CNC系統(tǒng)線接觸曲面加工的復(fù)合插補(bǔ)算法研究

高博　王琨琦

【摘 要】為了解決空間直紋曲面的高速度、高效率加工的難題，采用了一種高效率曲面加工方法-線接觸回轉(zhuǎn)輪廓面法。針對(duì)線接觸回轉(zhuǎn)輪廓面法加工過程中的復(fù)合插補(bǔ)方法做了深入的研究和改進(jìn)，并說明了具體的插補(bǔ)速度計(jì)算，脈沖輸出計(jì)算以及插補(bǔ)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的程序流程。該方法縮短了插補(bǔ)過程，提高了加工進(jìn)給速度。

【關(guān)鍵詞】CNC系統(tǒng)；線接觸加工；復(fù)合插補(bǔ)

【Abstract】In order to solve the problem of high speed and high efficiency machining of the space ruled surface，a high efficiency surface machining method is adopted.The composite interpolation method for rotary contour line contact surface method in the process of doing research and improvement，calculation of interpolation speed are given in detail，pulse output calculation and program realization of interpolation process.The interpolation process is shortened and the feed rate is improved.

【Key words】CNC system；Line contact machining；Compound interpolation

0 引言

在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)對(duì)于數(shù)控加工是至關(guān)重要的。在曲面加工過程中，一般來講，都追求較高的加工進(jìn)給速度和高效率的加工[1]。采用回轉(zhuǎn)輪廓面法加工是近幾年提出的一種新型線接觸加工方法，它有效減少了刀具加工路徑，提高了加工表面質(zhì)量，但機(jī)床加工進(jìn)給速度緩慢，影響加工效率[2]。因此，使用更加合理的插補(bǔ)方法成為了關(guān)鍵。在現(xiàn)階段的數(shù)控代碼中，只有曲線插補(bǔ)，沒有曲面插補(bǔ)。因此，研究一種曲面和曲線的復(fù)合插補(bǔ)方法尤為重要。復(fù)合插補(bǔ)周期越小越容易提高加工進(jìn)給速度。要實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)周期更短，就必須縮短插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)間。

1 復(fù)合插補(bǔ)原理

回轉(zhuǎn)輪廓面法加工是一種線接觸高效率加工方法。在加工過程中既要用到直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)相組合，又要用到圓弧插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的組合。

復(fù)合插補(bǔ)它是一種結(jié)合了兩種不同曲線的插補(bǔ)方法。插補(bǔ)時(shí)，首先要進(jìn)行刀具底刃的曲線插補(bǔ)，底刃插補(bǔ)完成后，再進(jìn)行側(cè)刃的曲面插補(bǔ)。具體實(shí)現(xiàn)是刀具底刃在空間曲面上形成曲線插補(bǔ)，用來產(chǎn)生空間曲面的邊界；與此同時(shí)刀具通過側(cè)刃在空間平面上的直線或圓弧插補(bǔ)，形成空間曲面的插補(bǔ)[3]。

2 復(fù)合插補(bǔ)的改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)

在線接觸加工過程中實(shí)現(xiàn)復(fù)合插補(bǔ)之前，首先要確定各坐標(biāo)軸的插補(bǔ)速度，直線插補(bǔ)X、Y坐標(biāo)軸的速度分別為Vx、Vv，可用公式（1）計(jì)算得到：

式中，V是加工進(jìn)給的速度，θ是合成速度V與坐標(biāo)軸形成的夾角。

刀具在xy平面進(jìn)行插補(bǔ)走過的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，其速度Vs（Vs表示L的進(jìn)給速度）可用公式（2）計(jì)算得到：

速度V與插補(bǔ)合成速度V是相等的。L方向的速度增量？駐Vs，即L方向每個(gè)插補(bǔ)周期的輸出脈沖數(shù)可由公式（4）得到：

式中V是進(jìn)給速度，step是脈沖當(dāng)量，f是插補(bǔ)時(shí)鐘的頻率（Hz）。

平面和圓弧曲線的復(fù)合插補(bǔ)以及圓弧面和圓弧曲線的復(fù)合插補(bǔ)之前均采用的是DDA插補(bǔ)算法。DDA 插補(bǔ)算法它是優(yōu)于逐點(diǎn)比較法的一種插補(bǔ)方法。但是在寄存器累加方面還是有一些缺陷。本文對(duì)復(fù)合插補(bǔ)過程中的直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)所采用的DDA算法分別進(jìn)行了改進(jìn)。

設(shè)加工過程中，刀具側(cè)刃所加工的插補(bǔ)直線為OA，起點(diǎn)為O（0，0）， 終點(diǎn)為A（X，Y），X>Y。分別將xy坐標(biāo)存放在各自的寄存器Jx、Jy中，Rx是x坐標(biāo)方向的累加器，Ry是y坐標(biāo)方向的累加器，插補(bǔ)執(zhí)行次數(shù)為JN，累加最大值為K 。JN等于x軸坐標(biāo)終點(diǎn)，插補(bǔ)一開始執(zhí)行，x軸累加器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溢出脈沖， y軸累加器繼續(xù)進(jìn)行累加。從而縮短了插補(bǔ)運(yùn)算過程，減小了插補(bǔ)周期，提高了加工進(jìn)給速度。具體流程圖實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

設(shè)加工過程中，刀具底刃所要加工圓弧的半徑為r ， 起點(diǎn)為（L0，W0）， 終點(diǎn)為（Le，We）， 圓心坐標(biāo)在原點(diǎn)。J1（y）、Jw（x）分別為各坐標(biāo)方向的寄存器；R1、Rw分別為各坐標(biāo)方向的累加器，累加最大值為K，圓弧半徑等于k。插補(bǔ)開始執(zhí)行時(shí)， 圓弧的某一坐標(biāo)將會(huì)溢出脈沖，縮短了插補(bǔ)運(yùn)算過程，提高了加工進(jìn)給速度。具體流程圖實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

3 結(jié)論與分析

本文是針對(duì)CNC系統(tǒng)線接觸加工過程中，插補(bǔ)方法制約著加工進(jìn)給速度。提出了對(duì)原有復(fù)合插補(bǔ)DDA算法進(jìn)行改進(jìn)，從而縮短了插補(bǔ)運(yùn)算，減少了插補(bǔ)周期，提高了加工進(jìn)給速度。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]鄭德星，王琨琦.線接觸回轉(zhuǎn)銑削加工及其實(shí)現(xiàn)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009（6）：184-186.

[4]張丹鳳.數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)算法研究及設(shè)計(jì)[D].東北大學(xué)，2009.

[責(zé)任編輯：田吉捷]