第三章数控系统插补原理和数据处理2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,河南工业职业技术学院,机电系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,河南工业职业技术学院,机电系,第三章 数控系统插补原理和数据处理,河南工业职业技术学院,机电系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,河南工业职业技术学院,机电系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,河南工业职业技术学院,机电系,第二章 计算机数控装置,河南工业职业技术学院,机电系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,河南工业职业技术学院,机电系,第三章 数控系统插补原理和数据处理,河南工业职业技术学院,机电系,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Y,V,y,X,Y,A(X,e,Y,e,),V,x,V,y,V,O,Y,X,L,3.3,数字积分法,用数字积分的方法计算刀具沿各坐标轴的位移，数字积分法又称,DDA,法,.,1.DDA,直线插补,（,1,）原理：,积分的过程可以用微小量的累加近似：,由右图所示,则,X,、,Y,方向的位移,（积分形式）,（累加形式）,其中，,m,为累加次数（容量）取为整数，,m,=02,N,-1,，共,2,N,次,(,N,为累加器位数,),。,令,t,=1,m,K,=1,，,则,K=,1/m=1/,2,N,。,则,（,2,）结论：,直线插补从始点走向终点的过程，可以看作是各坐标轴每经过一个单位时间间隔，分别以增量,kx,e,（,x,e,/,2,N,）及,k,（,y,e,/,2,N,）同时累加的过程。,DDA,直线插补：以,X,e,/,、,Y,e/,（,二进制,小数，形式上即,X,e,、,Y,e,）作为被积函数，同时进行积分（累加），,N,为累加器的位数,，,当累加值大于 时，便发生溢出，而余数仍存放在累加器中,积分值,=,溢出脉冲数,+,余数,当两个积分累加器根据插补时钟脉冲同步累加时，用这些溢出脉冲数（最终,X,坐标,X,e,个脉冲、,Y,坐标,Y,e,个脉冲,）,分别控制相应坐标轴的运动，加工出要求的直线。,（,3,）终点判别,累加次数、即插补循环数是否等于 可作为,DDA,法直线插补判别终点的依据。,（,4,）组成,：二坐标,DDA,直线插补器包括,X,积分器和,Y,积分器，每个积分器都由被积函数寄存器,J,VX,（,速度寄存器）和累加器,J,RX,（,余数寄存器）组成。初始时，,X,被积函数寄存器存,X,e,，,Y,被积函数寄存器存,Y,e,。,1,、,Xe,X,寄存器中，并且保持不变,2,、,Ye,Y,寄存器中，并且保持不变,3,、总步数,(N,代表位数）,规,律,终点判别,1,、总步数,(N,代表位数）,2,、,X,溢出个数,Xe,Y,溢出个数,Ye,直线插补,小结,2.,DDA,法直线插补举例,插补第一象限直线,OA,，,起点为,O,（,0,，,0,），,终点为,A(5,，,3,）。,均为,三位二进制寄存器。,累加次数,X,积分器,Y,积分器,X,寄存器,X,积分累加器,溢出,Y,寄存器,Y,积分累加器,溢出,0,101,000,0,011,000,0,1,101,101,0,011,011,0,2,101,010,1,011,110,0,3,101,111,0,011,001,1,4,101,100,1,011,100,0,5,101,001,1,011,111,0,6,101,110,0,011,010,1,7,101,011,1,011,101,0,8,101,000,1,011,000,1,A(5,3),X,Y,3.DDA,法圆弧插补,DDA,法圆弧插补的积分表达式,由,令,则,圆弧插补时，是对切削点的,即时坐标,X,i,与,Y,i,的数值,分别进行累加,V,V,y,V,x,P,A,B,R,X,Y,O,(2),其特点是：,1),各累加器的初始值为零，各寄存器为起点坐标值；,2),X,被积函数寄存器存,Y,i,Y,被积函数寄存器存,X,i,，,为动点坐标；,3),X,i,、,Y,i,在积分过程中，产生进给脉冲,X,、,Y,时，要对相应坐标进行加,1,或减,1,的修改；,4)DDA,圆弧插补的终点判别要有二个计数器，哪个坐标终点到了，哪个坐标停止积分迭代；,5),与,DDA,直线插补一样，,J,VX,、,J,VY,中的值影响插补速度。,逆时针圆弧插补,小结,1,、,Xi,Y,寄存器中,;Y,溢出,1,2,、,Yi,X,寄存器中,;,规,律,终点判别,1,X,溢出个数,Xe,Y,溢出个数,Ye,X,寄存器,1,X,溢出,1,Y,寄存器,-1,4.,DDA,逆,圆,弧,插,补,举,例,Y,X,次序,X,积分器,Y,积分器,(Y,i,),积分,累加器,溢出,(X,i,),积分,累加器,溢出,0,000,000,0,101,000,0,1,000,000,0,101,101,0,2,000,001,000,0,101,010,1,3,001,001,0,101,111,0,4,001,010,010,0,101,100,1,5,010,011,100,0,101,001,1,6,011,111,0,101,110,0,7,011,100,010,1,101,100,011,1,8,100,110,0,100,111,0,9,100,101,010,1,100,011,011,1,10,101,111,0,011,11,101,001,1,011,010,12,101,001,1,010,001,13,101,110,0,001,14,101,011,1,001,000,(5,0),(0,5),0,DDA,圆弧插补与直线插补的主要区别为：,（,1,）圆弧插补中被积函数寄存器寄存的坐标值与对应坐标轴积分器的关系恰好相反。,（,2,）圆弧插补中被积函数是变量，直线插补的被积函数是常数。,（,3,）圆弧插补终点判别需采用两个终点计数器。对于直线插补，如果寄存器位数为,n,，,无论直线长短都需迭代,2,n,次到达终点。,(3),提高插补精度的措施,对于,DDA,圆弧插补，径向误差可能大于一个脉冲当量，因数字积分器溢出脉冲的频率与被积函数寄存器中的数值成正比，在坐标轴附近进行累加时，一个积分器的被积函数值接近零，而另一个积分器的被积函数接近于最大值，累加时后者连续溢出，前者几乎没有，两个积分器的溢出脉冲频率相差很大，致使插补轨迹偏离给定圆弧距离较大，使圆弧误差增大。,提高数字积分法插补质量的措施：,1,、进给速度均匀化,1,）直线插补的左移规格化；,2,）圆弧插补的左移规格化；,2,、减小插补误差。,(1),左移规格化,“左移规格化”就是将被积函数寄存器中存放数值的前,零,移去。,直线插补时，当被积函数寄存器中所存放最大数的最高位为,1,时，称为规格化数，反之，若最高位为零，称为非规格化数。,直线插补左移规格化数的处理方法是：将,X,轴与,Y,轴被积函数寄存器里的数值同时左移（最低位移入零），直到其中之一最高位为,1,时为止。,若被积函数左移,i,位成为规格化数，其函数值扩大,2,i,倍，为了保持溢出的总脉冲数不变，就要减少累加次数。,被积函数扩大一倍，累加次数减少一倍。具体实现，当被积函数左移,i,位时，终点判别计数器右移（最高位移入,1,），使终点计数器,J,E,使用长度减少,i,位，实现累加次数减少的目的。如果直线终点坐标为（,10,，,6,），寄存器与累加器位数是,8,，其规格化前后情况如下所示：,规格化前 规格化后,X,e,=00001010,X,e,=10100000,Y,e,=00000110,Y,e,=01100000,圆弧插补左移规格化与直线不同之处：被积函数寄存器存放最大数值的次高位是,1,为规格化数。,圆弧左移规格化后，扩大了寄存器中存放的数值。左移,i,位，相当于乘,2,i,，即,X,轴与,Y,轴被积函数寄存器存放的数据变为,2,i,Y,，,2,i,X,，,这样，假设,Y,轴有脉冲溢出时，则,X,轴被积函数寄存器中存放的坐标被修正为,上式指明，规格化处理后，插补中的坐标修正加,1,或减,1,，变成了加,2,i,或减,2,i,。,直线和圆弧插补时规格化数处理方式不同，但均能提高溢出速度，并能使溢出脉冲变得比较均匀。,插补精度的提高,数字积分插补的特点是每当累加后的“和”超过容量,N,时，就会产生一个溢出脉冲。,实际上“和”除了整数部分，还有分数部分。这个分数部分就存在余数寄存器里，也就是说这个余数就表示了插补误差。,这种溢出方法是按“舍尾取整”处理的，精度当然要比一般数学中的“四舍五入”要低。,实际上，,只要在累加器中预置数,0.5,，然后还按照“舍尾取整”的方法处理，就会得到“四舍五入”的效果，这样，在溢出处理上，就会提高插补的精度。,3.4,数据采样插补,1.数据采样插补的基本原理,粗插补：采用时间分割思想，根据进给速度,F,和插补周期,T,，,将廓型曲线分割成一段段的轮廓步长,L,L,=,FT,，,然后计算出每个插补周期的坐标增量。,精插补：根据位置反馈采样周期的大小，由伺服系统完成。,2.插补周期和检测采样周期,插补周期大于插补运算时间与完成其它实时任务时间之和，现代数控系统一般为24,ms，,有的已达到零点几毫秒。插补周期应是位置反馈检测采样周期 的整数倍。,3.插补精度分析,直线插补时，轮廓步长与被加工直线重合，没有插补误差。,圆弧插补时，轮廓步长作为弦线或割线对圆弧进行逼近，存在半径误差。,掌握内容,1,、数字积分法,直线,插补的应用、插补轨迹,2,、数字积分法,圆弧,插补的应用、插补轨迹,V,S,V,S,作业,1,、第一象限直线插补，起点,O,（,0,，,0,），终点,A,（,4,，,6,）,三位二进制,2,、第一象限圆弧插补，起点,A,（,6,，,0,），终点,B,（,0,，,6,）,数字积分插补,