《数控装置的轨迹控制原理ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控装置的轨迹控制原理ppt培训课件（99页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一节 概 述,一.插补的概念,插补就是根据给定速度和给定轮廓线形的要求，在轮廓的已知点 之间，确定一些中间点的方法，即：数据密化的过程。,二.插补的实现,硬件插补：采用硬件的数字逻辑电路来完成插补工作。早期的NC系统常使用，优点是运算速度快，但灵活性差，结构复杂，成本高 软件插补：由软件完成插补工作。目前多采用软件插补方式，特点是灵活易变，但是速度相对较慢。虽然微处理器运算速度的提高很快，但，插补速度和精度的需求也再提高。 软硬件结合插补：软件完成粗插补，硬件完成精插补。,在数控机床中，刀具移动轨迹是由一个个小的线段构成的折线，而不是光滑的曲线。也就是说，刀具不能严格按照所加工的零件轮廓运动
2、，而只能用折线逼近所需加工的零件轮廓线性。插补程序的运行时间和计算精度影响着整个CNC系统的性能指标，可以说插补是整个CNC系统控制软件的核心。,第一节 概 述,三.软件插补方法,第一节 概 述,三.软件插补方法,1.基准脉冲插补基准脉冲插补又称脉冲增量插补，这类插补算法是以脉冲形式输出，每插补运算一次，最多给每一轴一个进给脉冲。把每次插补运算产生的指令脉冲输出到伺服系统，以驱动工作台运动，每发出一个脉冲，工作台移动一个基本长度单位，也叫脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。 2.数据采样插补数据采样插补又称时间增量插补，这类算法插补结果输出的不是脉冲，而是标准二进制数。根据程编进给速度，把
3、轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微小直线段，然后将这些微小直线段对应的位置增量数据进行输出，以控制伺服系统实现坐标轴的进给。,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,加工图5-1所示圆弧AB，如果刀具在起始点A，假设让刀具先从A点沿Y方向走一步，刀具处在圆内1点。为使刀具逼近圆弧，同时又向终点移动，需沿X方向走一步，刀具到达2点，仍位于圆弧内，需再沿X方向走一步，到达圆弧外3点，然后再沿Y方向走一步，如此继续移动，走到终点。加工图5-2所示直线OE也一样，先从O点沿X向进给一步，刀具到达直线下方的1点，为逼近直线，第二步应沿Y方向移动，到达直线上方的2点，再沿X向进给，直到终点。所谓逐点比较法
4、，就是每走一步都要和给定轨迹比较一次，根据比较结果来决定下一步的进给方向，使刀具向减小偏差的方向并趋向终点移动，刀具所走的轨迹应该和给定轨迹非常相“象”。,Y YA 31 2 EB 2 3 O X O 1 X图5-1 圆弧插补轨迹 图5-2 直线插补轨迹,第二节 脉冲增量插补,每给x或y坐标方向一个脉冲，加工点沿相应方向产生位移，然后对新点所在的位置与要求加工的曲线进行比较，根据偏离情况决定下一步该移动的方向，以缩小偏离距离，使实际加工出的曲线与要求的加工曲线的误差为最小。,一.逐点比较法,逐点比较法一个插补循环有四个节拍： 1) 偏差判别 2) 进给 3) 偏差计算 4) 终点判别 工作循环
5、图如右：,2、工作节拍,1、基本原理,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,3、直线插补,图5-4所示第一象限直线OE，起点O为坐标原点，用户编程时，给出直线的终点坐标E（Xe，Ye），直线方程为 XeYXYe0 直线OE 为给定轨迹，P（X，Y）为动点坐标，动点与直线的位置关系有三种情况：动点在直线上方、直线上、直线下方。,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,3、直线插补,对于第一象限直线，其偏差符号与进给方向的关系为 F0时，表示动点在OE上，如点P，可向X向进给，也可向Y向进给。F0时，表示动点在OE上方，如点P1，应向X向进给。F0的情况一同考虑。 插补工作从起点开始，走一步，算一步
6、, 判别一次，再走一步，当沿两个坐标方向走的步数分别等于Xe和Ye时，停止插补。下面将F的运算采用递推算法予以简化，动点Pi(Xi，Yi)的Fi值为,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,3、直线插补,若Fi0，表明Pi(Xi，Yi)点在OE直线上方或在直线上，应沿X向走一步，假设坐标值的单位为脉冲当量，走步后新的坐标值为（Xi+1，Yi+1），且Xi+1=Xi+1，Yi+1=Yi , 新点偏差为,若Fi0，表明Pi（Xi，Yi）点在OE 的下方，应向Y方向进给一步，新点坐标值为(Xi+1，Yi+1)，且Xi+1=Xi ,Yi+1Yi1，新点的偏差为,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,3、
7、直线插补,开始加工时，将刀具移到起点，刀具正好处于直线上，偏差为零，即F0，根据这一点偏差可求出新一点偏差，随着加工的进行，每一新加工点的偏差都可由前一点偏差和终点坐标相加或相减得到。,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,3、直线插补,例 加工第一象限直线OE，如图所示，起点为坐标原点，终点坐标为E（4，3）。试用逐点比较法对该段直线进行插补，并画出插补轨迹。直线插补轨迹过程实例,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,3、直线插补,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,3、直线插补,表5-5 直线插补运算过程,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,3、直线插补,插补轨迹直线插补轨迹过程实例,
8、假设有第三象限直线OE（图5-6），起点坐标在原点O，终点坐标为E（Xe，Ye），在第一象限有一条和它对称于原点的直线，其终点坐标为E（Xe，Ye），按第一象限直线进行插补时，从O点开始把沿X轴正向进给改为X轴负向进给，沿Y轴正向改为Y轴负向进给，这时实际插补出的就是第三象限直线，其偏差计算公式与第一象限直线的偏差计算公式相同，仅仅是进给方向不同，输出驱动，应使X和Y轴电机反向旋转。,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,4、四象限的直线插补,图5-6 第三象限直线插补,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,4、四象限的直线插补,四个象限直线的偏差符号和插补进给方向如图5-7所示，用L1、L2
9、、L3、L4分别表示第、象限的直线。为适用于四个象限直线插补，插补运算时用X，Y代替X，Y，偏差符号确定可将其转化到第一象限，动点与直线的位置关系按第一象限判别方式进行判别。由图5-7可见，靠近Y轴区域偏差大于零，靠近X轴区域偏差小于零。F0时，进给都是沿X轴，不管是X向还是X向，X的绝对值增大；F0时，进给都是沿Y轴，不论Y向还是Y向，Y的绝对值增大。图5-8为四象限直线插补流程图。,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,4、四象限的直线插补,图5-7 四象限直线偏差符号和进给方向,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,4、四象限的直线插补,图5-8 四象限直线插补流程图,第二节 脉冲增量插
10、补,一.逐点比较法,5、圆弧插补,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,5、圆弧插补,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,5、圆弧插补,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,5、圆弧插补,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,5、圆弧插补,图5-10 第一象限顺圆插补流程图,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,5、圆弧插补,例 现欲加工第一象限顺圆弧AB，如图5-11所示，起点A（0，4），终点B（4，0），试用逐点比较法进行插补。图5-11 圆弧插补实例,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,5、圆弧插补,表5-12 圆弧插补过程,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,5、圆弧插补,例
11、逐点比较法圆弧插补轨迹,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,6、四个象限中圆弧插补,参照下图中，第一象限逆圆弧CD的运动趋势是X轴绝对值减少，Y轴绝对值增大，当动点在圆弧上或圆弧外，即Fi0时，X轴沿负向进给，新动点的偏差函数为 Fi0时，Y轴沿正向进给，新动点的偏差函数为,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,Y YNR2 NR1 SR2 SR1 O O X XNR3 NR4 SR3 SR4a) 逆圆弧 b) 顺圆弧,图5-12 四象限圆弧进给方向,6、四个象限中圆弧插补,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,如果插补计算都用坐标的绝对值，将进给方向另做处理，四个象限插补公式可以统一起来，
12、当对第一象限顺圆插补时，将X轴正向进给改为X轴负向进给，则走出的是第二象限逆圆，若将X轴沿负向、Y轴沿正向进给，则走出的是第三象限顺圆。如图5-12a、b所示，用SR1、SR2、SR3、SR4分别表示第、象限的顺时针圆弧，用NR1、NR2、NR3、NR4分别表示第、象限的逆时针圆弧，四个象限圆弧的进给方向表示在图5-12中。,6、四个象限中圆弧插补,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,6、四个象限中圆弧插补,圆弧过象限，即圆弧的起点和终点不在同一象限内。若坐标采用绝对值进行插补运算，应先进行过象限判断，当X0或Y0时过象限。如右图所示，需将圆弧AC分成两段圆弧AB 和BC，到X0时，进行处理
13、，对应调用顺圆2和顺圆1的插补程序。,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,7、逐点比较法合成进给速度,逐点比较法的特点是脉冲源每发出一个脉冲，就进给一步，不是发向X轴，就是发向Y轴，如果fg为脉冲源频率(Hz)，fx，fy 分别为X轴和Y轴进给频率(Hz)，则 从而X轴和Y轴的进给速度 (mm/min) 为式中脉冲当量（mm/脉冲）。合成进给速度为 上式中若fx=0或fy=0时，也就是刀具沿平行于坐标轴的方向切削，这时对应切削速度最大，相应的速度称为脉冲源速度vg，脉冲源速度与程编进给速度相同。,第二节 脉冲增量插补,一.逐点比较法,7、逐点比较法合成进给速度,脉冲源速度,合成进给速度与脉冲源速度之比为： 由上式可见，程编进给速度确定了脉冲源频率fg后，实际获得的合成进给速度v并不总等于脉冲源的速度vg，与角有关。插补直线时，为加工直线与X轴的夹角；插补圆弧时，为圆心与动点连线和X轴夹角。根据上式可作出v/vg随而变化的曲线。如图5-12所示，v/vg=0.7071，最大合成进给速度与最小合成进给速度之比为vmax/vmin=1.414，一般机床来讲可以满足要求，认为逐点比较法的进给速度是比较平稳的。,
