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数控机床数据采样法介绍,粗插补和精插补可实现高性能的轮廓插补

时间:2020-05-28 21:38 点击次数:

数据采样法

数据釆样法实质上就是用一系列首尾相连的微小直线段来逼近给定的曲线。由于这些线段是按加工时间进行分割的,所以,也称为“时间分割法”。一般分割后得到的小线段相对于系统精度来讲仍足比较大的。为此,必须进一步进行数据的密化工作。微小直线段的分割过程也称为粗插补,而后续进一步的密化过程称为精插补。通过两者的紧密配合即可实现高性能的轮廓插补。

一般数据采样插补法中的粗插补是由软件实现的。由于其算法中涉及到一些三角函数和复杂的算术运算,所以大多釆用高级计算机语言完成。而精插补算法大多采用前面介绍的脉冲增量法。它既可由软件实现,也可由硬件实现。由于相应的算术运算较简单,所以软件实现时大多采用汇编语言完成。

 

插补周期与位置控制周期

插补周期Ts是相邻两个微小直线段之间的插补时间间隔。位置控制周期Tc是数控系统中伺服位置环的采样控制周期。对于给定的某个数控系统而言,插补周期和位置控制周期纪两个固定不变的时间参数。

通常Ts≥Tc,并且为了便于系统内部控制软件的处理,当Ts与Tc不相等时,一般要求TS是Tc的整数倍。这是由于插补运算较复杂,处理时间较长,而位置环数字控制算法较简平,处理时间较短,所以每次插补运算的结果可供位置环多次使用。现假设编程进给速度为F,插补周期为Ts,则可求得插补分割后的微小直线段长度为△L(暂不考虑单位):

△L=T Ts(3-40)

插补周期对系统稳定性没有影响,但对被加工轮廓的轨迹精度有影响,控制周期对系统稳定性和轮廊误差均有影响。因此选择TS时主要从插补精度方面考虑,而选择Tc时则从伺服系统的稳定性和动态跟踪误差两方面考虑。

一般插补周期Ts越长,插补计算的误差也越大。因此单从减小插补计算误差的角度考虑,插补周期Ts应尽量选得小一些。但TS也不能太短,因为CNC系统在进行轮廓插补控制时,其CNC装置中的CPU不仅要完成插补运算,还必须处理一些其他任务(如位置误差计算、显示、监控、1/〇处理等),因此Ts不单是指CPU完成插补运算所需的时间,而且还必须留出一部分时间用于执行其他相关的CNC任务。一般要求插补周期Ts必须大于插补运算时间和完成其他相关任务所需时间之和。

CNC系统位置控制周期的选择有两种形式。一种是Tc=Ts,另一种是Ts为Tc的整数倍。

 

插补周期与精度、速度之间的关系

在数据采样法直线插补过程中,由于给定的轮廓本身就是直线,则插补分割后的小直线段与给定直线足重合的,也就不存在插补误差问题。但在阏弧插补过程中,一般采川切线、内接弦线和内外均差弦线来逼近M弧,显然这些微小直线段不可能完全与N弧相重合,从而造成了轮廊插补误差。插补误差er与被插补闕弧半径R、插补周期Ts以及编程进给速度F有关。若Ts越长,F越大,R越小,则插补误差就越大。但对于给定的某段_弧轮廓来讲,如采将Ts选得尽量小,则可获得尽可能高的进给速度F,从而提高了加工效率。同样在其他条件相同的情况下,大曲率半径的轮廓曲线可获得较高的允许切削速度。

 

数据采样法直线插补

假设刀具在XOY平面内加工直线轮廊0E,起点为O(0 0),终点为E(Xe,Ye),动点为Ni-1(Xi-1,Yi-1),编程进给速度为F,插补周期为Ts,如下图所示。

CNC数控机床数据采样法直线插补

在1个插补周期内进给直线长度为△L=FTs,根椐图中的几何关系,很容易求得插补周期内各坐杯轴对应的位置增量为:

CND数据采样法直线插补计算公式

利用数据采样法插补直线时的兑法相当简单,可在CNC装置中分两步完 成。第一步是插补准备,完成一些常量的计箅工作,如L,K的计算等(…般 对于每个零件轮廓段仅执行一次);第二步是插补计算,每个插补周期均执行一 次,求出该周期对应的坐标增量值。

数据采样法插补过程中所使用的起点坐标、终点坐标及插补所得到的动点坐标都足带有符号的代数值,而不像脉冲增量插补算法那样使用绝对值参与插补运算。并且这些坐标值也不一定转换成以脉冲当量为单位的整数值,即数据采样法中涉及到的坐标值是带有正、负号的真实坐标值。另外,求取坐标增贵值和动点坐标的箅法并非唯一,例如也可利用轮廓直线与横坐标夹角a的三角函数关系来求得。

 


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