数控系统原理介绍

1、1 / 9第二章数控系统原理2.1 插补理论简介在 CNC 数控机床上，各种轮廓加工都是通过插补计算实现的，插补计算的任 务就是对轮廓线的起点到终点之间再密集的计算出有限个坐标点， 刀具沿着这些 坐标点移动，来逼近理论轮廓。插补方法可分两大类：脉冲增量插补和数据采样插补。脉冲增量插补是控制单个脉冲输出规律的插补方法。每输入一个脉冲，移动 部件都要相应的移动一定距离，这个距离成为脉冲当量。因此，脉冲增量插补也 叫做行程标量插补。如逐点比较法、数字积分法。根据加工精度的不同，脉冲当 量可取 0.010.001mm 移动部件的移动速度与脉冲当量和脉冲输出频率有关， 由于脉冲输出频率最高为几万 Hz,

2、因此，当脉冲当量为 0.001mm 时，最高移动 速度也只有 2m/min。脉冲增量插补通常用于步进电机控制系统。数字增量插补法（也称数据采样插补法）是在规定的时间（称作插补时间） 内，计算出各坐标方向的增量值（X,丫，Z），刀具所在的坐标位置及其它一些需 要的值。这些数据严格的限制在一个插补时间内（如8mS 计算完毕，送给伺服系统，再由伺服系统控制移动部件运动。移动部件也必须在下一个插补时间内走 完插补计算给出的行程，因此数据采样插补也称作时间标量插补。由于数据采样插补是用数值量控制机床运动，因此，机床各坐标方向的运动速度与插补运算给出的数值量和插补时间有关。根据计算机运行速度和加工精度 不

3、同，有些系统的插补时间选用，12ms 10.24ms、8ms 对于运行速度较快的计 算机有2 / 9的已选2ms现代数控机床的进给速度已超过 15m/min,达到 30m/min, 有些已到60m/min.数据采样法适用于直流伺服电机和交流伺服电机的闭环和半闭环控制系统。2.2 插补原理逐点比较法逐点比较法是我国数控机床和线切割机应用很广的一种插补运算方法。它的特点是加工每走一步，就进行一次偏差计算和偏差判别，即比较到达的新位置和 理想线段上对应点的理想位置坐标之间的偏差程度，然后根据偏差大小确定下一步的走向。采用这种方法，既能加工直线轮廓，又能加工圆弧曲线轮廓。插补加 工一般按偏差判别、进给

4、、偏差计算和终点判别等 4 步进行，现以直线插补和圆 弧插补为例说明逐点比较法的工作原理。1.直线插补原理(1)偏差判别 如图 2.1，设被加工的直线 OP 在第一象限，A、A和 A 为处在等高线上的 3 个加工点，当加工点 A 偏离到 OP 的上边A时，有a a;当偏离到 OP 的下边 A时，有a 0 时，A 点在直线的上边，为了减少误差应给 X 方向走一步;(2)进给 知道偏差 F 就可以决定加工的进给方向。例如当加工的一个 点 Ai在直线 OP 的上边时，为了使其加工时不偏离直线太远，它应象 X 方向走一 步，即进给为 AX+1 (见图 2.2)O而在到达A点后，如在进给应是丫方向，即进

5、 给 Y+1。也就是当加工点位置已知时，根据偏差 F 就可以决定进给方向，即F 0,沿 X 方向的进给为：X X+1;F0,进给应是向 X 方向走一步到达 A2点。这时A的坐标为 X=X+1、F0 时,A 点在直线的下边，加工时应给丫方向走一步;A 点在直线上，加工时应给 X 方向走rh.P%Ye）A3（X3,Y3）AI（XI,Yi）A2（X2,Y2）Ao（Xo,Yo）Fe（Xe,Ye）图 2.1直线图 2.2 直线插补F=0 时,YX4 / 9丫2=丫1、因而A点的偏差为：2二YXe-YeX5 / 9=（YiXe-YeX） -Ye=Fi-Ye由于 F20F0偏差计算FF-YF F+X进给+也

6、 X+AY表 2.2=YiXe-Ye (X+1)6 / 9线型FA0F0进给偏差计算进给偏差计算L1+ AXFT-Y+AYF+XL3-AX-AYL2+ AYFT-X+AXF+YL4-丫-X用 X 方向计数 Gx 还是采用丫方向计数 Gy?为保证不漏步，应选用 Xe 和 Ye 中 的较大者的坐标值作判终计数值。一般是以 45为界，按图 2.4 确定。也就是 说，对 Li来说，如a45, 则用丫方向的总步数Gy,以此判断加工是否到达终点.2.3 插补原理数字积分法数字积分法插补是脉冲增量插补的一种，它是用数字积分的方法计算刀具沿 各坐标轴的移动量，从而使刀具沿着设定的曲线运动。实现数字积分插补计算的 装置称为数字积分器，或数字微分器(Digital Differential Analyzer