對數控機床插補技術的幾點探討

姚大順

（四川職業技術學院機械工程系,四川 遂寧 629000）

對數控機床插補技術的幾點探討

姚大順

（四川職業技術學院機械工程系,四川 遂寧 629000）

數控技術是現代制造業研究的重點，其對制造業具有重要影效果。制造業是我國經濟的支柱產業，數控技術和數控設備是制造業實現現代化的基礎條件，對國家的經濟發展和綜合實力有直接影響。插補控制是數控機床的重要功能，也是數控機床的核心功能，其關系著機床的使用性能，對數控加工質量有重要影響。

數控機床;插補技術;制造業

機床是制造加工的基礎設備，其性能的好壞直接影響著生產設備的質量，而生產設備的質量與企業的經濟效益有直接影響。因此，可以說提高機床的性能，對于保障制造企業的發展具有重要影響。數控機床的出現，實現了制造加工的自動化，能夠解決傳統制造的周期長、效率低的問題，能夠提高生產效率。

1 數控機床插補技術的內涵

插補功能是數控機床中的重要功能之一。在數控機床運行過程中，其首先是根據工件設計圖件和加工技術進行加工程序的編程，然后輸入數控機床中。通過系統的破譯和處理后，根據既定參數進行插補運算，然后得到具體的數據。數控系統會根據所得數據控制坐標軸的移動，從而控制刀具的形態和運動軌跡，進而得到符合圖紙要求的工件。總而言之，插補就是根據零件外形要求，結合精度和技術方面的要求，按照一定的方法在理想的軌道上確定中間點，從而使工件接近理想外形。換而言之，插補就是給工件外形加工的過程。在數控技術發展早期，插補是由邏輯電路控制的，這種硬件控制的預算速度很快，但是靈活度較低。隨著現代計算機水平的不斷發展，在數控系統中，多采用計算機軟件進行控制。

插補技術是數控機床控制軌跡的方法，插補運算是數控機床運動控制的核心內容。其通過加工程序給出的既定參數，通過計算加工軌跡，輸出各刀具的進出時間和中心點，從而在規定時間內完成既定加工運動。插補技術作為數控機床精密加工的核心技術，一直是評價數控機床性能的重要指標，同時對于數控機床的加工質量和加工效率有自己影響。高精度零件對于數控機床插補運算的要求也很高，要求插補運算的速率快，反應時間短。現代數控機床多采用電子處理器，通過計算機程序進行插補功能控制，具有操作簡單、靈活多變的優勢。且隨著現代處理器運算速度的不斷提升，能夠滿足現代微型工件加工的要求。

2 數控機床插補方法

插補的方法和原理有很多，但是根據系統輸出信號的不同，可以歸納為基準脈沖和數據采樣這兩種方法。文章主要針對這兩種方法進行闡述。

2.1 基準脈沖插補

基準脈沖插補的特點是插補結束后各運動坐標會輸出一個基準脈沖序列，從而促使坐標進行運動。一個基準脈沖反映了刀具的最小位移。基準脈沖插補的運算方法非常簡單，能夠通過邏輯電路實現，且運行速度較快。早期數控機床都是采用這一方法實現的，在現代數控機床中，也可使用微處理器實現，但是僅適用于精度適中的數控機床中。基準脈沖插補方法有很多，例如數字積分法、最小偏差法、直接函數法等。

2.2 數據采樣插補

隨著計算機在數控機床中的應用，插補運算和計算的有效性得到有效解決，尤其是在精密工件加工中國，為現代電子技術的發展創造了有利條件。相對應的是，隨著數控系統插補方法的不斷變化，不再使用傳統的脈沖增量法，而是結合計算機采樣技術形成的數據采樣插補法。該方法本質就是通過使用首尾相連的細小直線來提高加工理想度。由于線段是根據不同的要求進行選擇的，為了提高數據的準確度，常常要在密化插補后進行精確插補。該方法主要用于閉環或半閉環數控機床中。

3 插補方法原理分析

3.1 逐點比較法

逐點比較法也被稱為代數運算法，能夠實現直線、圓弧或非圓二次曲線的插補，具有運輸準確度高的優勢，最大誤差不超過一個基準脈沖，輸出數據合理，控制方便。逐點比較法的原理是坐標軸每次輸出一個基準脈沖時，都需要與加工點的理論加工軌跡進行比較，從而判斷實際加工產生的偏差，從而計算下一步的運動軌跡。逐點比較法具有算法簡單的優勢，但是在多軸聯動中存在擴展困難的問題。

3.2 最小偏差法

最小偏差法是對逐點比較法的一種改進。逐點比較法的平均偏差大，而最小偏差法與逐點比較法不同之處在于其將固定方向上補差次數多的軸作為長軸，對應一周為短軸，并以長軸為基準進行計算，而短軸則發出脈沖，通過補差周期數進行偏差的計算，雖然算法相對比較復雜，但是計算效率較高，且脈沖輸出的穩定性和平均偏差也較小。其具有計算速度快的優勢，但是算法相對比較復雜。

3.3 數字積分法

數字積分法主要是給予數字積分原理的基礎上創造的一種插補方法，其通過收集曲線進給量數字，當某一坐標軸到達既定位置時就進給一次，直到累計增量達到一定量時，可以認為各分段計算足夠精準。該方法最大的特點就是可以不存在累積誤差。數字積分法具有計算簡單，可使用邏輯電路或微處理器控制，且擴展方便的優勢。

4 結束語

數控技術、數控設備是現代制造業的基礎條件，在生產高精度產品中具有重要作用。隨著現代微型電子設備的發展，對于機械加工的機床也有更高的要求，促使數控技術有了更廣闊的發展空間。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.027