對數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)技術(shù)的幾點(diǎn)探討

姚大順

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系,四川 遂寧 629000）

對數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)技術(shù)的幾點(diǎn)探討

姚大順

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系,四川 遂寧 629000）

數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)研究的重點(diǎn)，其對制造業(yè)具有重要影效果。制造業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控設(shè)備是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)條件，對國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合實(shí)力有直接影響。插補(bǔ)控制是數(shù)控機(jī)床的重要功能，也是數(shù)控機(jī)床的核心功能，其關(guān)系著機(jī)床的使用性能，對數(shù)控加工質(zhì)量有重要影響。

數(shù)控機(jī)床;插補(bǔ)技術(shù);制造業(yè)

機(jī)床是制造加工的基礎(chǔ)設(shè)備，其性能的好壞直接影響著生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量，而生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有直接影響。因此，可以說提高機(jī)床的性能，對于保障制造企業(yè)的發(fā)展具有重要影響。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了制造加工的自動化，能夠解決傳統(tǒng)制造的周期長、效率低的問題，能夠提高生產(chǎn)效率。

1 數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)技術(shù)的內(nèi)涵

插補(bǔ)功能是數(shù)控機(jī)床中的重要功能之一。在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，其首先是根據(jù)工件設(shè)計(jì)圖件和加工技術(shù)進(jìn)行加工程序的編程，然后輸入數(shù)控機(jī)床中。通過系統(tǒng)的破譯和處理后，根據(jù)既定參數(shù)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后得到具體的數(shù)據(jù)。數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)所得數(shù)據(jù)控制坐標(biāo)軸的移動，從而控制刀具的形態(tài)和運(yùn)動軌跡，進(jìn)而得到符合圖紙要求的工件?？偠灾?，插補(bǔ)就是根據(jù)零件外形要求，結(jié)合精度和技術(shù)方面的要求，按照一定的方法在理想的軌道上確定中間點(diǎn)，從而使工件接近理想外形。換而言之，插補(bǔ)就是給工件外形加工的過程。在數(shù)控技術(shù)發(fā)展早期，插補(bǔ)是由邏輯電路控制的，這種硬件控制的預(yù)算速度很快，但是靈活度較低。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)水平的不斷發(fā)展，在數(shù)控系統(tǒng)中，多采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行控制。

插補(bǔ)技術(shù)是數(shù)控機(jī)床控制軌跡的方法，插補(bǔ)運(yùn)算是數(shù)控機(jī)床運(yùn)動控制的核心內(nèi)容。其通過加工程序給出的既定參數(shù)，通過計(jì)算加工軌跡，輸出各刀具的進(jìn)出時(shí)間和中心點(diǎn)，從而在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成既定加工運(yùn)動。插補(bǔ)技術(shù)作為數(shù)控機(jī)床精密加工的核心技術(shù)，一直是評價(jià)數(shù)控機(jī)床性能的重要指標(biāo)，同時(shí)對于數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和加工效率有自己影響。高精度零件對于數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)運(yùn)算的要求也很高，要求插補(bǔ)運(yùn)算的速率快，反應(yīng)時(shí)間短。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床多采用電子處理器，通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行插補(bǔ)功能控制，具有操作簡單、靈活多變的優(yōu)勢。且隨著現(xiàn)代處理器運(yùn)算速度的不斷提升，能夠滿足現(xiàn)代微型工件加工的要求。

2 數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)方法

插補(bǔ)的方法和原理有很多，但是根據(jù)系統(tǒng)輸出信號的不同，可以歸納為基準(zhǔn)脈沖和數(shù)據(jù)采樣這兩種方法。文章主要針對這兩種方法進(jìn)行闡述。

2.1 基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)

基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)的特點(diǎn)是插補(bǔ)結(jié)束后各運(yùn)動坐標(biāo)會輸出一個(gè)基準(zhǔn)脈沖序列，從而促使坐標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動。一個(gè)基準(zhǔn)脈沖反映了刀具的最小位移?；鶞?zhǔn)脈沖插補(bǔ)的運(yùn)算方法非常簡單，能夠通過邏輯電路實(shí)現(xiàn)，且運(yùn)行速度較快。早期數(shù)控機(jī)床都是采用這一方法實(shí)現(xiàn)的，在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中，也可使用微處理器實(shí)現(xiàn)，但是僅適用于精度適中的數(shù)控機(jī)床中?；鶞?zhǔn)脈沖插補(bǔ)方法有很多，例如數(shù)字積分法、最小偏差法、直接函數(shù)法等。

2.2 數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)

隨著計(jì)算機(jī)在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用，插補(bǔ)運(yùn)算和計(jì)算的有效性得到有效解決，尤其是在精密工件加工中國，為現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。相對應(yīng)的是，隨著數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)方法的不斷變化，不再使用傳統(tǒng)的脈沖增量法，而是結(jié)合計(jì)算機(jī)采樣技術(shù)形成的數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法。該方法本質(zhì)就是通過使用首尾相連的細(xì)小直線來提高加工理想度。由于線段是根據(jù)不同的要求進(jìn)行選擇的，為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，常常要在密化插補(bǔ)后進(jìn)行精確插補(bǔ)。該方法主要用于閉環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床中。

3 插補(bǔ)方法原理分析

3.1 逐點(diǎn)比較法

逐點(diǎn)比較法也被稱為代數(shù)運(yùn)算法，能夠?qū)崿F(xiàn)直線、圓弧或非圓二次曲線的插補(bǔ)，具有運(yùn)輸準(zhǔn)確度高的優(yōu)勢，最大誤差不超過一個(gè)基準(zhǔn)脈沖，輸出數(shù)據(jù)合理，控制方便。逐點(diǎn)比較法的原理是坐標(biāo)軸每次輸出一個(gè)基準(zhǔn)脈沖時(shí)，都需要與加工點(diǎn)的理論加工軌跡進(jìn)行比較，從而判斷實(shí)際加工產(chǎn)生的偏差，從而計(jì)算下一步的運(yùn)動軌跡。逐點(diǎn)比較法具有算法簡單的優(yōu)勢，但是在多軸聯(lián)動中存在擴(kuò)展困難的問題。

3.2 最小偏差法

最小偏差法是對逐點(diǎn)比較法的一種改進(jìn)。逐點(diǎn)比較法的平均偏差大，而最小偏差法與逐點(diǎn)比較法不同之處在于其將固定方向上補(bǔ)差次數(shù)多的軸作為長軸，對應(yīng)一周為短軸，并以長軸為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，而短軸則發(fā)出脈沖，通過補(bǔ)差周期數(shù)進(jìn)行偏差的計(jì)算，雖然算法相對比較復(fù)雜，但是計(jì)算效率較高，且脈沖輸出的穩(wěn)定性和平均偏差也較小。其具有計(jì)算速度快的優(yōu)勢，但是算法相對比較復(fù)雜。

3.3 數(shù)字積分法

數(shù)字積分法主要是給予數(shù)字積分原理的基礎(chǔ)上創(chuàng)造的一種插補(bǔ)方法，其通過收集曲線進(jìn)給量數(shù)字，當(dāng)某一坐標(biāo)軸到達(dá)既定位置時(shí)就進(jìn)給一次，直到累計(jì)增量達(dá)到一定量時(shí)，可以認(rèn)為各分段計(jì)算足夠精準(zhǔn)。該方法最大的特點(diǎn)就是可以不存在累積誤差。數(shù)字積分法具有計(jì)算簡單，可使用邏輯電路或微處理器控制，且擴(kuò)展方便的優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

數(shù)控技術(shù)、數(shù)控設(shè)備是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)條件，在生產(chǎn)高精度產(chǎn)品中具有重要作用。隨著現(xiàn)代微型電子設(shè)備的發(fā)展，對于機(jī)械加工的機(jī)床也有更高的要求，促使數(shù)控技術(shù)有了更廣闊的發(fā)展空間。

[1]秦華生.數(shù)控機(jī)床精度評估技術(shù)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)（中旬刊）,2014,23(08)：72-73.

[2]于博,于正林,顧莉棟等.數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)技術(shù)研究[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2015,43(02)：128-131.

[3]周凱,陸啟建.高速高精度采樣插補(bǔ)技術(shù)[J].中國機(jī)械工程,2015,9(10)：15-17.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.027