數(shù)控機床插補原理

在實際加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬別，嚴格說來，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應該準確地依照工件的輪廓形狀來生成，對于簡單的曲線數(shù)控系統(tǒng)可以比較容易實現(xiàn)，但對于較復雜的形狀，若直接生成會使算法變得很復雜，計算機的工作量也相應地大大增加，因此，實際應用中，常采用一小段直線或圓弧去進行擬合就可滿足精度要求(也有需要拋物線和高次曲線擬合的情況)，這種擬合方法就是“插補”，實質(zhì)上插補就是數(shù)據(jù)密化的過程。

插補的任務是根據(jù)進給速度的要求，在輪廓起點和終點之間計算出若干個中間點的坐標值，每個中間點計算所需時間直接影響系統(tǒng)的控制速度，而插補中間點坐標值的計算精度又影響到數(shù)控系統(tǒng)的控制精度，因此，插補算法是整個數(shù)控系統(tǒng)控制的核心。

插補算法經(jīng)過幾十年的發(fā)展，不斷成熟，種類很多。一般說來，從產(chǎn)生的數(shù)學模型來分，主要有直線插補、二次曲線插補等；從插補計算輸出的數(shù)值形式來分，主要有脈沖增量插補(也稱為基準脈沖插補)和數(shù)據(jù)采樣插補[26]。脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補都有個自的特點，本文根據(jù)應用場合的不同分別開發(fā)出了脈沖增量插補和數(shù)據(jù)采樣插補。

1、數(shù)字積分插補

數(shù)字積分插補是脈沖增量插補的一種。下面將首先闡述一下脈沖增量插補的工作原理。

2、脈沖增量插補

脈沖增量插補是行程標量插補，每次插補結束產(chǎn)生一個行程增量，以脈沖的方式輸出。這種插補算法主要應用在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，在插補計算過程中不斷向各坐標軸發(fā)出互相協(xié)調(diào)的進給脈沖，驅(qū)動電機運動。一個脈沖所產(chǎn)生的坐標軸移動量叫做脈沖當量。脈沖當量是脈沖分配的基本單位，按機床設計的加工精度選定，普通精度的機床一般取脈沖當量為：0.01mm，較精密的機床取1 或0.5 。采用脈沖增量插補算法的數(shù)控系統(tǒng)，其坐標軸進給速度主要受插補程序運行時間的限制，一般為1~3m/min。

脈沖增量插補主要有逐點比較法、數(shù)據(jù)積分插補法等。

逐點比較法最初稱為區(qū)域判別法，或代數(shù)運算法，或醉步式近似法。這種方法的原理是：計算機在控制加工過程中，能逐點地計算和判別加工偏差，以控制坐標進給，按規(guī)定圖形加工出所需要的工件，用步進電機或電液脈沖馬達拖動機床，其進給方式是步進式的，插補器控制機床。逐點比較法既可以實現(xiàn)直線插補也可以實現(xiàn)圓弧等插補，它的特點是運算直觀，插補誤差小于一個脈沖當量，輸出脈沖均勻，速度變化小，調(diào)節(jié)方便，因此在兩個坐標開環(huán)的CNC系統(tǒng)中應用比較普遍。但這種方法不能實現(xiàn)多軸聯(lián)動，其應用范圍受到了很大限制。