CNC系统线接触曲面加工的复合插补算法研究

高博　王琨琦

【摘 要】为了解决空间直纹曲面的高速度、高效率加工的难题，采用了一种高效率曲面加工方法-线接触回转轮廓面法。针对线接触回转轮廓面法加工过程中的复合插补方法做了深入的研究和改进，并说明了具体的插补速度计算，脉冲输出计算以及插补运算实现的程序流程。该方法缩短了插补过程，提高了加工进给速度。

【关键词】CNC系统；线接触加工；复合插补

【Abstract】In order to solve the problem of high speed and high efficiency machining of the space ruled surface，a high efficiency surface machining method is adopted.The composite interpolation method for rotary contour line contact surface method in the process of doing research and improvement，calculation of interpolation speed are given in detail，pulse output calculation and program realization of interpolation process.The interpolation process is shortened and the feed rate is improved.

【Key words】CNC system；Line contact machining；Compound interpolation

0 引言

在现代数控系统中，数控技术对于数控加工是至关重要的。在曲面加工过程中，一般来讲，都追求较高的加工进给速度和高效率的加工[1]。采用回转轮廓面法加工是近几年提出的一种新型线接触加工方法，它有效减少了刀具加工路径，提高了加工表面质量，但机床加工进给速度缓慢，影响加工效率[2]。因此，使用更加合理的插补方法成为了关键。在现阶段的数控代码中，只有曲线插补，没有曲面插补。因此，研究一种曲面和曲线的复合插补方法尤为重要。复合插补周期越小越容易提高加工进给速度。要实现插补周期更短，就必须缩短插补运算时间。

1 复合插补原理

回转轮廓面法加工是一种线接触高效率加工方法。在加工过程中既要用到直线插补与圆弧插补相组合，又要用到圆弧插补与圆弧插补的组合。

复合插补它是一种结合了两种不同曲线的插补方法。插补时，首先要进行刀具底刃的曲线插补，底刃插补完成后，再进行侧刃的曲面插补。具体实现是刀具底刃在空间曲面上形成曲线插补，用来产生空间曲面的边界；与此同时刀具通过侧刃在空间平面上的直線或圆弧插补，形成空间曲面的插补[3]。

2 复合插补的改进与实现

在线接触加工过程中实现复合插补之前，首先要确定各坐标轴的插补速度，直线插补X、Y坐标轴的速度分别为Vx、Vv，可用公式（1）计算得到：

式中，V是加工进给的速度，θ是合成速度V与坐标轴形成的夹角。

刀具在xy平面进行插补走过的长度为L，其速度Vs（Vs表示L的进给速度）可用公式（2）计算得到：

速度V与插补合成速度V是相等的。L方向的速度增量？驻Vs，即L方向每个插补周期的输出脉冲数可由公式（4）得到：

式中V是进给速度，step是脉冲当量，f是插补时钟的频率（Hz）。

平面和圆弧曲线的复合插补以及圆弧面和圆弧曲线的复合插补之前均采用的是DDA插补算法。DDA 插补算法它是优于逐点比较法的一种插补方法。但是在寄存器累加方面还是有一些缺陷。本文对复合插补过程中的直线插补和圆弧插补所采用的DDA算法分别进行了改进。

设加工过程中，刀具侧刃所加工的插补直线为OA，起点为O（0，0）， 终点为A（X，Y），X>Y。分别将xy坐标存放在各自的寄存器Jx、Jy中，Rx是x坐标方向的累加器，Ry是y坐标方向的累加器，插补执行次数为JN，累加最大值为K 。JN等于x轴坐标终点，插补一开始执行，x轴累加器就会产生一个溢出脉冲， y轴累加器继续进行累加。从而缩短了插补运算过程，减小了插补周期，提高了加工进给速度。具体流程图实现如图1所示。

设加工过程中，刀具底刃所要加工圆弧的半径为r ， 起点为（L0，W0）， 终点为（Le，We）， 圆心坐标在原点。J1（y）、Jw（x）分别为各坐标方向的寄存器；R1、Rw分别为各坐标方向的累加器，累加最大值为K，圆弧半径等于k。插补开始执行时， 圆弧的某一坐标将会溢出脉冲，缩短了插补运算过程，提高了加工进给速度。具体流程图实现如图2所示。

3 结论与分析

本文是针对CNC系统线接触加工过程中，插补方法制约着加工进给速度。提出了对原有复合插补DDA算法进行改进，从而缩短了插补运算，减少了插补周期，提高了加工进给速度。

【参考文献】

[1]梁静，郭庆鼎.数控机床插补技术的研究[D].沈阳工业大学，2007.

[2]WANG Kunqi，WANG Runxiao，YU Binggao，ZHANG Changfu.Research On A Novel Approach To Multi-axis Line Contact Milling.International Technology And Innovation Conference 2006.2006，11：1494-1498.

[3]郑德星，王琨琦.线接触回转铣削加工及其实现研究[J].机械设计与制造，2009（6）：184-186.

[4]张丹凤.数控系统插补算法研究及设计[D].东北大学，2009.

[责任编辑：田吉捷]