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数控编程的插补原理
日期：2010年06月25 来源：沈阳第一机床厂 关键字：数控机床
数控编程的插补原理
1概述
插补功能就是轨迹控制，它是数控加工的重要特征。理解数控加工原理的关键就是理解插补原理。正是有了插补功能，数控机床才能加工出各种形状复杂的零件。实际加工中，被加工零件的轮廓种类很多，严格来说为了满足加工要求，刀具运动轨迹应该准确地按零件的轮廓形状生成。然而，对于复杂的曲线轮廓，直接计算刀具运动轨迹非常复杂，计算工作量很太，不能满足数控加工的实时控制要求。因此，在实际应用中，是用一小段直线或圆弧去逼近(或称为拟台)零件轮廓曲线，即通常所说的直线或圆弧插补。某些高性能的数控系统中，还具有抛物线、螺旋线插补功能。
2基本方法
插补的任务就是根据进给速度的要求，完成在轮廓起点和终点之间的中问点的坐标值计算。对于轮廓控制系统来说．插补运算是最重要的计算任务。插补对机床控制必须是宴时的。插补运算速度直接影响系统的控制速度，而插补计算精度叉髟响到整个系统的精度。人们一直在努力探求计算速度快同时计算精度叉高的插朴算法。目前常用的插补方法有两类，即脉冲增量插补法和数据采样插补法。
(1)脉冲增量插补
脉冲增量插补是模拟硬件插补的原理，把计算机每次插补运算产生的指令输出到伺服系统，伺服系统根据进给脉冲进给，以驱动工作台运动。脉冲增量插补法适用于姒步进电机为驱动装置的开环数控系统，这类插补算法的特点是每次捕补的结果仅产生一个行程增量，以一个个脉冲的方式输出给步进电机。脉冲增量插补的实现方法较简单．通常仅用加法和移位就可完成插补，容易用硬件来实现，而且用硬件实现这类运算的速度很快。cNc系统一般均用软件来完成这类算法。用软件实现的脉冲增量插补算法一般要执行20多条指令，如果cPU的时钟为5MHz，那么计算一个脉冲当量所需的时间大约为40“s。当脉冲当量为0 001“吼时，可以达到的坐标轴极限速度为1 5 m／…。如果要控制两个或两个以上坐标，且承担其他必要的数控功能时，所能形成的轮廓插补进给速度将进一步降低。要求保证一定的进给速度，只能增大脉冲当量，使精度降低。例如脉冲当量为0 0l nm时，单坐标控制速度为15m／删n。因此脉冲增量插补输出的速率主要受插补程序所用时间的限制，它仅仅适用于中等精度和中等速度、以步进电机为执行机构的机床数控系统。
(2)数据采样插补
数据采样插补是用小段直线来逼近已给轨迹。适用于闭环和半环以直线或交流伺服电机为执行机构的(=Nc系统。这种方法是将加工一段直线或圆弧的时间划分为若干相等的插补周期．每经过一个插补周期就进行一次插补计算，算出在该插补周期内各坐标轴的进给量，边计算边加工，若干次插补周期后完成一个曲线段的加工，即从曲线段的起点走到终点。
显然，对于曲线插补t插补步长越短，插补精度越高。插朴周期越短．插补精度越高；进给速度越快，效率越高。当加工精度要求很高(如微米级)时，在数控系统一定的情况下，进给速度的快慢将影响工件的形状精度，自然也就影响加工的效率。
对于多坐标数控加工(指、四、五坐标数控加工)，一般只采用直线插朴(确切地说，应该是线性插补)。在此就不作详细阐述t读者可以参考相关资料。
3插补周期与精度、速度的关系
插补计算误差与插补周期成正比．插补周期越长．插补计算误差越大。因此，从减少插补计算误差的角度考虐，插朴周期应选得尽量短，但必须大于插补运算时间与完成其他数控功能的时间之和。
cNc系统必须选择一个合理的插补周期。随着微处理器的运算处理速度越来越高，为了提高cNc系统的进给速度和插补精度，插补周期将会越来越短。在直线插补中，插补所形成的每个小直线段与给定的直线重合，不会造成轨迹误差。
在圆弧插补时，一般采用切线、内接弦线和内外均差弦线逼近圆弧的方法，其中切线逼近具有较大的轮廓误差而不宜采用。事实上，加工速度和加工精度之间存在着矛盾。需要综合考虑加丁二速度和加工精度的要求．选择合适的切削进给速度。
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