淺談數(shù)控加工的插補(bǔ)過程

【摘要】插補(bǔ)計(jì)算就是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的基本數(shù)據(jù)，如直線終點(diǎn)坐標(biāo)值、圓弧起點(diǎn)、圓心、圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)值、進(jìn)給速度等，通過計(jì)算將工件輪廓的形狀描述出來，邊計(jì)算邊根據(jù)計(jì)算結(jié)果向各坐標(biāo)發(fā)出進(jìn)給指令。

【關(guān)鍵詞】插補(bǔ)計(jì)算；脈沖當(dāng)量；數(shù)控加工

一、前言

在實(shí)際加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬別。嚴(yán)格說來，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應(yīng)該準(zhǔn)確地依照工件的輪廓形狀來生成，對(duì)于簡(jiǎn)單的曲線數(shù)控系統(tǒng)可以比較容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于較復(fù)雜的形狀，若直接生成會(huì)使算法變得很復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的工作量也相應(yīng)地大大增加。因此，實(shí)際應(yīng)用中常采用一小段直線或圓弧去進(jìn)行擬合就可滿足精度要求，這種擬合方法就是“插補(bǔ)”，實(shí)質(zhì)上插補(bǔ)就是數(shù)據(jù)密化的過程。

二、插補(bǔ)中的脈沖當(dāng)量

在數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，必須先將某一坐標(biāo)方向上所需要的位移量轉(zhuǎn)換為脈沖數(shù)并置于計(jì)數(shù)器內(nèi)，然后啟動(dòng)由主控制器控制的脈沖發(fā)生器并輸出脈沖，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。置于計(jì)數(shù)器內(nèi)的脈沖數(shù)同時(shí)在計(jì)數(shù)器內(nèi)作減法，當(dāng)原置入的脈沖數(shù)減至零時(shí)，脈沖輸出立即停止，該坐標(biāo)方向上的位移也相應(yīng)停止。當(dāng)系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給脈沖，機(jī)床機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的位移量。一個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的位移量即脈沖當(dāng)量，Q=Li，式中：Q為脈沖當(dāng)量（單位：mm），θ為步距角（步進(jìn)電機(jī)在輸入一個(gè)脈沖時(shí)所轉(zhuǎn)過的角度），L為傳動(dòng)螺旋副的導(dǎo)程（單位：mm，等于螺距乘以線數(shù)），為步進(jìn)電機(jī)至螺旋副間的傳動(dòng)比。

插補(bǔ)過程中，脈沖當(dāng)量是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)基本參數(shù)，也是脈沖分配計(jì)算中的基本單位，目前，在車床數(shù)控系統(tǒng)中一般規(guī)定Z軸脈沖當(dāng)量為0.001mm，X軸的脈沖當(dāng)量為0.0005mm。在實(shí)際應(yīng)用中，為了簡(jiǎn)化計(jì)算及便于操作，X軸向的脈沖當(dāng)量可通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行乘2處理，也就是編程時(shí)的直徑編程方式。

三、插補(bǔ)原理

數(shù)控機(jī)床加工的零件輪廓一般由直線、圓弧組成，也有一些非圓曲線輪廓（如高次曲線、列表曲線、列表曲面等），但它們都可以用直線或圓弧去逼近，當(dāng)按各直線和圓弧線段的數(shù)據(jù)編寫數(shù)控加工程序，并輸入、啟動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)工作時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)便將程序段進(jìn)行輸入處理、插補(bǔ)計(jì)算、輸出處理，并按計(jì)算結(jié)果控制伺服機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu)，使刀具和零件作精確的完全符合各程序段的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最后加工出符合要求的零件。

插補(bǔ)實(shí)際上是根據(jù)有限的信息完成數(shù)據(jù)密化的工作，無論是硬件數(shù)控還是CNC數(shù)控，插補(bǔ)模塊是不可缺少的，故此，插補(bǔ)實(shí)際上是根據(jù)給定的信息，在理想輪廓（或軌跡）上的已知兩點(diǎn)之間，確定一些中間點(diǎn)的方法。

在數(shù)控加工過程中，要保證位移的實(shí)際軌跡盡量與給定的輪廓（即理想軌跡）一致，中間點(diǎn)的位置就應(yīng)越接近理想軌跡，這需要數(shù)控系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行相當(dāng)復(fù)雜的工作，對(duì)各坐標(biāo)方向上的動(dòng)態(tài)位移量（脈沖個(gè)數(shù)），不斷地進(jìn)行精確的計(jì)算，然后按主控制器發(fā)出的指令，向輸出線路送出其插補(bǔ)計(jì)算后的結(jié)果。通過插補(bǔ)計(jì)算的結(jié)果，對(duì)各進(jìn)給坐標(biāo)所需進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)、頻率和方向進(jìn)行分配，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軌跡控制，這就是插補(bǔ)原理。其中脈沖頻率決定了接給速度，脈沖個(gè)數(shù)和脈沖方向決定了加工位置，脈沖當(dāng)量的大小決定了加工精度。

四、注意問題

根據(jù)插補(bǔ)原理，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：（1）插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際軌跡始終不可能與其理想軌跡完全相同，插補(bǔ)點(diǎn)一般也不會(huì)落到理想軌跡上。（2）當(dāng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的軌跡不與坐標(biāo)軸平行時(shí)，則經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)后的實(shí)際軌跡均由很多折線段組成，其折線交點(diǎn)即插補(bǔ)點(diǎn)一般不能與理想軌跡重合，每一個(gè)交點(diǎn)的位置將由數(shù)控系統(tǒng)確定并控制。（3）插補(bǔ)運(yùn)算一般是以一個(gè)脈沖當(dāng)量為插補(bǔ)單位，因此在加工完的工件輪廓上看不出實(shí)際插補(bǔ)軌跡的折線形狀。（4）數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的脈沖當(dāng)量越小，插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際軌跡就越接近理想軌跡，加工精度就越高。

參 考 文 獻(xiàn)

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