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数控机床控制原理

2013-02-04 08:29 作者:sigan8.com 来源: 雷研传动 浏览: 1,286 次 我要评论 字号:

摘要: 数控机床控制原理 插补的概念 插补的概念及分类 数控机床加工的零件轮廓一般由直线、圆弧组成,也有一些非圆曲线轮廓例如高次曲线、列表曲线、列表曲面等。在加工过程中,刀具或工件的基本位移量是机床坐标轴运动的一个脉冲当量或最小设定单位,因此刀具的运动轨迹是由小线段构...

数控机床控制原理

插补的概念

插补的概念及分类
数控机床加工的零件轮廓一般由直线、圆弧组成,也有一些非圆曲线轮廓例如高次曲线、列表曲线、列表曲面等。在加工过程中,刀具或工件的基本位移量是机床坐标轴运动的一个脉冲当量或最小设定单位,因此刀具的运动轨迹是由小线段构成的折线,不可能严格地沿着刀具所要求的零件轮廓运动,只能用折线逼近所要求的廓形曲线。

机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨迹、进而产生基本廓形的过程称为“插补”,插补其实质就是数控系统根据输入的基本数据,如直线终点坐标值、圆弧起点、圆心、终点坐标值、进给速度等,通过计算,将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指令。插补实际上是根据有限的信息完成数据密化的工作,无论是硬件数控还是CNC数控,插补模块是不可缺少的,能完成插补功能的模块或装置称为插补器。

对插补器的基本要求
插补是数控系统的主要功能,它直接影响数控机床加工的质量和效率。对插补器的基本要求是:

(1)插补所需的原始数据较少。
(2)有较高的插补精度,插补结果没有累计误差,局部偏差不能超过允许的误差(一般应小于规定的分辨率)。

(3)沿进给路线的进给速度恒定且符合加工要求。
(4)硬件线路简单可靠,软件插补算法简捷,计算速度快。

插补分类
插补方法可作如下分类:

1.一次插补器、二次插补器和高次插补器
  这是根据数学模型来划分的,如直线插补就是一次插补,圆或抛物线插补是二次插补等。

2.硬件插补和软件插补
一般,硬件数控的插补模块由数字电路组成,速度较快,但升级不易,柔性较差,称为硬件插补。CNC数控的插补模块由软件来实现,速度虽然没有硬件插补快,但容易升级,成本也较低廉,称为软件插补。

3.基准脉冲插补和数据采样插补

1)基准脉冲插补(又称行程标量插补、脉冲增量插补)
特点是数控装置在每次插补结束后,向相应的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,脉冲的数量代表运动速度。这类插补就是分配脉冲的计算,在插补过程中不断向各坐标轴发出相互协调的进给脉冲,控制机床坐标作相应的移动。

本方法因为只涉及加法和移位计算,实现起来比较简单,容易用硬件实现。比较常用的有:

①数字脉冲乘法器(又称二进制比例乘法器——Binary Rate Multiplier,简称BRM);
②逐点比较法(又称区域判别法);
③数字积分法(简称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单步追踪法;
⑨直接函数法;
⑩加密判别和双判别法。

2)数据采样插补(又称时间标量插补、数字增量插补)
特点是数控装置产生的不是单个脉冲而是二进制字,适用于闭环、半闭环交直流伺服电机驱动的控制系统。它可以划分为两个阶段:

粗插补:用微小的直线段逼近给定的轮廓,该微小的直线段与指令给定的速度有关,常用软件实现。

精插补:在上述微小的直线段上进行“数据点的密化”,这一阶段其实就是对直线的脉冲增量插补,计算简单,可以用硬件或软件实现。

常用的数据采样插补方法有:
①直线函数法;
②扩展DDA法;
③二阶递归扩展DDA法;
④双数字DDA法;
⑤角度逼近圆弧插补法;
⑥改进吐斯丁法。

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