对数控机床插补技术的几点探讨

2016-11-30姚大顺

山东工业技术 2016年22期

关键词：比较法数控技术基准

姚大顺

（四川职业技术学院机械工程系,四川遂宁 629000）

对数控机床插补技术的几点探讨

姚大顺

（四川职业技术学院机械工程系,四川遂宁 629000）

数控技术是现代制造业研究的重点，其对制造业具有重要影效果。制造业是我国经济的支柱产业，数控技术和数控设备是制造业实现现代化的基础条件，对国家的经济发展和综合实力有直接影响。插补控制是数控机床的重要功能，也是数控机床的核心功能，其关系着机床的使用性能，对数控加工质量有重要影响。

数控机床;插补技术;制造业

机床是制造加工的基础设备，其性能的好坏直接影响着生产设备的质量，而生产设备的质量与企业的经济效益有直接影响。因此，可以说提高机床的性能，对于保障制造企业的发展具有重要影响。数控机床的出现，实现了制造加工的自动化，能够解决传统制造的周期长、效率低的问题，能够提高生产效率。

1 数控机床插补技术的内涵

插补功能是数控机床中的重要功能之一。在数控机床运行过程中，其首先是根据工件设计图件和加工技术进行加工程序的编程，然后输入数控机床中。通过系统的破译和处理后，根据既定参数进行插补运算，然后得到具体的数据。数控系统会根据所得数据控制坐标轴的移动，从而控制刀具的形态和运动轨迹，进而得到符合图纸要求的工件。总而言之，插补就是根据零件外形要求，结合精度和技术方面的要求，按照一定的方法在理想的轨道上确定中间点，从而使工件接近理想外形。换而言之，插补就是给工件外形加工的过程。在数控技术发展早期，插补是由逻辑电路控制的，这种硬件控制的预算速度很快，但是灵活度较低。随着现代计算机水平的不断发展，在数控系统中，多采用计算机软件进行控制。

插补技术是数控机床控制轨迹的方法，插补运算是数控机床运动控制的核心内容。其通过加工程序给出的既定参数，通过计算加工轨迹，输出各刀具的进出时间和中心点，从而在规定时间内完成既定加工运动。插补技术作为数控机床精密加工的核心技术，一直是评价数控机床性能的重要指标，同时对于数控机床的加工质量和加工效率有自己影响。高精度零件对于数控机床插补运算的要求也很高，要求插补运算的速率快，反应时间短。现代数控机床多采用电子处理器，通过计算机程序进行插补功能控制，具有操作简单、灵活多变的优势。且随着现代处理器运算速度的不断提升，能够满足现代微型工件加工的要求。

2 数控机床插补方法

插补的方法和原理有很多，但是根据系统输出信号的不同，可以归纳为基准脉冲和数据采样这两种方法。文章主要针对这两种方法进行阐述。

2.1 基准脉冲插补

基准脉冲插补的特点是插补结束后各运动坐标会输出一个基准脉冲序列，从而促使坐标进行运动。一个基准脉冲反映了刀具的最小位移。基准脉冲插补的运算方法非常简单，能够通过逻辑电路实现，且运行速度较快。早期数控机床都是采用这一方法实现的，在现代数控机床中，也可使用微处理器实现，但是仅适用于精度适中的数控机床中。基准脉冲插补方法有很多，例如数字积分法、最小偏差法、直接函数法等。

2.2 数据采样插补

随着计算机在数控机床中的应用，插补运算和计算的有效性得到有效解决，尤其是在精密工件加工中国，为现代电子技术的发展创造了有利条件。相对应的是，随着数控系统插补方法的不断变化，不再使用传统的脉冲增量法，而是结合计算机采样技术形成的数据采样插补法。该方法本质就是通过使用首尾相连的细小直线来提高加工理想度。由于线段是根据不同的要求进行选择的，为了提高数据的准确度，常常要在密化插补后进行精确插补。该方法主要用于闭环或半闭环数控机床中。

3 插补方法原理分析

3.1 逐点比较法

逐点比较法也被称为代数运算法，能够实现直线、圆弧或非圆二次曲线的插补，具有运输准确度高的优势，最大误差不超过一个基准脉冲，输出数据合理，控制方便。逐点比较法的原理是坐标轴每次输出一个基准脉冲时，都需要与加工点的理论加工轨迹进行比较，从而判断实际加工产生的偏差，从而计算下一步的运动轨迹。逐点比较法具有算法简单的优势，但是在多轴联动中存在扩展困难的问题。

3.2 最小偏差法

最小偏差法是对逐点比较法的一种改进。逐点比较法的平均偏差大，而最小偏差法与逐点比较法不同之处在于其将固定方向上补差次数多的轴作为长轴，对应一周为短轴，并以长轴为基准进行计算，而短轴则发出脉冲，通过补差周期数进行偏差的计算，虽然算法相对比较复杂，但是计算效率较高，且脉冲输出的稳定性和平均偏差也较小。其具有计算速度快的优势，但是算法相对比较复杂。

3.3 数字积分法

数字积分法主要是给予数字积分原理的基础上创造的一种插补方法，其通过收集曲线进给量数字，当某一坐标轴到达既定位置时就进给一次，直到累计增量达到一定量时，可以认为各分段计算足够精准。该方法最大的特点就是可以不存在累积误差。数字积分法具有计算简单，可使用逻辑电路或微处理器控制，且扩展方便的优势。