- 相關(guān)推薦
機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)算法
機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)算法
摘 要：本文對(duì)影響機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)效率和精度的核心技術(shù)，即機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)算法進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：機(jī)床數(shù)控系統(tǒng) 插補(bǔ) 算法
一、插補(bǔ)算法決定數(shù)控系統(tǒng)加工效率和
精度
在機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)控制分為點(diǎn)位控制、直線控制和輪廓控制三類。
點(diǎn)位控制又稱為點(diǎn)到點(diǎn)控制，能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)位置到另一個(gè)位置的精確移動(dòng)，即準(zhǔn)確控制移動(dòng)部件的終點(diǎn)位置，但并不考慮其運(yùn)動(dòng)軌跡。
直線控制除了控制終點(diǎn)坐標(biāo)值之外，同時(shí)還要保證運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線，這類運(yùn)動(dòng)不僅控制終點(diǎn)位置的準(zhǔn)確定位，還要控制運(yùn)動(dòng)速度。
輪廓控制既要保證終點(diǎn)坐標(biāo)值，還要保證運(yùn)動(dòng)軌跡在兩點(diǎn)間沿一定的曲線運(yùn)動(dòng)，即這類運(yùn)動(dòng)必須保證至少兩個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)控制。
數(shù)控系統(tǒng)基本都有兩軸及多軸聯(lián)動(dòng)的功能。
數(shù)控系統(tǒng)是根據(jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照編制好的控制算法來控制運(yùn)動(dòng)的。
其數(shù)控系統(tǒng)不同，功能和控制方案也不同，所以數(shù)控系統(tǒng)的控制算法是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，對(duì)系統(tǒng)的精度和速度影響很大。
插補(bǔ)是數(shù)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡控制的核心。
數(shù)控裝置根據(jù)輸入的零件程序的信息，將程序段所描述的曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)之間的空間進(jìn)行數(shù)據(jù)密化，從而形成要求的輪廓軌跡，對(duì)于簡單的曲線，數(shù)控系統(tǒng)比較容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于較復(fù)雜的形狀，若直接生成算法會(huì)變得很復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的工作量也會(huì)很大。
因此可以采用小段直線或者圓弧去擬合，這種“數(shù)據(jù)密化”機(jī)能就是插補(bǔ)。
插補(bǔ)的任務(wù)就是根據(jù)輪廓形狀和進(jìn)給速度的要求，在一段輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，計(jì)算出若干個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)值。
插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)就是“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”。
因此，在輪廓控制系統(tǒng)中，加工效率和精度取決于插補(bǔ)算法的優(yōu)劣。
二、插補(bǔ)算法體現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)
1.插補(bǔ)算法的研究途徑
目前對(duì)插補(bǔ)方算法的研究有：一是基于圓弧參數(shù)方程的、以步進(jìn)角為中間變量的新型圓弧插補(bǔ)算法;結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值運(yùn)算的特點(diǎn)，改進(jìn)了距離終點(diǎn)判別方法，利用下一插補(bǔ)點(diǎn)與插補(bǔ)終點(diǎn)的距離作為終點(diǎn)判別依據(jù)。
二是割線進(jìn)給代替圓弧進(jìn)給的插補(bǔ)方法和遞推公式，這種方法計(jì)算簡便、快速，容易達(dá)到精度要求，避免了原來算法的近似取值的缺點(diǎn)，能夠提高數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)精度和加工效率。
三是距離判斷、角度判斷以及符號(hào)判斷的圓弧插補(bǔ)終點(diǎn)判斷方法。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，在一般加減速速度條件下，這種方法可以實(shí)現(xiàn)圓弧插補(bǔ)、整圓插補(bǔ)的終點(diǎn)判斷。
2.插補(bǔ)算法決定了路徑誤差
插補(bǔ)算法一般由插入器和升降速算法組成。
插補(bǔ)算法的最終結(jié)果是以良好的內(nèi)插值替換的，然后通過譯成指令對(duì)位置進(jìn)行循環(huán)控制，即控制機(jī)床主軸的運(yùn)動(dòng)，對(duì)未加工材料進(jìn)行加工。
在常規(guī)的插補(bǔ)算法中，每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)距離是沿著X、Y、Z軸計(jì)算，并通過升降速實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
在這種情況下，路徑誤差是由插補(bǔ)生成的理想曲線輪廓和實(shí)際沿X、Y、Z軸升降速的步進(jìn)間距組成的。
最終這種路徑誤差體現(xiàn)在實(shí)際的數(shù)控加工過程中。
另外，路徑誤差呈現(xiàn)出的不同誤差情況還取決于不同的升降速方法。
3.插補(bǔ)信息提供了滿足各種特征的功能
如果數(shù)控程序被計(jì)算機(jī)數(shù)控的主CPU解讀，有關(guān)插補(bǔ)點(diǎn)與進(jìn)給速度的信息都將傳送到包括運(yùn)動(dòng)控制器在內(nèi)的插補(bǔ)程序中。
這種插補(bǔ)程序不僅提供直線、圓弧插補(bǔ)功能，還可以提供螺旋、漸開線、樣條等插補(bǔ)功能，以便更好地滿足未加工材料的二維、三維各種特征的需要。
插補(bǔ)程序包括生成理想曲線的插入器和用于輸出的升降速算法。
在沿軸心運(yùn)動(dòng)的控制中，升降速算法能使機(jī)械系統(tǒng)在開始或減慢軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)不受振動(dòng)或沖擊。
4.常規(guī)插補(bǔ)算法體現(xiàn)其優(yōu)越性
常規(guī)插補(bǔ)算法廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，插入器首先要計(jì)算出沿理想曲線的運(yùn)動(dòng)距離以及在笛卡爾坐標(biāo)下偏離X、Y、Z軸的偏置值。
在每個(gè)采樣周期內(nèi)，它要計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)零件沿理想輪廓曲線移動(dòng)的距離，以及在同一插補(bǔ)程序采樣周期和給定的進(jìn)給速度下，在單位時(shí)間內(nèi)零件沿X、Y、Z軸移動(dòng)的距離。
然后，將計(jì)算出的這些微小距離增量傳送到升降速算法器中，使其在運(yùn)動(dòng)控制中的輸出量能很好地由輸入指令傳送到插入器中。
常規(guī)插補(bǔ)算法的優(yōu)越性體現(xiàn)在其簡單易行的插入器和升降速算法。
這是因?yàn)樗?常規(guī)插補(bǔ)算法)實(shí)現(xiàn)了徹底的獨(dú)立插補(bǔ)。
在常規(guī)的插補(bǔ)算法中，升降速算法相當(dāng)于一個(gè)低通濾波，使各軸之間產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)，最終協(xié)調(diào)出各自的一個(gè)沿X、Y、Z軸的步長距離，產(chǎn)生誤差。
這個(gè)路徑誤差最終表現(xiàn)為與理想曲線和實(shí)際加工曲線都不同的一條曲線。
此外，這種算法能根據(jù)不同的升降速算法呈現(xiàn)出不同的路徑誤差類型。
總之，為了使數(shù)控系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其功能，高速高精度的插補(bǔ)算法一直是國內(nèi)外科研人員研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
因此插補(bǔ)算法將成為未來數(shù)控系統(tǒng)中不可或缺的核心技術(shù)。
【機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)算法】相關(guān)文章：
小魚插插樂的教案10-09
插防火旗簡報(bào)07-02
臥式加工中心數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究論文10-08
豬鼻子插蔥作文10-10
補(bǔ)優(yōu)秀作文03-02
淺析基于PC的開放式數(shù)控系統(tǒng)論文10-08
自動(dòng)排課算法的分析論文10-11