CNC系統線接觸曲面加工的復合插補算法研究

高博　王琨琦

【摘 要】為了解決空間直紋曲面的高速度、高效率加工的難題，采用了一種高效率曲面加工方法-線接觸回轉輪廓面法。針對線接觸回轉輪廓面法加工過程中的復合插補方法做了深入的研究和改進，并說明了具體的插補速度計算，脈沖輸出計算以及插補運算實現的程序流程。該方法縮短了插補過程，提高了加工進給速度。

【關鍵詞】CNC系統；線接觸加工；復合插補

【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

在現代數控系統中，數控技術對于數控加工是至關重要的。在曲面加工過程中，一般來講，都追求較高的加工進給速度和高效率的加工[1]。采用回轉輪廓面法加工是近幾年提出的一種新型線接觸加工方法，它有效減少了刀具加工路徑，提高了加工表面質量，但機床加工進給速度緩慢，影響加工效率[2]。因此，使用更加合理的插補方法成為了關鍵。在現階段的數控代碼中，只有曲線插補，沒有曲面插補。因此，研究一種曲面和曲線的復合插補方法尤為重要。復合插補周期越小越容易提高加工進給速度。要實現插補周期更短，就必須縮短插補運算時間。

1 復合插補原理

回轉輪廓面法加工是一種線接觸高效率加工方法。在加工過程中既要用到直線插補與圓弧插補相組合，又要用到圓弧插補與圓弧插補的組合。

復合插補它是一種結合了兩種不同曲線的插補方法。插補時，首先要進行刀具底刃的曲線插補，底刃插補完成后，再進行側刃的曲面插補。具體實現是刀具底刃在空間曲面上形成曲線插補，用來產生空間曲面的邊界；與此同時刀具通過側刃在空間平面上的直線或圓弧插補，形成空間曲面的插補[3]。

2 復合插補的改進與實現

在線接觸加工過程中實現復合插補之前，首先要確定各坐標軸的插補速度，直線插補X、Y坐標軸的速度分別為Vx、Vv，可用公式（1）計算得到：

式中，V是加工進給的速度，θ是合成速度V與坐標軸形成的夾角。

刀具在xy平面進行插補走過的長度為L，其速度Vs（Vs表示L的進給速度）可用公式（2）計算得到：

速度V與插補合成速度V是相等的。L方向的速度增量？駐Vs，即L方向每個插補周期的輸出脈沖數可由公式（4）得到：

式中V是進給速度，step是脈沖當量，f是插補時鐘的頻率（Hz）。

平面和圓弧曲線的復合插補以及圓弧面和圓弧曲線的復合插補之前均采用的是DDA插補算法。DDA 插補算法它是優于逐點比較法的一種插補方法。但是在寄存器累加方面還是有一些缺陷。本文對復合插補過程中的直線插補和圓弧插補所采用的DDA算法分別進行了改進。

設加工過程中，刀具側刃所加工的插補直線為OA，起點為O（0，0）， 終點為A（X，Y），X>Y。分別將xy坐標存放在各自的寄存器Jx、Jy中，Rx是x坐標方向的累加器，Ry是y坐標方向的累加器，插補執行次數為JN，累加最大值為K 。JN等于x軸坐標終點，插補一開始執行，x軸累加器就會產生一個溢出脈沖， y軸累加器繼續進行累加。從而縮短了插補運算過程，減小了插補周期，提高了加工進給速度。具體流程圖實現如圖1所示。

設加工過程中，刀具底刃所要加工圓弧的半徑為r ， 起點為（L0，W0）， 終點為（Le，We）， 圓心坐標在原點。J1（y）、Jw（x）分別為各坐標方向的寄存器；R1、Rw分別為各坐標方向的累加器，累加最大值為K，圓弧半徑等于k。插補開始執行時， 圓弧的某一坐標將會溢出脈沖，縮短了插補運算過程，提高了加工進給速度。具體流程圖實現如圖2所示。

3 結論與分析

本文是針對CNC系統線接觸加工過程中，插補方法制約著加工進給速度。提出了對原有復合插補DDA算法進行改進，從而縮短了插補運算，減少了插補周期，提高了加工進給速度。

【參考文獻】

[1]梁靜，郭慶鼎.數控機床插補技術的研究[D].沈陽工業大學，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]鄭德星，王琨琦.線接觸回轉銑削加工及其實現研究[J].機械設計與制造，2009（6）：184-186.

[4]張丹鳳.數控系統插補算法研究及設計[D].東北大學，2009.

[責任編輯：田吉捷]