數(shù)控系統(tǒng)的插補原理
發(fā)布者：卓東機械 發(fā)布時間：2011/8/6 11:41:50
1．插補的基本概念
零件的輪廓形狀是由各種線型（如直線、圓弧、螺旋線、拋物線、自由曲線等）組成的，因此，如何控制數(shù)控沖床刀具或工件的運動，使加工出的零件滿足幾何尺寸精度和粗糙度的要求，是機床數(shù)控系統(tǒng)的核心問題。如果要求刀具的運動軌跡完全符合工件的輪廓形狀，會使算法變得非常復雜，計算機的工作量也將大大增加。從理論上講，如果已知零件輪廓的方程，如T=f(z)，則z方向增加Ax時，按上式即可計算出△，的值。只要合理地控制A，Ay的值，就可以得到滿足幾何尺寸精度和粗糙度要求的零件輪廓形狀。但用這種直接計算的方法，曲線次數(shù)越高，計算越復雜，占用CPU的時間越多，加工效率也越低，另外，還有一些用離散數(shù)據表示的曲線、曲面等，無法用上述方法進行計算，因此，數(shù)控系統(tǒng)一般不采用這種直接計算的方法。
在實際加工過程中，常常用小段直線或圓弧來逼近（擬合）零件的輪廓曲線，在有些場合也可以用拋物線、橢圓、雙曲線來逼近。所謂插補，就是指數(shù)據密化的過程，即對輸入數(shù)控系統(tǒng)的有限坐標點（例如起點、終點），計算機根據曲線的特征，運用一定的計算方法，自動地在有限坐標點之間生成一系列的坐標數(shù)據，以滿足加工精度的要求。
無論是普通數(shù)控系統(tǒng)（硬件數(shù)控NC系統(tǒng)），還是現(xiàn)代數(shù)控沖床CNC系統(tǒng)，都必須具備插補功能，只是采取的插補方式有所不同。在CNC系統(tǒng)中，一般采用軟件或軟件和硬件相結合的方法完成插補運算，稱為軟件插補；在NC系統(tǒng)中，有一個專門實現(xiàn)插補計算的計算裝置（插補器），稱為硬件插補。軟件插補和硬件插補的原理相同，其作用都是根據給定的信息進行計算，在計算過程中不斷地向各坐標軸發(fā)出相互協(xié)調的進給脈沖，使數(shù)控沖床的被控制部分按指定的軌跡運動。
2．插補方法的分類
根據插補運算所采用的基本原理和計算方法的不同，通常將目前應用的插補算法分為基準脈沖插補和數(shù)據采樣插補兩大類。
(1)基準脈沖插補
基準脈沖插補又稱行程標量插補或脈沖增量插補，適用于以步進電動機為驅動裝置的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。其特點是：每次插補結束后產生一個行程增量，并以脈沖的方式輸出到坐標軸上的步進電動機。單個脈沖使坐標軸產生的移動量叫脈沖當量，一般用6來表示。脈沖當量是脈沖分配的基本單位，按加工精度選定，普通機床取a=0.01mm，較精密的機床取8=0.005mm 0.0025mm或0.OO1mm。由于基準脈沖插補算法只用加法和移位即可完成，故運算速度很快，一般用于中等精度(0.01mm)和中等速度（1-3m/min）的數(shù)控系統(tǒng)。
(2)數(shù)據采樣插補
數(shù)據采樣插補又稱時間標量插補或數(shù)字增量插補，適用于交、直流伺服電機驅動的閉環(huán)（或半閉環(huán)）位置采樣控制系統(tǒng)。這類插補算法的特點是：插補運算分兩步進行。第一步為粗插補，即在給定起點和終點的曲線之間插入若干點，用若干微小直線段來逼近給定曲線，每一微小直線段的長度AL相等，且與給定的進給速度有關。在每一個插補周期中，粗插補程序被調用一次，因而，每一微小直線段的長度AL與進給速度F和插補周期r成正比，即址=FT。粗插補的特點是把給定的曲線用一組直線段來逼近；第二步為精插補，它在粗插補計算出的每一微小直線段的基礎上再作“數(shù)據點的密化”工作。這一步相當于對直線的脈沖增量進行插補。在實際應用中，粗插補由軟件完成，即通常所說的插補運算；精插補可以由軟件完成，也可以由硬件完成。這類插補算法都是采用時間分割的思想，根據程序編制的進給速度，將輪廓曲線分割為采樣周期的進給段（輪廓步長），即用直線或圓弧逼近輪廓曲線。
