数控技术-数控插补原理.ppt

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第三章 数控插补原理
概述
逐点比较法
数字积分法
数据采样插补
其他插补方法简介
202X
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概述
插补的基本概念
数控设备中，刀具的移动轨迹是折线，因此刀具不能严格沿着要求的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要求的运动轨迹曲线。数控系统根据一定方法确定刀具实时运动轨迹的过程称为插补。
数控系统中完成插补工作的装置称为插补器，可以分为硬件插补器和软件插补器两类。
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概述
脉冲增量插补
数据采样插补
从产生的数学模型来分，有一次插补器，二次插补器，高次曲线插补器等。也可以从插补器的基本原理来分类。从插补的计算方法来分，可以主要分为两类：
插补方法的分类
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脉冲增量插补
脉冲增量插补又称为基准脉冲插补或行程标量插补，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，即脉冲当量，脉冲当量是脉冲分配的基本单位。
这种插补算法的特点是每次插补结束，数控装置向每个运动坐标输出基准脉冲序列，每个脉冲插补的实现方法较简单（只有加法和移位）可以用硬件实现。目前，随着计算机技术的迅猛发展，多采用软件完成这类算法。脉冲的累积值代表运动轴的位置，脉冲产生的速度与运动轴的速度成比例。由于脉冲增量插补的转轴的最大速度受插补算法执行时间限制，所以它仅适用于一些中等精度和中等速度要求的经济型计算机数控系统。
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基准脉冲插补方法有以下几种：
数字脉冲乘法器插补法；
逐点比较法；
数字积分法；
矢量判别法；
比较积分法；
最小偏差法；
目标点跟踪法；
直接函数法；
单步跟踪法；
加密判别和双判别插补法；
Bresenham算法
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早期常用的脉冲增量式插补算法有逐点比较法、单步跟踪法、DDA法等。插补精度常为一个脉冲当量，DDA法还伴有运算误差。
80年代后期插补算法有改进逐点比较法、直接函数法、最小偏差法等，使插补精度提高到半个脉冲当量，但执行速度不很理想，在插补精度和运动速度均高的CNC系统中应用不广。近年来的插补算法有改进的最小偏差法，映射法。兼有插补精度高和插补速度快的特点。
总的说来，最小偏差法插补精度较高，且有利于电机的连续运动。
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数据采样插补
数据采样插补又称为时间分割插补或数字增量插补，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，把轮廓曲线按插补周期将其分割为一系列微小的直线段，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。
插补计算是计算机数控系统中实时性很强的一项工作，为了提高计算速度，缩短计算时间，按以下三种结构方式进行改进。
采用软/硬件结合的两级插补方案。
用多CPU的分布式处理方案。
采用单台高性能微型计算机方案。
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数据采样插补方法很多，常用方法如下：
直接函数法；
扩展数字积分法；
二阶递归扩展数字积分圆弧插补法；
圆弧双数字积分插补法；
角度逼近圆弧插补法；
“改进吐斯丁”（Improved Tustin Method，ITM）法。
近年来，众多学者又研究了更多的插补类型及改进方法。改进DDA圆弧插补算法，空间圆弧的插补时间分割法，抛物线的时间分割插补方法，椭圆弧插补法，Bezier、B样条等参数曲线的插补方法，任意空间参数曲线的插补方法。
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逐点比较法
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概述
逐点比较法又称代数演算法，是经济型数控系统应用较多的一种插补算法。所谓逐点比较法，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”，并且最大偏差不超过一个脉冲当量。
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逐点比较法的四个工作节拍：
偏差判别：判别加工点对规定几何轨迹的偏离位置；
进给控制：根据判别结果控制某坐标工作台进给一
步；
偏差计算：计算新的加工点对规定轨迹的偏差；
终点判别：判别是否到达规定轨迹的终点，到达则停
止插补，否则返回第一步。
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