數(shù)控插補(bǔ)軟件設(shè)計文獻(xiàn)綜述格式(編輯修改稿)
2024-08-31 01:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的數(shù)控技術(shù)已有四十多年的發(fā)展歷史，其間經(jīng)歷起步、停滯、引進(jìn)和消化、開發(fā)和創(chuàng)新等幾個階段〔5，6〕。從1958年起，一些科研院所、高等學(xué)校和少數(shù)機(jī)床廠開始進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)的研制和開發(fā)。由于受到當(dāng)時國產(chǎn)電子元器件、加工工藝技術(shù)落后、部門經(jīng)濟(jì)等因素的制約，未能取得較大的發(fā)展，科研和生產(chǎn)基本處于停滯狀態(tài)。1980年開始，我國先后從日本和德國引進(jìn)數(shù)控制造技術(shù)合作生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，打破了國產(chǎn)數(shù)控技術(shù)徘徊不前的局面。此后，經(jīng)過“六五”(1981一1985)的技術(shù)引進(jìn)、散件組裝，“七五”(1986一1990)期間的消化吸收、國產(chǎn)化，“八五”(1991一1995)國家組織的科技攻關(guān)和“九五”(1996一2000)國家組織的產(chǎn)業(yè)攻關(guān)，使我國的數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)獲得了質(zhì)的飛躍，開發(fā)出一批具有自主版權(quán)的中高檔數(shù)控系統(tǒng)。中國珠峰數(shù)控公司的中華I型(型號CME988)采用工業(yè)PC機(jī)作為主控板(IPC486DX/33)，CPU為 32bit486微處理器，實現(xiàn)了多功能控制系統(tǒng)。北京航天數(shù)控集團(tuán)自行開發(fā)的航天I型(型號以SNUCgH砒)采用與通用PC機(jī)體系結(jié)構(gòu)兼容的總線式、模塊化、開放型嵌入式結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了典型的前后結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，較好地解決了實時多過程控制。華中理工大學(xué)開發(fā)的華中I型(NHCI)以32位工控機(jī)為硬件主體，配置了具有曲面造型與自動編程的CAD功能軟件，能進(jìn)行復(fù)雜曲面的造型、數(shù)控加工規(guī)劃、NC程序生成、干涉檢驗和加工仿真，并實現(xiàn)了曲面直接插補(bǔ)功能。此外，中科院沈陽計算所研制的藍(lán)天I型、北京航空航天大學(xué)的CH2010也都是基于PC平臺的數(shù)控系統(tǒng)，各具特色。這些擁有自主版權(quán)的高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成功，表明我國已經(jīng)具備開發(fā)、生產(chǎn)中、高檔數(shù)控系統(tǒng)的能力，打破了過去巴統(tǒng)禁運(yùn)的限制，為我國高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了技術(shù)支撐，在技術(shù)上和戰(zhàn)略上都具有重要意義。數(shù)控系統(tǒng)中的插補(bǔ)技術(shù) 插補(bǔ)模塊是整個數(shù)控系統(tǒng)中極其重要的功能模塊之一。在數(shù)控加工中，首先根據(jù)工件設(shè)計圖和加工工藝要求編寫出零件加工程序，然后將其輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)軟件的譯碼和預(yù)處理后，根據(jù)設(shè)定參數(shù)開始進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算處理，得到刀位點位置等數(shù)據(jù)。伺服系統(tǒng)根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)控制各坐標(biāo)軸的運(yùn)動，從而獲得所要求的刀具位置姿態(tài)和運(yùn)動軌跡，加工出所要求的工件外形（1，11）。具體而言，插補(bǔ)就是根據(jù)零件輪廓尺寸，結(jié)合精度和工藝等方面的要求，按照一定的數(shù)學(xué)方法在理想的軌跡或輪廓上的已知點之間確定一些中間點，從而逼近理想工件外形輪廓。換句話說，插補(bǔ)過程就是對給定曲線進(jìn)行“數(shù)據(jù)點的密化”過程。插補(bǔ)算法的選擇將直接影響到系統(tǒng)的精度、速度和加工能力。在早期的數(shù)控系統(tǒng)中，插補(bǔ)過程由專門的數(shù)字邏輯電路完成。這種用硬件實現(xiàn)的插補(bǔ)的運(yùn)算速度很快，但是靈活性較差。目前，隨著計算機(jī)水平的提高，在CNC系統(tǒng)中，插補(bǔ)功能大多采用軟件的方法來實現(xiàn)。對插補(bǔ)算法的一般要求有:插補(bǔ)所需的原始數(shù)據(jù)較少。算法簡單，運(yùn)算速度快。插補(bǔ)精度高，沒有累積誤差。能控制進(jìn)給速度。插補(bǔ)技術(shù)是CNC系統(tǒng)實現(xiàn)軌跡控制的基礎(chǔ)，插補(bǔ)運(yùn)算是CNC系統(tǒng)軟件實現(xiàn)運(yùn)動控制的核心模塊。它依據(jù)零件加工NC程序給定的基本數(shù)據(jù)，通過實時計算密化加工軌跡，輸出各軸的進(jìn)給分量，控制機(jī)床按NC程序給定的速度沿給定的加工軌跡運(yùn)動。作為數(shù)控機(jī)床實現(xiàn)高速、高精加工的控制核心，數(shù)控系統(tǒng)所具有的插補(bǔ)功能的多少，插補(bǔ)算法的優(yōu)劣，一直是評價數(shù)控控制系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，也直接影響著數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和加工效率。高速高精度數(shù)控系統(tǒng)對插補(bǔ)模塊的性能要求更高，因為高速加工的進(jìn)給速度很快，數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)周期很短 (Tlms)，因而要求插補(bǔ)模塊在很短的時間內(nèi)對各軸位置進(jìn)給控制做出反應(yīng)〔16）。數(shù)控系統(tǒng)中完成插補(bǔ)運(yùn)算工作的裝置或程序稱為插補(bǔ)器。根據(jù)插補(bǔ)器的不同結(jié)構(gòu)，可分為硬件插補(bǔ)器、軟件插補(bǔ)器、硬件結(jié)合插補(bǔ)器三種類型。早期的NC數(shù)控系統(tǒng)使用硬件插補(bǔ)器，它由邏輯電路組成，特點是運(yùn)算速度快，但靈活性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。CNC數(shù)控系統(tǒng)多采用軟插補(bǔ)器，它主要由微處理器組成，通過計算機(jī)程序來完成各種插補(bǔ)功能，特點是結(jié)果簡單，靈活易變，但速度慢。隨著微處理器運(yùn)算速度和存儲容量的不斷提高，為了滿足日益增長的插補(bǔ)速度和精度要求，現(xiàn)代CNC速度系統(tǒng)大多數(shù)采用軟件插補(bǔ)或硬件相結(jié)合的方法，由軟件完成粗插補(bǔ)，硬件完成精插補(bǔ)。粗插補(bǔ)采用軟件方法先加工軌跡分割為線段，精插補(bǔ)采用硬件插補(bǔ)，將粗插補(bǔ)分割的線段進(jìn)一步密化數(shù)據(jù)點。粗、精插補(bǔ)結(jié)合的方法，對數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算速度要求不高，并可節(jié)省存儲空間，且響應(yīng)和分辯率都比較高〔7,8）。由于直線和圓弧是構(gòu)成零件輪廓的基本線型，因此，CNC系統(tǒng)一般都具有直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)兩種基本工種。在三坐標(biāo)以上聯(lián)動的，CNC中，一般還具有螺旋線插補(bǔ)功能。在一些高檔CNC系統(tǒng)中，機(jī)警地出現(xiàn)了拋物線插補(bǔ)、漸開線插補(bǔ)、正弦線插補(bǔ)、三
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