数控机床装置的插补原理
▪ ④终点判别:
▪ 可采用二种方法,一是每走一步判断最大坐标的终点坐标 值(绝对值)与该坐标累计步数坐标值之差是否为零,若 等于零,插补结束。二是把每个程序段中的总步数求出来, 即N=Xe+Ye,每走一步,进行N-1,直到N=0时为止。因 而直线插补方法可归纳为:
▪ 当F0时,沿+X方向走一步,然后计算新的偏差和终点判 别计算
▪ c:只设置一个计数器J,存入两坐标方向的进 给总步数之和,无论X还是Y进了一步,J就减1, 直至J=0,表示达到终点。
▪ d:设置一个长度计数器J,存入某个选定计数 方向的计数长度,加工时,该方向每进一步,J 就减去1,直至J=0,表示达到终点。
▪ 加工直线时,计数方向的选取原则是:取终点坐 标值较大(即进给距离较大)的坐标方向作为计 数方向。
▪ 其中(Xi,Yi)为第一象限内任一点坐标, Y
▪ 根据动点所在区域不同,有下列三种情况:
▪
F>0
动点在圆弧外
▪
F=0
动点在圆弧上
▪
F<0
动点在圆弧内
X
▪ 设圆弧上任点坐标为(X,Y),则下式成
立:
( x 2 y 2 ) ( xo2 yo2 ) 0
选择判别函数F为
F ( xi2 yi2 ) ( xo2 yo2 )
其中(Xi,Yi)为第一象限内任一点坐标,
根据动点所在区域不同,有下列三种情况:
F>0
动点在圆弧外
F=0
动点在圆弧上
F<0
动点在圆弧内
我们把F〉0和F=0合并在一起考虑,按下述原则,就可以实现第一象限逆时针方
▪ F(x,y)>0,点在曲线上方;
▪ F(x,y)=0,点在曲线上;
▪ F(x,y)<0,点在曲线下方。
②建立递推公式:
▪ 建立递推公式有利于计算简化。 ▪ 若沿+X方向走一步: 若沿+ Y 方向走一步:
X i1 X i 1 Fi1, j Y j e Xi1 Y j e e Xi
(1 e)Yi eF(i, j)
▪ 选切线代替曲线
Y
O
X
数字脉冲乘法器
▪ X和△Y的大小由每次输出的脉冲个数决定,而脉 冲个数由输入的数决定,△X、△Y的比例也由这 两个数决定。
▪ 1.组成:脉冲乘法器由分频器,寄存器,控 制门,脉冲源组成。
▪ 2.原理:这只是△X的进给控制图,二进制数 输入中间寄存器(X),待放数信号来以后,数 进入工作寄存器,同时改变工作寄存器的输出。 这个输出作为开门信号接入控制与门A1,可以让 与门A1打开使脉冲输出。A1的一个端表示一定频 率的脉冲,另一个端表示开启时间,在这个频率 下,开启时间越长,跑过去的脉冲个数越多。
▪
步骤:
▪
列出数学公式y=f(x)
▪
构造误差函数F=y-f(x)
▪
数据分析处理,使下一步的点靠近曲线。
▪
▪
首先,介绍判别式的通用算法。
▪
如果存在一个函数F(X,Y)=0,那么,可以设F(X,Y)为
误差函数,如果F(X,Y)0,那么在曲线上方,F(X,Y)0
在曲线下方。
X i1 X i 1 Fi1, j F ( X i1,Y j1) Y j1 Y j 1 F(i, j1) F ( X i ,Y j1)
▪ 3.原理框图如下:工作寄存器中间寄存器 二进制数与门A1脉冲串脉冲脉冲A1开门信 号二进制数脉冲总数对应脉冲
二进制数
脉冲
中间寄存器
工作寄存器
与门A1
脉冲串 A1
开门信号
脉冲
对应
二进制数
脉冲
脉冲总数
▪ 其它几个门A2,A3……A11同样是这样。
▪ a1,a2……an组成二进制数。
▪ 比如1001000……1,1代表开门,让不同频率 的脉冲通过,脉冲总个数为:
▪ 为了演示逐点比较法的原理,以下是用BASIC语言编制的 指数曲线的插补程序,可在计算机屏幕上演示。
▪ 2,形如指数程序:
▪ SCREEN1:CLS
Y AX
▪ X=60:Y=80:A=1.1
F Y AX
▪ FOR N=1 TO 180
▪ IF F≤0 THEN
▪ F=F/A-Y/A+Y
▪ X=X-1
▪ FF-Ye
▪ NN-1
▪ 当F0时,沿+Y方向走一步,则计算
▪ FF+Xe
▪ N=N-1
例2、圆弧插补。
▪ 逐点比较法进行圆弧加工时(以第一象限进圆为例),一般以圆心为 原点,给出圆弧起点坐标(Xo,Yo)和终点坐标(Xe,Ye)如 图所示XY
▪ 设圆弧上任点坐标为(X,Y),则下式成立:
▪ 选择判别函数F为
Method -------ITM)法
一、数字脉冲乘法器
▪ 作为基准脉冲插补法的一种,数字脉冲乘 法器的基本思想也是每次进给△X和△Y基 本位移,是以斜率为K=△Y/△X的小直线 段来逼近理想轨迹的。
▪ 对于直线可选择K=△Y/△X为理想直线的 斜率,这样误差很小,对于其它曲线K是随 时变化的,其逼近如下图:
▪ ⑵比较误差,判定进给坐标。
▪ 逐点比较法,就是分别计算各坐标进给后可能出现的 误差,然后选出误差最小的坐标进给的方法。
▪ 它的关键是找出容易计算的误差函数,然后再比较误差, 通常,只推导了直线和圆弧的误差判别式,因为这种曲线 用得多,如果我们能建立一种更为普遍的方法,我们就能 推导任意曲线的判别式。
( a1 2
a2 22
...
an 2n
)s
a
s
X
a1
S 2
a2
S 22
a3
S 23
...
an
S 2n
as
Y
(
b1 2
b2 22
...
bn 2n
)
s
b.s
a VX
b VY
k x as VX
y bs VY
第三节 逐点比较法
▪ 人们在生活中,经常遇到这样的问题:几种事,做那 件事好?在做事之前人们常这样想:先看一个做每一件的 事的利益,然后比较这些利益的大小,然后选择利益最大, 与理想误差最小的事或者说要做与理想最靠近的事,这是 找出可以走的路的方法。下面有类似的情况:
二、直线插补
▪ 设直线方程为 ▪ ①误差函数,令
x xe
y ye
F (x, y) yxe xye 0
▪ 以第一象限为例,插补点位于直线上方,下方和
直线上。
▪ 对位于直线上方的点A,则有 F(x,y)0
▪ 对于直线上的点,有: F(x,y)=0
▪ 对于直线下的点,有: F(x,y)0
▪ ②建立递推公式:
▪ 由函数式可以推出更简化的递推式,使计算更简便,从以 上算出误差值的大小,下一步就是比较这两个误差的大小, 从而判定出取X=Xi+1更好,还是取Y=Yj+1更好,然后再 进给,下面介绍几条常用曲线的推导。
▪ 一、指数曲线: ▪ ①误差函数:令
F (x, y) y ex
▪ 对于任意点(x,y),
▪ 数控机床的进给运动,如果每次只在一个坐标方向进 给一小步,怎样进给误差最小?
▪ 如果先计算一下:进每一个坐标后到下一个位置与理想 位置的误差,然后,比较这个误差,选择一个误差小的方 向进给,这样就有利于减小误差。
▪ 以上就是逐点比较法的基本思想,逐点比较法,做两件事:
▪ ⑴用最简捷的方式计算每个单坐标进给后的位置误差。
▪ 插补要解决的问题 ▪ 让单独的坐标分别运动合成理想的轨迹; ▪ 几个坐标同时进,还是每次进一个; ▪ 判断进给那一个坐标使下一步误差更小; ▪ 进多少; ▪ 如果同时进给,各个坐标进给的比例是多少;
▪ 选用什么样的实际轨迹合成后与理想轨迹误差最 小。
二、插补的实质
▪ 曲线方程Y=F(X)本身就代表坐标量之间的制约, 函数关于表示X与Y一一对应,对于曲线上的某一点的 邻域 ,其坐标增量关系也是确定的,即给X1一个增量 △X存在一个△Y使Y1+△Y=F(X1+△X)这是△X与 △Y之间有一种制约,那就是由△X找到一个△Y使
▪ ④终点判别: ▪ 在进给 步长决定之后,由所给曲线的长度可算出进给
步长,如按X方向计数,每进给一次只须在X方向进一就 算总步数n-1,当n-1=0时,为终点。 ▪ a:设置两个计数器Jx,Jy,分别存入X,Y方向的进 给步数,加1时,X轴(或Y轴)每进一步,Jx(或Jy) 就减去1,直至Jx=Jy=0为止。 ▪ b:利用动点(Xi,Yj)与终点坐标(Xe,Ye)进行 比较,若二者相等则说明达到终点。
Fi, j y j xe xi ye
▪ 若沿+X方向走一步: 若沿+方向走一步:
xi1 xi 1
Fi 1,
y
y j xe
(xi
1) ye
Fi, j ye
yi1 yi 1
Fi
,
j
1
(y
j
1) xe
xi
ye
Fi, j xe
③误差判断:
若F0点在曲线上方,沿+X方向进一步才能减小误差,若在+Y 方向进一步只能使误差加大,但是在-Y方向进一步也是可以的。 所以沿+X和-Y方向进一都可以,只是根据进给的一惯方向来决 定,进+X,或-Y
▪ 以第一象限为例,插补点位于直线上方,下方和 直线上。
▪ 对位于直线上方的点A,则有 F(x,y)0 ▪ 对于直线上的点,有: F(x,y)=0 ▪ 对于直线下的点,有: F(x,y)0 ▪ ②建立递推公式: ▪ 为了便函于计算机计算,下面将F的计算予以简
化。设第一象限中的点(Xi,Yj)的F值为