数控加工的插补过程

【摘 要 】插补计算就是数控系统根据输入的基本数据,如直线终点坐标值、圆弧起点、圆心、圆弧终点坐标值、进给速度等,通过计算将工件轮廓的形状描述出来,边计算边根据计算结果向各坐标发出进给指令.

【关 键 词 】插补计算；脉冲当量；数控加工

一、前言

在实际加工中,被加工工件的轮廓形状千差万别.严格说来,为了满足几何尺寸精度的要求,刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成,对于简单的曲线数控系统可以比较容易实现,但对于较复杂的形状,若直接生成会使算法变得很复杂,计算机的工作量也相应地大大增加.因此,实际应用中常采用一小段直线或圆弧去进行拟合就可满足精度要求,这种拟合方法就是“插补”,实质上插补就是数据密化的过程.

二、插补中的脉冲当量

在数控系统工作时,必须先将某一坐标方向上所需要的位移量转换为脉冲数并置于计数器内,然后启动由主控制器控制的脉冲发生器并输出脉冲,驱动电机运动.置于计数器内的脉冲数同时在计数器内作减法,当原置入的脉冲数减至零时,脉冲输出立即停止,该坐标方向上的位移也相应停止.当系统每发出一个进给脉冲,机床机械运动机构就产生一个相应的位移量.一个脉冲所对应的位移量即脉冲当量,Q等于Li,式中：Q为脉冲当量（单位：mm）,θ为步距角（步进电机在输入一个脉冲时所转过的角度）,L为传动螺旋副的导程（单位：mm,等于螺距乘以线数）,为步进电机至螺旋副间的传动比.

插补过程中,脉冲当量是数控机床的一个基本参数,也是脉冲分配计算中的基本单位,目前,在车床数控系统中一般规定Z轴脉冲当量为0.001mm,X轴的脉冲当量为0.0005mm.在实际应用中,为了简化计算及便于操作,X轴向的脉冲当量可通过计算机自动进行乘2处理,也就是编程时的直径编程方式.

三、插补原理

数控机床加工的零件轮廓一般由直线、圆弧组成,也有一些非圆曲线轮廓（如高次曲线、列表曲线、列表曲面等）,但它们都可以用直线或圆弧去逼近,当按各直线和圆弧线段的数据编写数控加工程序,并输入、启动数控系统工作时,数控系统便将程序段进行输入处理、插补计算、输出处理,并按计算结果控制伺服机构,从而驱动数控机床的伺服机构,使刀具和零件作精确的完全符合各程序段的相对运动,最后加工出符合要求的零件.

插补实际上是根据有限的信息完成数据密化的工作,无论是硬件数控还是CNC数控,插补模块是不可缺少的,故此,插补实际上是根据给定的信息,在理想轮廓（或轨迹）上的已知两点之间,确定一些中间点的方法.

在数控加工过程中,要保证位移的实际轨迹尽量与给定的轮廓（即理想轨迹）一致,中间点的位置就应越接近理想轨迹,这需要数控系统中的计算机进行相当复杂的工作,对各坐标方向上的动态位移量（脉冲个数）,不断地进行精确的计算,然后按主控制器发出的指令,向输出线路送出其插补计算后的结果.通过插补计算的结果,对各进给坐标所需进给脉冲的个数、频率和方向进行分配,以实现进给轨迹控制,这就是插补原理.其中脉冲频率决定了接给速度,脉冲个数和脉冲方向决定了加工位置,脉冲当量的大小决定了加工精度.

四、注意问题

根据插补原理,应注意以下几个问题：（1）插补运动的实际轨迹始终不可能与其理想轨迹完全相同,插补点一般也不会落到理想轨迹上.（2）当进给运动的轨迹不与坐标轴平行时,则经数控系统插补后的实际轨迹均由很多折线段组成,其折线交点即插补点一般不能与理想轨迹重合,每一个交点的位置将由数控系统确定并控制.（3）插补运算一般是以一个脉冲当量为插补单位,因此在加工完的工件轮廓上看不出实际插补轨迹的折线形状.（4）数控系统规定的脉冲当量越小,插补运动的实际轨迹就越接近理想轨迹,加工精度就越高.

参 考 文 献

[1]王治平．数控机床及应用[M]．北京：高等教育出版社,2002

[2]陈子银．模具数控加工技术[M]．北京：人民邮电出版社,2006

[3]陈吉红．数控机床实验指南[M]．武汉：华中科技大学出版社,2003