类：脉冲增量插补算法和数据采样插补算法。 1.2.1脉冲增量插补算法 这类插补算法是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。 脉冲增量插 补 X向单位脉冲 Y向单位脉冲 X步进电机 Y步进电机 X轴移动一个脉冲当量△X Y轴移动一个脉冲当量△Y A △X △Y △Y △X △X B 脉冲增量插补算法比较简单，仅需加法和移位操作就可完成。比较容易用硬件和软件实现，而且插补误差不大于一个脉冲当量。但其输出的脉冲速率主要受限于插补程序所用的时间，如一次算法程序耗时40微秒，脉冲当量为0.001mm，则轴运动最大速度为1.5m/min，若要到15m/min，则需脉冲当量为0.01mm,故限制了其精度和速度的提高。一般而言，脉冲增量插补算法较适合于中等精度和中等速度的机床数控系统。 1.2插补的分类 1.2.2脉冲增量插补算法分类 1、数字脉冲乘法器插补法 2、逐点比较法 3、数字积分法(DDA法) 4、矢量判别法 5、比较积分法 6、最小偏差法 7、目标点跟踪法 8、直接函数法 9、单步跟踪法 10、加密判别和双判别插补法 11、Bresenham算法 …………………………… ●早期常用的脉冲增量式插补算法有逐点比较法、单步跟踪法、DDA法等。插补精度常为一个脉冲当量，DDA法还伴有运算误差。 ●80年代后期插补算法有：改进逐点比较法、直接函数法、最小偏差法等，使插补精度提高到半个脉冲当量，但执行速度不很理想，在插补精度和运动速度均高的CNC系统中应用不广。 ●近年来的插补算法有改进的最小偏差法，映射法。兼有插补精度高和插补速度快的特点。 总的说来，最小偏差法插补精度较高，且有利于电机的连续运动。 脉冲增量插补算法 1.2插补的分类 1.2.3数据采样插补算法 又称时间标量插补，是根据数控加工程序编写的进给速度，先将零件轮廓曲线按插补周期分割为一系列首尾相连的微小直线段，然后输出这些微小直线段对应的位置增量数据，用以控制系统实现坐标进给。 ●与脉冲增量插补算法相比，数据采样插补算法的结果不是单个脉冲，而是位置增量的数字量，是标准二进制数； ●这类算法适用于以直流或交流伺服电动机作为执行元件的闭环或半闭环数控系统。 插补程序 X坐标轴的位置增量/本周期 Y坐标轴的位置增量/本周期 X轴位置 Y轴位置 X轴实际位置 采样反馈 Y轴实际位置 采样反馈 比较 比较 X轴位置跟踪误差 Y轴位置跟踪误差 伺服位置控制软件 X轴速度 Y轴速度 X驱动 Y驱动 1.2插补的分类 1.2.4数据采样插补算法分类 1、直接函数法 2、扩展数字积分法 3、二阶递归扩展数字积分圆弧插补法 4、圆弧双数字积分插补法 5、角度逼近圆弧插补法 6、“改进吐斯丁”（Improved Tustin Method ――ITM）法 ……………… ……………… 数据采样插补算法 数控系统是一个多任务控制装置，不仅要插补，还要存储数据、监视机床等。一般要求插补程序占用时间不大于计算机在一个插补周期工作机时的30%-40%。当CNC系统选用数据采样插补算法时，特别是当插补频率较低，大约在50-125Hz时，插补周期约为8-20ms。在这种插补频率下，数控系统可达到的最大轨迹速度可达10m/min以上，也就是说数据采样插补程序的运行时间已不再是限制加工速度的主要因素。加工速度的上限将取决于圆弧轮廓插补过程中的弦误差以及伺服系统的动态响应特性。 提高插补计算速度的改进方案： 1.采用软/硬件结合的两级插补方案; 2.采用多CPU的分布式处理方案; 3.采用单台高性能微型计算机方案。 2.1逐点比较法的