數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)運(yùn)算

數(shù)控機(jī)床的插補(bǔ)運(yùn)算PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/

目錄數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程插補(bǔ)的含義NURBS插補(bǔ)曲面插補(bǔ)高速高精度采樣插補(bǔ)技術(shù)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控技術(shù)發(fā)展歷程從1952年誕生世界上第一臺(tái)數(shù)控銑床開(kāi)始到現(xiàn)在,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六個(gè)時(shí)代。1、NC階段：隨著電子器件的發(fā)展,NC階段的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)代:第一代數(shù)控:1952一1959年采用電子管構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)。第二代數(shù)控:從1959年開(kāi)始采用晶體管構(gòu)成數(shù)控系統(tǒng)。第三代數(shù)控:從1965年開(kāi)始采用小、中規(guī)模的集成電路。以上所述的三代數(shù)控系統(tǒng),機(jī)床的各項(xiàng)功能控制,都是由硬件邏輯完成的,因此稱(chēng)它們?yōu)椤坝簿€(xiàn)”數(shù)控(亦即NC)。NC一經(jīng)設(shè)計(jì)之后,就無(wú)法進(jìn)行更改,而且電路復(fù)雜,難于編程,限制了其進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。2、CNC階段1970年,在美國(guó)芝加哥機(jī)床的博覽會(huì)上,展出了由小型計(jì)算機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)(CNC),標(biāo)志著數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)為主體的第四代。1974年,出現(xiàn)了以微處理器為基礎(chǔ)的CNC,象征著數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)入第五代。1977年,美國(guó)麥道飛機(jī)公司推出了多處理器的分布式CNC系統(tǒng),使CNC進(jìn)入第六代。其特征是大規(guī)模集成電路,大容量高可靠的磁泡存儲(chǔ)器的應(yīng)用,可編程接口和為FMS用的遙控接口,控制功能更為完備,基本上完成了標(biāo)準(zhǔn)型單機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。插補(bǔ)在數(shù)控技術(shù)中的重大作用插補(bǔ)控制功能是數(shù)控制造系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是數(shù)控技術(shù)中的核心技術(shù)。它的性能直接代表制造系統(tǒng)的先進(jìn)程度，它的好壞直接影響著數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)劣，是目前數(shù)控技術(shù)急需提高和完善的環(huán)節(jié)之一。插補(bǔ)的含義插補(bǔ)，就是根據(jù)零件輪廓的幾何形狀、幾何尺寸以及輪廓加工的精度要求和工藝要求，在零件輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間插入一系列中間點(diǎn)（折線(xiàn)端點(diǎn)）的過(guò)程，即所謂“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化過(guò)程”，其對(duì)應(yīng)的算法稱(chēng)為插補(bǔ)算法。插補(bǔ)分類(lèi)曲面插補(bǔ)將曲面加工的復(fù)雜刀具運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生功能集成到CNC中，由CNC直接根據(jù)待加工曲面的幾何信息和工藝參數(shù)實(shí)時(shí)地完成連續(xù)刀具軌跡插補(bǔ)，以此控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)NURBS插補(bǔ)定義NURBS

曲線(xiàn)的三個(gè)參數(shù)(控制點(diǎn)、權(quán)值、節(jié)點(diǎn)矢量)作為NC

程序指令的一部分，讓CNC

在內(nèi)部計(jì)算并生成NURBS

曲線(xiàn)，并按照該NURBS

曲線(xiàn)醚動(dòng)機(jī)床動(dòng)作，加工出NURBS

曲線(xiàn)的形狀高速高精度采樣插補(bǔ)技術(shù)大幅度提高采樣插補(bǔ)頻率有實(shí)效地提高系統(tǒng)分辨率NURBS插補(bǔ)NURBS

曲線(xiàn)由以下三個(gè)參數(shù)定義：

l

)控制頂點(diǎn)確定曲線(xiàn)的位置，通常不在曲線(xiàn)上。

2

)權(quán)因子w

，確定控制點(diǎn)的權(quán)值，它相當(dāng)于控制點(diǎn)的“引力”，其值越大曲線(xiàn)就越接近控制點(diǎn)。

3

)節(jié)點(diǎn)矢量NURBS

曲線(xiàn)隨著參數(shù)的變化而變化，與控制頂點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的參數(shù)化點(diǎn)，稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)的集合稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)矢量。若將定義NURBS

曲線(xiàn)的三個(gè)參數(shù)(控制點(diǎn)、權(quán)值、節(jié)點(diǎn)矢量)作為NC

程序指令的一部分，讓CNC

在內(nèi)部計(jì)算并生成NURBS

曲線(xiàn)，并按照該NURBS

曲線(xiàn)醚動(dòng)機(jī)床動(dòng)作，加工出NURBS

曲線(xiàn)的形狀，這就是NURBS

插補(bǔ)。NURBS曲線(xiàn)理論1.NURBS曲線(xiàn)插補(bǔ)的數(shù)學(xué)模型一條ｋ次NURBS曲線(xiàn)可以表示為一分段有理多項(xiàng)式矢函數(shù):式中:(ｉ=0,1,…,ｎ)為權(quán)因子,分別與控制頂點(diǎn)(ｉ=1,2,…,ｎ)相聯(lián)系;是由節(jié)點(diǎn)矢量Ｕ=[]。按德布爾-考克斯遞推公式?jīng)Q定的ｋ次規(guī)范Ｂ樣條基函數(shù)。遞推公式為:2.插補(bǔ)的預(yù)處理插補(bǔ)就是求出每個(gè)周期下一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo),用遞推算法最為合理,為避免每步插補(bǔ)的重復(fù)遞推,以免影響插補(bǔ)的實(shí)時(shí)性,經(jīng)典的DeBoor遞推算法的顯示表示方法最為合適。在不影響精度的情況下,為避免繁瑣的計(jì)算,采用三次NURBS曲線(xiàn)。其第ｉ段曲線(xiàn)用下式表示:0≤t≤1，i=0,1,2,3……n-3其中:Ｍｉ是只與節(jié)點(diǎn)向量相關(guān)的常數(shù)距陣,在系數(shù)計(jì)算中,控制點(diǎn)和權(quán)因子都是已知的,所以ａ,ｂ,ｃ,ｄ,

vvvvvvvv與參數(shù)無(wú)關(guān),在實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算時(shí)只需要計(jì)算插補(bǔ)變化量△t就可以,因此減輕了復(fù)雜的計(jì)算,加快了計(jì)算速度。103.泰勒展開(kāi)的NURBS曲線(xiàn)插補(bǔ)及實(shí)現(xiàn)NURBS曲線(xiàn)插補(bǔ)算法將定義NURBS曲線(xiàn)的三個(gè)參數(shù)(控制頂點(diǎn)、權(quán)因子、節(jié)點(diǎn)矢量)和進(jìn)給速度等作為NC程序指令,在CNC系統(tǒng)內(nèi)部生成NURBS曲線(xiàn),驅(qū)動(dòng)機(jī)床動(dòng)作,加工出NURBS曲線(xiàn)的形狀,即為NURBS曲線(xiàn)插補(bǔ)。在參數(shù)空間中,曲線(xiàn)軌跡參數(shù)ｕ的插補(bǔ)計(jì)算可由二階泰勒級(jí)數(shù)表示:其中:插補(bǔ)周期根據(jù)微分幾何知識(shí),曲線(xiàn)上第ｉ個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的瞬時(shí)速度為由于插補(bǔ)周期非常小,每個(gè)周期內(nèi)刀具走過(guò)的距離也非常小,可近似認(rèn)為其與該圓弧段的弧長(zhǎng)相等,則瞬時(shí)速度V（t）近似為機(jī)床進(jìn)給速度。4.算法的實(shí)現(xiàn)根據(jù)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法,實(shí)時(shí)插補(bǔ)的任務(wù)是根據(jù)給定的進(jìn)給速度產(chǎn)生插補(bǔ)直線(xiàn),用以逼近實(shí)際曲線(xiàn),求得各坐標(biāo)軸的進(jìn)給增量。計(jì)算公式為:其中為進(jìn)給步長(zhǎng),由于CNC系統(tǒng)的插補(bǔ)周期已知,為Ｔ實(shí)時(shí)插補(bǔ)當(dāng)前的速度為,則當(dāng)前插補(bǔ)周期的無(wú)約束進(jìn)給步長(zhǎng)為:與直線(xiàn)插補(bǔ)對(duì)比NURBS插補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)

在NURBS

插補(bǔ)時(shí)，在NC

程序指令中，只有三類(lèi)定義NURBS

的數(shù)值，沒(méi)有必要用大童的微小直線(xiàn)段的指令。此外，由于不是直線(xiàn)插補(bǔ)，而NC

自身可以進(jìn)行NURBS

曲線(xiàn)插補(bǔ)，可以得到光滑的加工形狀，從根本上解決直線(xiàn)插補(bǔ)加工所帶來(lái)的問(wèn)題。NURBS

插補(bǔ)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在:3

)可以縮短加工時(shí)間，直線(xiàn)插補(bǔ)加工時(shí)為降低直線(xiàn)端的速度沖擊，數(shù)控系統(tǒng)的待加工軌跡監(jiān)控功能(即“前饋”功能)在直線(xiàn)端不斷加減速，而NURBS

插補(bǔ)在機(jī)械允許的速度矢量方向變化的加速度范圍內(nèi)，無(wú)需加減速，提高了加工速度。

在高速加工時(shí)，一般的CNC

系統(tǒng)的NC

代碼塊處理能力往往跟不上代碼段高速加工速度，要么降低了加工速度，要么為保持高速犧牲精度(增加直線(xiàn)段長(zhǎng)度進(jìn)而提高代碼執(zhí)行時(shí)間)，而一段NURBS

插補(bǔ)刀軌位移往往包含10

--100

段線(xiàn)性刀軌的位移，降低了對(duì)CNC

的NC

代碼塊處理能力的要求，因而往往能滿(mǎn)足高速加工的要求。

4

)改善了表面質(zhì)量，NURBS

插補(bǔ)避免了以直代曲，容易獲得光滑的加工形狀，因此可以減少手工光整加工時(shí)間，提高了工件加工精度。

此外.NURBS

曲線(xiàn)插補(bǔ)還帶來(lái)了相關(guān)的優(yōu)良加工特性，如實(shí)現(xiàn)無(wú)手工打磨的高質(zhì)量、光滑的精加工。最大地利用高速數(shù)控加工機(jī)床的CNC

特性。刀具切削力穩(wěn)定，延長(zhǎng)刀具壽命，可直接利用CAD

/

CAM

的NURBS

曲線(xiàn)生成相應(yīng)的刀軌文件等。

2

)無(wú)需向NC

進(jìn)行高速的程序傳輸,由于數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存有限，往往要求在加工過(guò)程中分批將數(shù)控加工代碼輸人數(shù)控系統(tǒng)。DNC

是通過(guò)串行通信實(shí)NC

代碼傳輸，傳輸速度一般在110

--

38400

波特率之間，最常用的4800

波特率。若按每段NC

代碼平均20

個(gè)字符，DNC

傳輸速度為每秒960

個(gè)字符，則每秒只能傳輸48

段NC

代碼，實(shí)際傳輸速度只能達(dá)到理論值的一半左右。在這種情況下，若NC

代碼段定義的位移為0

.

25mm

,

DNC

能滿(mǎn)足的加工進(jìn)給速度是360mm

/

min

,

根本滿(mǎn)足不了高速加工的要求，從而影響加工速度使機(jī)床的性能難以得到充分發(fā)揮。解決這一間題的方法，一是采用NURBS

刀軌，二是采用計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(DCN

)

，DNC傳輸速度是DNC

傳輸速度的1000

倍左右。l

)程序段變少,在復(fù)雜形狀零件的高速加工中，采用直線(xiàn)段逼近零件形狀，為保證加工精度每段NC

代碼定義的位移較小，因而NC

代碼變得非常龐大，三維零件的NC

代碼一般要比NURBS

刀軌長(zhǎng)10

~100

倍。

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)