1單元-插補(bǔ)原理概述

數(shù)控原理主講教師

何仁琪1單元概論一數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)原理簡介二插補(bǔ)方式的分類本章將介紹在數(shù)控系統(tǒng)中插補(bǔ)概念、原理及分類。插補(bǔ)的概念，了解插補(bǔ)原理熟悉插補(bǔ)兩大類型、特點(diǎn)及其應(yīng)用理解理解線性插補(bǔ)算法基本原理熟悉插補(bǔ)周期與精度、速度的關(guān)系了解插補(bǔ)方式的分類本單元學(xué)習(xí)目標(biāo)一數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)原理簡介1單元概論概述

數(shù)控技術(shù)的基本原理：將被控設(shè)備末端執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)（或多個(gè)末端執(zhí)行部件的合成運(yùn)動(dòng)）納入到適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系中，將所要求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)分解成各坐標(biāo)軸的簡單直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并用一個(gè)滿足精度要求的基本長度單位（BasicLengthUnit，BLU）對(duì)各坐標(biāo)軸進(jìn)行離散化，由電子控制裝置（即數(shù)控裝置）按數(shù)控程序規(guī)定的運(yùn)動(dòng)控制規(guī)律產(chǎn)生與基本長度單位對(duì)應(yīng)的數(shù)字指令脈沖對(duì)各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，并通過伺服執(zhí)行元件加以驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)所要求的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。一數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)原理簡介1概述（1）幾個(gè)基本概念

插補(bǔ)是數(shù)據(jù)密集化的過程。在所需的路徑或輪廓上的兩個(gè)已知點(diǎn)間，根據(jù)某一數(shù)學(xué)函數(shù)確定其中多個(gè)中間點(diǎn)位置坐標(biāo)值的運(yùn)動(dòng)過程。刀具從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)，是由數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件來控制。數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù)(直線起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，圓弧圓心、起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)給速度等）運(yùn)用一定的算法,自動(dòng)的在有限坐標(biāo)點(diǎn)之間形成一系列的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而自動(dòng)的對(duì)各坐標(biāo)軸進(jìn)行脈沖分配，完成整個(gè)線段的軌跡分析，以滿足加工精度的要求。一數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)原理簡介1概述（1）幾個(gè)基本概念

插補(bǔ)

插補(bǔ)是數(shù)控技術(shù)的核心。插補(bǔ)裝置的功用是將期望的設(shè)備運(yùn)動(dòng)軌跡沿各坐標(biāo)軸微分成基本長度單位，并轉(zhuǎn)換成可控制各坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的一系列數(shù)字指令脈沖。一數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)原理簡介1概述（1）幾個(gè)基本概念

驅(qū)動(dòng)：

將插補(bǔ)裝置輸出的數(shù)字指令脈沖進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)由數(shù)字指令脈沖序列規(guī)定的坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，并最終由各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)合成所期望的運(yùn)動(dòng)軌跡。功率放大伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作臺(tái)指令脈沖1概述（1）幾個(gè)基本概念

脈沖當(dāng)量：

對(duì)應(yīng)于插補(bǔ)裝置輸出的每一個(gè)數(shù)字指令脈沖，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)末端執(zhí)行部件所實(shí)現(xiàn)的理論位移被稱為脈沖當(dāng)量，它是系統(tǒng)所能控制的最小位移，又稱系統(tǒng)的控制分辨率，一般取為基本長度單位（BLU）。NC與CNCNC——早期采用硬件數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的數(shù)控。CNC——現(xiàn)代采用微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)控，稱計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，簡稱計(jì)算機(jī)數(shù)控（ComputerNumericalControl，CNC）。CNC是先進(jìn)制造技術(shù)或生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)柔性自動(dòng)化（FMS）計(jì)算機(jī)集成制造（CIM）智能制造（IM）敏捷制造（AM）虛擬制造（VM）……

一、數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)原理簡介1概論1概述（2）插補(bǔ)的特點(diǎn)：插補(bǔ)運(yùn)算的實(shí)時(shí)性——要求計(jì)算速度快插補(bǔ)運(yùn)算的準(zhǔn)確性——要求計(jì)算精度高（3）插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方式：NC硬件插補(bǔ)：硬件數(shù)字電路完成CNC軟件插補(bǔ)：，由軟件實(shí)現(xiàn)（4）插補(bǔ)算法分類：1）脈沖增量插補(bǔ)：①原理：每次插補(bǔ)的結(jié)果僅產(chǎn)生一個(gè)行程增量，以一個(gè)個(gè)脈沖的方式輸出給步進(jìn)電機(jī)。②特點(diǎn)：運(yùn)算結(jié)果以脈沖方式輸出；實(shí)現(xiàn)容易可用硬件，且運(yùn)算速度快；軟件實(shí)現(xiàn)速度受限。③應(yīng)用：只用于中等精度和中等速度，以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。2）數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)：①原理：將加工一段直線或圓弧的整段時(shí)間t細(xì)分為若干相等的時(shí)間間隔，即：單位時(shí)間間隔（插補(bǔ)周期T）。每經(jīng)過T進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，直到加工終點(diǎn)。②特點(diǎn)：插補(bǔ)運(yùn)算分粗插補(bǔ)和精插補(bǔ)兩步完成；粗插補(bǔ)——每個(gè)插補(bǔ)周期的進(jìn)給量或者說小直線段為步長，s越小，精度越高；每經(jīng)過T進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，邊計(jì)算，邊加工；精插補(bǔ)——在粗插補(bǔ)的微小直線段上再做“數(shù)據(jù)密化”工作。③應(yīng)用：只用于閉環(huán)或半閉環(huán)以直流電或交流伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的CNC數(shù)控系統(tǒng)。2線性插補(bǔ)算法

△數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)直線插補(bǔ)算法的基本原理：（1）各坐標(biāo)軸增量計(jì)算：（2）直線長度的計(jì)算：（3）步長系數(shù)的計(jì)算：（4）各坐標(biāo)軸步長的計(jì)算：（5）初始化終點(diǎn)判斷標(biāo)識(shí)邏輯變量：（6）初始化終點(diǎn)判斷變量：（7）插補(bǔ)初始位置：（8）實(shí)時(shí)中斷插補(bǔ)服務(wù)：2線性插補(bǔ)算法△實(shí)用線性插補(bǔ)算法：（1）插補(bǔ)預(yù)處理：

（2）實(shí)時(shí)中斷插補(bǔ)循環(huán)計(jì)算：

3插補(bǔ)周期與精度、速度的關(guān)系（1）插補(bǔ)周期與精度的關(guān)系：插補(bǔ)計(jì)算誤差與插補(bǔ)周期成正比，插補(bǔ)周期越長，插補(bǔ)計(jì)算誤差越大。因此，插補(bǔ)周期盡量短，但須大于插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間與完成其他數(shù)控功能所需時(shí)間之和。（2）曲線數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法的精度：可以看出，插補(bǔ)精度取決于插補(bǔ)周期T、切削速度v和加工曲線最小曲率半徑rmin，T越長，v越高，插補(bǔ)精度越低，同樣，rmin越小，插補(bǔ)精度越低。給定誤差極限來加工曲線：T盡量短，以獲得高的切速；大曲率得高速。

給定加工曲線，T確定后，為保證插補(bǔ)精度，須限制最大切速，加工速度與加工精度總是矛盾的，選擇合適。

二、插補(bǔ)方式的分類數(shù)字脈沖相乘法（MIT）逐點(diǎn)比較法最小偏差法數(shù)