數(shù)控機床的插補軟件設計(編輯修改稿)
2024-08-24 22:01 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 增量，并以指令脈沖形式輸入以驅(qū)動個坐標軸的進給，同時控制每次插補輸出的坐標位移增量不大于系統(tǒng)的脈沖當量，即每次插補輸出的指令脈沖或者是一個，或者沒有。因此，在運動軌跡的起點和終點之間，中間點個數(shù)是已知的，插補循環(huán)次數(shù)也是已知的，通過控制每次脈沖循環(huán)的時間，就可控制總插補時間，從而控制運動速度。 基準脈沖插補主要用于步進電動機驅(qū)動的開環(huán)系統(tǒng)，也用于數(shù)據(jù)采樣插補中的精插補。基準脈沖插補的方法很多，有脈沖乘法器法、逐點比較法、數(shù)字積分法、最小偏差法、單步追蹤法等等，其中應用較多的逐點比較法和數(shù)字積分法。逐點比較法式我國數(shù)控機床中廣泛采用的一種插補方法，它能實現(xiàn)直線、圓弧和非圓二次曲線的插補，插補精度較高。逐點比較法，顧名思義，就是每走一步都將加工的瞬時坐標同規(guī)定的圖形軌跡相比較，判斷其偏差，然后決定下一步的走向，如果加工點走到圖形外面去了，那么下一步就要向圖形里面走，以縮小偏差。這樣就能得出一個非常接近規(guī)定圖形的軌跡，最大偏差不超過一個脈沖當量。其工作流程是：1） 首先判斷刀具當前位置與要求的運動軌跡的偏離情況。具體方法是根據(jù)要求的運動軌跡設計一個偏差函數(shù)，概偏差函數(shù)是刀具坐標的函數(shù)，其函數(shù)值反映出偏差情況。2） 根據(jù)偏差判別的結(jié)果，發(fā)出一個進給指令脈沖，控制刀具沿相應坐標軸產(chǎn)生一個脈沖當量的位移。3） 用新的刀具位置坐標重新計算偏差函數(shù)的值，并判斷刀具是否到達軌跡的終點。 逐點比較法插補循環(huán)一般由偏差判別、坐標進給、偏差函數(shù)計算和終點判別四個工作節(jié)拍組成。 數(shù)字積分法插補是用數(shù)字積分的方法計算刀具沿各坐標軸的移動量，從而使刀具沿著設定的曲線運動。實現(xiàn)數(shù)字積分插補計算的裝置稱為數(shù)字積分器，或數(shù)字微分器(Digital Differential Analyzer, DDA)，數(shù)字積分器可以用軟件來實現(xiàn)。數(shù)字積分器具有運算速度快，脈沖分配均勻，可以實現(xiàn)一次、二次曲線的插補和各種函數(shù)運算，而且易于實現(xiàn)多坐標聯(lián)動，但傳統(tǒng)的DDA插補法也有速度調(diào)節(jié)不方便，插補精度需要采取一定措施才能滿足要求的缺點，不過目前CNC數(shù)控系統(tǒng)中多采用軟件實現(xiàn)DDA插補時，可以很容易克服以上缺點，所以DDA插補是目前使用范圍很廣的一種插補方法。它的基本原理可以用圖1所示的函數(shù)積分表示，從微分幾何概念來看，從時刻0到時刻t求函數(shù)y=f(t)曲線所包圍的面積時，可用積分公式： 如果將0~t的時間劃分成時間間隔為Δt的有限區(qū)間，當Δt足夠小時，可得近似公式：式中yi1為t=ti1時f(t)的值，此公式說明：積分可以用數(shù)的累加來近似代替，其幾何意義就是用一系列小矩形面積之和來近似表示函數(shù)f(t)下面的面積，y圖1 數(shù)字積分原理Δty=f(t)ti1tiyOt如果在數(shù)字運算時，用取Δt為基本單位“1”，：如果系統(tǒng)的基本單位Δt設置得足夠小，那么就可以滿足我們所需要的精度。 一般地，每個坐標方向需要一個被積函數(shù)寄存器和一個累加器，它的工作過程可用圖2表示： 被積分函數(shù)寄存器 + 累加器圖2 數(shù)值積分器工作過程被積函數(shù)寄存器用以存放坐標值f(t)，累加器也稱余數(shù)寄存器用于存放坐標的累加值。每當Δt出現(xiàn)一次，被積函數(shù)寄存器中的f(t)值就與累加器中的數(shù)值相加一次，并將累加結(jié)果存放于累加器中，如果累加器的容量為一個單位面積，被積函數(shù)寄存器的容量與累加器的容量相同，那么在累加過程中每超過一個單位面積累加器就有溢出，當累加次數(shù)達到累加器的容量時，所產(chǎn)生的溢出總數(shù)就是要求的總面積，即積分值。3 拋物線插補 本文僅以拋物線為例分別作逐點比較法和數(shù)字積分法插補過程探討及vb其插補仿真。逐點比較插補法不僅對直線和圓弧進行插補，同時對拋物線以及其它能用方程式表達的線型均能進行插補。這一研究對加工各種復雜曲線是非常有作用的。 逐點比較插補法拋物線插補原理 如圖 3 所示，要加工第一象限的拋物線，原點O 為起點，A（xe，ye）點為終點，Pi（xi，yi）點為加工動點。若 Pi點在拋物線上則下式成立：圖3 第一象限拋物線進給原則選擇偏差函數(shù) Fi為根據(jù)動點所在區(qū)域的不同， 有三種情況： Fi＞0，動點在拋物線的上方；Fi=0，動點在拋物線上；Fi＜0，動點在拋物線的下方。把 Fi＞0 和 Fi =0 合在一起考慮，按如下原則，就可以實現(xiàn)第一象限的拋物線的插補：Fi≥0 時，向+X 進給一步；當 Fi＜0時，向+Y 方向進給一步。 當 Fi≥0 時，向+X 進給一步，加工點由 Pi（xi，yi）移動到 Pi+1（xi+1，yi） ，則新加工點的偏差 Pi+1的偏差為當 Fi＜0 時，向+Y 進給一步，加工點由 Pi（xi，yi）移動到Pi+1（xi，yi+1） ，則新加工點的偏差 Pi+1 的偏差為 前面討論了拋物線插補的原理，同直線和圓弧相同， 拋物線插補每進給一步，也要進行4 個節(jié)拍的工作。 （1） 偏差判別 根據(jù)加工偏差確定加工點相對于規(guī)定拋物線的位置，以決定進給方向。 （2） 坐標進給 控制電機向判定的方向進給一步，以便于加工點逼近規(guī)定的拋物線。即：
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