数控技术(华科大)第4章 数控机床的工作原理课件.ppt

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1、第4章数控机床的工作原理在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。插补（interpolation）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。也可以说，已知曲线上的某些数据，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”。4.1概述4.1.1插补的概念插补的实质数控装置向各坐标提供相互协调的进给脉冲，伺服系统根据进给脉冲驱动机床各坐标轴运动。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

2、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，对应每个脉冲，机床在响应的坐标方向上移动一个脉冲当量的距离，从而将工件加工出所需要轮廓的形状。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。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。插补器的分类4.1.2插补方法的分类特点：每次

3、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。仅适用于一些中等精度或中等速度要求的计算机数控系统1.基准脉冲插补（行程标量插补或脉冲增量插补）主要的脉冲增量插补方法数字脉冲乘法器插补法逐点比较法数字积分法矢量判别法比较积分法最小偏差法目标点跟踪法单步追踪法直接函数法加密判别和双判别插补法2.数字采样插补（数据增量插补）特点：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

4、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、半闭环以直流和交流伺服电机为驱动装置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扩展数字积分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”（ImprovedTustinMethod-ITM）法4.2基准脉冲插补基本思路：每走一步都要将加工点的瞬间时坐标与规定的图形轨迹相比较，判断其偏差，然后决

5、定下一步的走向。如果加工点走到图形外面，下一步就要向图形里面走；如果加工点走到图形里面，下一步就要向图形外面走，以缩小偏差，这样就能得到一个非常接近规定图形的轨迹，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->新偏差判别->终点比较4.2.1逐点比较插补法1.逐点比较插补法直线插补P点在直线上方，则有：P点在直线上，则有：P点在直线下方，则有：如图所示直线OA和点P（Xi，Yi），A点（Xe，Ye）。（1）偏差判别方程式：（2）坐标进给和计算Fi,i>=0时，向＋x方向走一步。Fi,

6、i<0时，向＋y方向走一步。OyF>=0F<0x（3）终点判断•每走一步判断最大坐标的终点坐标值（绝对值）与该坐标累计步数坐标值之差是否为零，若为零，插补结束。•总步数为：N=Xa+Ya。逐点比较法直线插补流程例4-1插补直线OA，A（5，3）序号偏差判别进给方向偏差计算终点判别0F0,0＝0,Xe=5,Ye=3n=0,N=81F0,0＝0+XF1,0＝F0,0－Ye＝-3n=12F1,0＝-3<0+YF1,1＝F1,0＋Xe＝2n=1+1=20+XF2,1＝F1,1－Ye＝-1

7、n=2+1=30+XF3,2＝F2,2－Ye＝1n=4+1=50+XF4,2＝F3,2－Ye＝-2n=5+1=60+XF5,3＝F4,3－Ye＝0n=7+1=8=N直线OA插补轨迹例.插补直线OA，A（4,5）序号偏差判别进给方向偏差计算终点判别0F0,0＝0,Xe=4,Ye=5n=0,N=91F0,0

8、＝0+XF1,0＝F0,0－Ye＝-5n=12F1,0＝-5<0+YF1,1＝F1,0＋Xe＝-1n=1+1=20+XF2,2＝F1,2－Ye＝-2n=3+1=40+XF3,3＝F2,3－Ye＝-3n=5+1=6