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数控机床的插补软件设计说明.doc
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数控机床的插补软件设计说明.doc
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数控机床插补软件设计
摘要:插补是整个数控系统软件中一个极其重要的功能模块之一,其算法的选择将
直接影响到系统的精度、速度与加工能力等。数控机床大多只能进行直线插补和圆弧
插补, 无抛物线插补功能。现有文献对直线、圆弧的逐点比较插补法、积分插补方法
均有介绍, 而其用于抛物线插补尚不多见。本文首先介绍了抛物线的两种插补算法,
然后基于vb语言设计了一个抛物线的插补软件,可用于教学仿真实验。
关键词:插补,抛物线,逐点比较法,数字积分法,仿真,插补软件
The Desiging of CNC Interpolation Software
Abstract:Interpolation of the CNC software is an extremely important function in
one module, The algorithm of choice will directly affect the system accuracy,
speed and processing capability. Economical CNC machining of small and medium
enterprises in heavy use, but most of the economic type CNC machine tools can
only linear interpolation and circular interpolation, parabolic interpolation function
without. Existing literature on the straight line, arc-by-point comparison of
interpolation, integral interpolation method are introduced, and its still rare for
parabolic interpolation. This paper introduces two parabolic interpolation algorithm,
and then vb language design based on a parabolic interpolation software can be
used in teaching simulation.
Keywords:interpolation, parabolic, point by point comparison, digital integration,
simulation, interpolation software
目录
1 绪论 ........................................................................................................................4
1.1 引言..............................................................................................................4
.
2 / 29
1.2 插补技术.......................................................................................................4
1.3 国外技术现状 ...............................................................................................5
1.3.1 国外技术现状 .....................................................................................6
1.3.2 国技术现状.........................................................................................6
1.4 课题意义.......................................................................................................6
1.3 本章小结.......................................................................................................7
2 数控系统插补方法与其分析 ....................................................................................7
2.1 插补概述.......................................................................................................7
2.2 基准脉冲插补法............................................................................................8
2.2.1 逐点比较法插补的基本原理................................................................8
2.2.2 数字积分法插补的基本原理................................................................9
3 抛物线插补 ..........................................................................................................11
3.1 逐点比较插补法抛物线插补........................................................................11
3.1.1 逐点比较插补法抛物线插补原理......................................................11
3.1.2 逐点比较插补法抛物线插补运算过程 ...............................................12
3.1.3 逐点比较插补法抛物线插补实例 ......................................................13
4 用 Visual Basic 实现抛物线逐点比较法插补 .........................................................15
4.1 插补流程图 .................................................................................................15
4.2 编程变量定义 .............................................................................................15
4.3 部分 vb 程序 ...............................................................................................16
4.4 插补软件界面与仿真...................................................................................17
5 数字积分抛物线插补.............................................................................................18
5.1 抛物线 DDA 插补算法原理 ........................................................................18
5.2 抛物线 DDA 插补实例................................................................................20
6 用 Visual Basic 实现抛物线积分法插补 ................................................................22
6.1 插补流程图 .................................................................................................22
6.2 编程变量定义 .............................................................................................22
6.3 部分 vb 程序 ...............................................................................................23
6.4 插补软件界面与仿真...................................................................................24
7 软 件 说 明 .........................................................................................................25
.
3 / 29
7.1 运行环境.....................................................................................................25
7.2 软件要求.....................................................................................................25
7.3 用户要求....................................................................................................26
8 总结 ......................................................................................................................26
参考文献..................................................................................................................27
1 绪论
1.1 引言
随着知识经济时代的到来,科学技术突飞猛进,机械制造技术发生了深刻的变化。
传统化机械制造技术已无法满足当今市场对产品多样化的需求,难以适应激烈的市场
竞争所要求的高质量、高效率。为此,现代制造技术应运而生,它以微电子技术为基
础,将传统的机械制造技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术以与网络
通信技术等有机的结合在一起,构成高度信息化、高度柔性、高度自动化的制造系统。
它根本上改变了过去的手工绘画、晒图,凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。
现代制造技术可以大幅度降低产品设计、制造周期,提高产品设计、制造质量,以适
应当前空前激烈的市场竞争。
数控 (NumericalColltr01 数字控制,简称 NC)技术是近代发展起来的一种用数字
量与字符发出指令并实现自动控制的技术。是现代制造技术中最关键的环节之一。它
最能体现现代制造技术的高效益和软硬件发展的综合水平,它的发展可以保证产品得
到极高的加工精度和稳定的加工质量,提高加工的自动化程度和生产效率,缩短加工
时间和生产周期,使产品具有精确协调性和互换性,增强了对复杂曲面的加工能力等,
从而为现代制造技术的完善和发展提供了保证。
插补是整个数控系统控制软件的核心,它所对应的算法即为插补算法,插补技术的
.
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好坏直接影响着数控加工技术的优劣,是目前数控急需提高和完善的环节之一。
1.2 插补技术
插补是整个数控系统软件中一个极其重要的功能模块之一,其算法的选择将直接
影响到系统的精度、速度与加工能力等。所谓插补,就是根据零件轮廓尺寸,结合精
度和工艺等方面的要求,在已知刀具中心轨线转接点之间插入若干个中间点的过程。
换句话说,就是“数据点的密化过程”,其对应的算法称为插补算法。在早期的硬件数控
系统中,插补过程是由专门的数字逻辑电路完成的。而在计算机数控系统中,即可全
部由软件实现,也可由软、硬件结合完成。随着相关学科特别是计算机领域的迅速发
展,插补技术在不断的提高,特别是插补算法也在不断的完善和更新。由于插补的速
度直接影响到数控系统的速度,而插补的精度又直接影响整个数控系统的精度,因此,
人们一直在努力探求一种计算速度快并且精度又高的插补方法。但不幸的是,插补速
度与插补精度之间是互相制约、互相矛盾的,这是必须进行折衷的选择。目前为止,
己涌现出了大量的插补算法。
1.3 国外技术现状
插补运算所采用的原理和方法很多,一般可归纳为基准脉冲插补和数据采样插补
两大类。在这两大类的基础之上,目前国外对于插补算法的研究主要在以下五个方面:
l)二次与高次曲线插补算法
这种算法的提出依据是:用灵活性高、实用性强曲线来逼近零件的轮廓,通过减少
基本曲线的段数来减少累积误差,同时也减少了 NC 代码的长度,提高了微机处理的
效率。
2)最小偏差插补算法
该算法的基本思想是寻找一个点集,使这个点集中的点都紧密地靠近原始曲线,
或者说这些点于原始曲线的偏差最小。简单地说,最小偏差法就是以计算机的强大计
算功能为依托,根据加工之前所获得的初始变量,从曲线的数学表达式中得到真实的
加工点坐标值,然后通过在最小偏差正方形中的位置判断,得到一个最佳的进给方式,
发出脉冲进给命令。
3)具有自适应特征的插补算法
.
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该算法的基本原理:步长是依逼近误差而定的,逼近误差是实际曲线与取代这段曲
线直线段之间的最大法向距离,该算法就是根据逼近误差确定是否插入新点。该算法
当列表曲线曲率大时,使步长变小,反之使步长变大,同时逼近误差满足要求。
4)多轴联动系统的插补算法
多轴联动数控系统以成为数控技术发展的潮流,多轴控制可达到使同一台系统对
成套机群进行控制的目的。这一算法在即便是虚拟轴机床控制最少也要 6 个进给轴。
近年来,对此提出了大量的插补算法。这些系统多采用线性实时性插补。
5)基于神经网络的插补算法
采用数学曲面上的一系列点进行网络训练,网络经过训练后,计算一系列的点,
这些点可以用来同己知曲面数学方程产生的点进行比较,比较的差异能够表明该方法
的使用程度。训练网络生成的点同样能够产生加工表面的刀具轨迹。
1.3.1 国外技术现状
日本、美国、加拿大、瑞士和德国相继展开了数控插补算法的研究,由于曲面直
接插补方法克服了现行曲面加工模式的不足,能够满足高速高精度加工的需要,因此,
主要是针对曲面插补的研究和探讨。
日本丰桥科技大学与道大学等于 1987 年研制了具有曲面实时加工功能的三坐标曲面
加工系统;瑞士黎世大学与 F 记 es、Aiek 和几 gid 公司联合研制了 Ozelot 系统。
三菱电机的加藤清敬等研究了采用大规模并行处理,来解决实时刀具干涉修正的可能
性;Bedi 于 1993 年研制了一个具有样条曲面插补功能的 CNC 实验系
统;YD.Chen2003 年提出了曲面加工轨迹实时生成算法。
1.3.2 国技术现状
国数控插补算法的发展也很快,呈现多元化,例如大学的马桦、中北大学的王峰、
王爱玲和航空航天大学的游有鹏分别提出了高性能曲线与空间曲面的插补算法、B样
条曲线的插补算法和最小偏差改进算法。另外,工业大学的史旭明、万生等提出了二
次曲线的通用插补算法;工业大学的明江、肖本贤给出了非圆二次曲线的通用插补算法;
华中科技大学的高三德、周云飞等首次提出了曲面直接插补算法(SDI),并且在以工控
机为硬件平台的CPUCNC系统上实现;清华大学和四开数控设备厂合作,提出了一种
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