机电系统实验-数控系统的插补实验

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计算机控制技术-实验2 X-Y运动平台数控实验

四实验用主要设备
系统设备主要由工控机、PCI-1220运动控制卡、步进电机驱动器及XY工作平台构成。
工控机：
工业控制机也称为工业计算机IPC，主要用于工业工程测量、控制、数据处理等工作。常用的是PC总线工控机（ X86 CPU ）。
工控机特点：（1）可靠性高和可维护性好（2）环境适应性强（3）控制的实时性（4）完善的输入输出通道（5）丰富的软件
5 Visual C++软件开发平台
Visual C++是一个在Windows环境下的程序开发工具，是一种广谱性编程语言，覆盖从低级到高级的整个编程语言范围。它是可视化的、面向对象的，采用事件驱动的。它屏蔽了Windows环境下程序设计的复杂性，使Windows 应用程序设计变得简单、方便、快捷。
实验二 X-Y运动平台数控实验
一实验目的
1.了解步进电机的工作原理与步进电机驱动器的使用。 2.掌握二轴运动控制卡的应用。 3.掌握逐点比较法插补的计算原理
4.掌握用VC++进行插补程序设计的方法。
二实验仪器
1.研华工控机。 2.X-Y运动平台（含步进电机驱动器）。 3.PCI-1220U二轴运动控制板卡。 4.24V直流稳压电源。
3 逐点比较法直线插补和圆弧插补的计算原理：
插补计算就是数控系统根据输入的基本数据，通过计算，将工件的轮廓或运动轨迹描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给指令。
数控系统常用的插补计算方法有：逐点比较法，数字积分法，时间分割法，样条插补法等。本实验采用逐点比较法。
逐点比较法插补，就是刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较一次，决定下一步的进给方向。

数控系统的实时插补及加减速控制

数控系统的实时插补及加减速控制数控系统实时插补及加减速控制数控系统是一种高精度数控机床控制系统，它通过调节数控机床各轴的运动状态和位置，实现对各种复杂工件的高精度加工。

数控系统的核心控制部分是实时插补及加减速控制。

实时插补数控机床需要根据加工工艺要求，实时调整各电机的运动状态和位置，这就需要数控系统进行实时插补。

数控系统的实时插补是将工件模型翻译为机床加工程序，并计算各轴的运动状态和位置，最终控制数控机床的加工过程。

实时插补最主要的控制参数是各轴的位置、速度和加速度。

根据加工需要，数控系统能够实时调整这些控制参数，以满足各种加工要求。

在实时插补过程中，数控系统需要控制各轴的位置精度和速度精度。

位置精度是指加工工件时各轴运动的精确度，速度精度是指加工运动时各轴的稳定性和准确性。

数控系统需要实时控制这些参数，以确保机床实现高精度加工。

加减速控制加减速控制是数控系统实时控制机床加工过程的关键。

在机床加工中，加减速控制涉及到电机的运动状态和位置变化，以及与原始理论运动轨迹的同步。

数控系统通过分析工件加工过程中的能量分配，调整电机的加减速控制，以实现高质量的加工结果。

加减速控制主要包括加速度控制和速度控制。

加速度控制是指在机床开始运动时，电机的加速度控制，以及在电机停止时的减速度控制。

速度控制是指在机床中间过程中，电机的速度控制。

这两个过程的控制精度对加工质量影响极大。

在加减速控制过程中，数控系统还要考虑到负载变化、机床表面粗糙度等因素。

负载变化会改变加工过程中的能量分配，从而影响加减速度控制；而机床表面粗糙度则会影响工件上的感应机构，从而增加了系统控制的难度。

因此，在加减速控制过程中，数控系统需要保持高度的控制精度和灵活性。

综上所述，数控系统的实时插补及加减速控制是数控机床加工的核心。

数控系统通过实时调整各轴的位置、速度和加速度，确保具有高精度、高稳定性和高效率的加工过程。

对于各种复杂工件，数控系统可以实现高度可靠的加工控制，从而实现高质量、高效率的加工作业。

数控机床的插补技术研究

数控机床的插补技术研究于博;于正林;顾莉栋;周家贺;曲超平【摘要】提出了一种新的数控插补技术———速度插补。

速度插补摒弃了传统插补中单纯依靠拟合线段起点和终点来保证加工精度的运动模式，以全程进给速度单调和微段曲线精密拟合并行为核心理论，配合控制的PVT原理，可实现精密和高效的数控加工。

仿真分析和实际应用证明：以速度插补为基础的数控机床不仅避免了加工过程中机床频繁的启停运动，而且保证了机床的平稳运行，其加工的面型精度和表面粗糙度均可达微米量级，同时提高了加工效率。

%A new kind of numerial control( NC)interpolation technology-speed interpolation is proposed,to meet the requirements of the modern NC machining for high accuracy and efficiency. Speed interpolation abandoned the movement pattern which traditional interpolation relies solely on the begin and end of the fitting line to ensure the machining accuracy, instead,with the whole feed rate monotone and micro-precision curve merged fitting as the core idea,cooperating with PVT theory,precision and high efficiency of NC machining can be realized. Laboratory simulation and practical application shows that the machine tool which bases on speed interpolation not only to avoid the frequent start-stop movements in the manufacturing process,but also to ensure the smooth running of the machine tool. As a result,the processing of profile accuracy and surface roughness can be micron magnitude,and the processing efficiency is improved.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P128-131)【关键词】计量学;数控机床;速度插补;速度单调;精密拟合【作者】于博;于正林;顾莉栋;周家贺;曲超平【作者单位】长春理工大学，吉林长春130022;长春理工大学，吉林长春130022;长春理工大学，吉林长春130022;长春理工大学，吉林长春130022;长春理工大学，吉林长春130022【正文语种】中文【中图分类】TB92数控机床（Computer Numerical Control，CNC）的插补算法是整个数控系统的核心，插补算法的逼近精度直接影响数控系统的加工质量，其运算速度直接决定数控机床的加工效率［1］。

机床数控系统插补算法

机床数控系统插补算法本文对影响机床数控系统效率和精度的核心技术，即机床数控系统插补算法进行探讨。

关键词：机床数控系统插补算法一、插补算法决定数控系统加工效率和精度在机床运动控制系统中，运动控制分为点位控制、直线控制和轮廓控制三类。

点位控制又称为点到点控制，能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，即准确控制移动部件的终点位置，但并不考虑其运动轨迹。

直线控制除了控制终点坐标值之外，同时还要保证运动轨迹是一条直线，这类运动不仅控制终点位置的准确定位，还要控制运动速度。

轮廓控制既要保证终点坐标值，还要保证运动轨迹在两点间沿一定的曲线运动，即这类运动必须保证至少两个坐标轴进行连续运动控制。

数控系统基本都有两轴及多轴联动的功能。

数控系统是根据用户的要求进行设计，按照编制好的控制算法来控制运动的。

其数控系统不同，功能和控制方案也不同，所以数控系统的控制算法是设计的关键，对系统的精度和速度影响很大。

插补是数控系统中实现运动轨迹控制的核心。

数控装置根据输入的零件程序的信息，将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹，对于简单的曲线，数控系统比较容易实现，但对于较复杂的形状，若直接生成算法会变得很复杂，计算机的工作量也会很大。

因此可以采用小段直线或者圆弧去拟合，这种“数据密化”机能就是插补。

插补的任务就是根据轮廓形状和进给速度的要求，在一段轮廓的起点和终点之间，计算出若干个中间点的坐标值。

插补的实质就是“数据点的密化”。

因此，在轮廓控制系统中，加工效率和精度取决于插补算法的优劣。

二、插补算法体现数控系统的核心技术1.插补算法的研究途径目前对插补方算法的研究有：一是基于圆弧参数方程的、以步进角为中间变量的新型圆弧插补算法;结合计算机数值运算的特点，改进了距离终点判别方法，利用下一插补点与插补终点的距离作为终点判别依据。

二是割线进给代替圆弧进给的插补方法和递推公式，这种方法计算简便、快速，容易达到精度要求，避免了原来算法的近似取值的缺点，能够提高数控机床的插补精度和加工效率。

数控系统插补算法实验

数控系统数控编程及插补算法实验一、实验目的1. 了解数控编程的基本概念；2. 了解数控编程的常用方法；3. 学习数控编程的主要步骤；4．了解插补算法的原理；5．了解插补算法在数控系统中的实现。

二、实验原理数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。

有手工编程和自动编程两种方法。

总之,它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。

2.1机床坐标系机床坐标系的确定(1) 机床坐标系的规定标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。

在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。

例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。

在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。

标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。

则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。

2)大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。

3)围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。

(2) 运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，下图为数控车床上两个运动的正方向。

坐标轴方向的确定①Z坐标Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。

②X坐标X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。

确定X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。

教案-数控系统的插补原理

教案讲稿第2章计算机数控系统（CNC ）§2.4数控系统的插补原理一、插补的基本概念机床数字控制的核心问题之一，就是如何控制刀具与工件的相对运动。

加工平面直线或曲线需要两个坐标协调运动，对于空间曲线或曲面则需要三个或三个以上坐标协调运动，才能走出其轨迹。

协调的实质上是决定联动过程中各坐标轴的运动顺序、位移、方向和速度。

这种协调即是所谓插补。

插补计算机就是对数控系统输入基本数据，动用一定的算法计算，并根据计算结果向相应的坐标发出进给指令。

对应于每一进给指令，机床在相应的坐标方向上移动一定距离，从而加工出所需的轮廓形状。

实现这一插补运算的装置，称为插补器。

对于插补器有一些最基本的要求：（1）插补所需的原始数据较少。

（2）有较高的插补精度。

（3）进给速度要恒定。

（4）实现简单可靠，计算机速度快。

根据插补所采用的原理和计算方法，可有许多插补方法，目前应用的插补方法分为脉冲增量插补和数字增量插补两类。

二、逐点比较法插补逐点比较法的原理就是每走一步控制系统都要将加工点与给定的图形轨迹相比较，以决定下一步进给的方向，使之逼近加工轨迹。

逐点比较法以折线来逼近直线或圆弧，运算直观，容易理解，输出脉冲均匀，在两坐标插补的开环步进控制系统中得到普遍应用。

1、逐点比较法直线插补如图所示，设直线OA 为第一象限直线，起点为坐标原点O （0,0），终点坐标为A （X e ,Y e ）,P(X i ,Y i )为加工点。

若P 点正好在直线OA 上，由相似三角形关系则有XeYeXi Yj = 即Xe -XiYe=0 若P 点正好在直线OA 上方，由相似三角形关系则有XeYe Xi Yj > 即Xe -XiYe>0 若P 点正好在直线OA 上，由相似三角形关系则有XeYe Xi Yj 即Xe -XiYe<0 令Fi,j= XeYj-XiYe 则有（1）如Fi,j=0,则点P 在直线OA 上；（2）如Fi,j>0,则点P 在直线OA 上方；（3）如Fi,j<0,则点P 在直线OA 下方。

数控插补算法实训系统的研究与设计

床。
成功，为数控课程提供演示内容，学生有具体实物可可使参考，会贯通，感性认识的基础上进一步深化所学的融在
知识。为此，发本教学演示系统。开基于开放的嵌入式数控系统… ＡＲ＋ＤＰ新技ＭＳ术，计了数控插补实训系统。该系统与数控系统通过Ｈ设
文章编号：０２８６２０）５０Ｉ３１０ —６８（０补算法实训系统的研究与设计
权秀敏，黄金伟。众立，显明李尹
（西南科技大学，川绵阳６１１四２００）
加＿动，实再现了常用插补方法的插补过程。Ｔ运真
１系统总体结构
本演示系统由６个部分组成：Ｃ机部分、控系统、Ｐ数Ｈ— ＥｓＪａｙＴＡＧ、动部分、械部分、件部分。驱机软ａＰ）Ｃ机部分理论上可使用任何带ＩＡ插槽的ＰＳＣ
摘要：绍了一个能用于教学演示的插补算法实训系统。该演示系统在Ａ介ＲＭ十ＤＰ新型数控系统支持下，驱动机床Ｓ可运动，实再现数控中插补算法插补过程。在教学中，真可进行数控插补算法演示，教与学可灵活结合应用。使
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２插补原理简介

步进模式数控系统插补算法的研究及实现

第８期
２０１３年８月
机械设计与制造
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ１９３
步进模式数控系统插补算法的研究及实现
马西沛，一，曹胜彬．一，贾会欣，王士涛
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＤｉａｎｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３３，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｈａｎｇｈａｉＳｕｎｔｒｉｘＣｏｍｐａｎｙＬｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０４３０６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＮＣｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｔｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄａｎｅｗｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｎｉａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｓｔｅｐｐｅｒｍｏｄｅｌＮＣｓｙｓｔｅｍ．Ｉｎｔｅｒｐｏｌｔａｏｎｉｌａｇｏｒｉｔｈｍｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｄｔａａｐｒｅ－ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｉｎｔｅｒｐｏｌｔｉａｏｎｏｐｅｒｔｉａｏｎｏｎＤＳＰ，ｄｔａａｄｏｗｎｌｏｄ，ｒａｅａｌｉｚｔｉａｏｎｆｍｏｏｖｅｍｅｎｔｏｎＳＣＭ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｎｅｗｉｎｔｅｐｏｒｌａｔｏｉｎａｌｏｒｇｉｔｈｍｓｉａｎａｌｙｚｅｄｎｄａｖａｌｉｄｔｅａｄｂｙｍｕｌｔｉ－ＣＰＵｍｏｔｏｎｉｃｏｎｔｒｏｌｃｒａｄａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒ￥ｏｊ￣ｗｒａｅ．Ｔｈｅｎｅｗｓｙｓｔｅｍｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｏｌｖｅｓｔｈｅ

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实验三数控系统的插补实验
一、实验目的
了解数控系统直线插补和圆弧插补的原理及其实现方法，通过插补算法的可视化，加深对常用插补算法的了解。

应用标准G代码编程实现直线插补和圆弧插补，掌握标准G代码的直线插补和圆弧插补编程方法。

二、实验要求
1.掌握数控机床插补原理。

2.掌握数控机床直线和圆弧插补。

三、实验原理
1.基本概念
机床数字控制的核心问题之一，就是如何控制刀具与工件的相对运动。

加工平面直线或曲线需要两个坐标轴联动，对于空间曲线或曲面则需要三个或三个以上坐标轴联动，才能走出其轨迹。

插补(interpolation)的实质上是决定联动过程中各坐标轴的运动顺序、位移、方向和速度。

具体来说，插补方法是指在轮廓控制系统中，根据给定的进给速度和轮廓线形的要求，在已知数据点之间插入中间点。

每种方法又可能用不同的计算方法来实现，具体的计算方法称之为插补算法。

插补的实质就是数据点的密化。

数控系统中完成插补工作的装置叫插补器。

根据插补器的不同结构，可分为硬件插补器和软件插补器两大类。

硬件插补器由专用集成电路组成，它的特点是运算速度快，但灵活性差:软件插补器利用微处理器通过系统程序完成各种插补功能，这种插补器的特点是灵活易变，但速度较慢。

随着微处理器运算速度和存储容量的提高，现代数控系统大多采用软件插补或软、硬件插补相结合的方法。

2.插补算法
按数学模型来分，有一次(直线)插补，二次(圆、抛物线等)插补及高次曲线插补等，大多数控机床都具有直线插补和圆弧插补。

根据插补所采用的原理和计算方法的不同，有许多插补方法，目前应用较多的插补方法分为脉冲增量插补和数字增量插补两类。

脉冲增量插补又称为基准脉冲插补，适用于以步进电动机驱动的开环数控系统中。

在控制过程中通过不断向各坐标轴驱动电机发出互相协调的进给脉冲，每个脉冲通过步进电动机驱动装置使步进电动机转过一个固定的角度(称为步距角)，并使机床工作台产生相应的位移。

该位移称为脉冲当量，是最小指令位移。

脉冲增量插补算法很多，最常用的是逐点比较法、数字积分法、最小偏差法、目标点跟踪法、单步追踪法等。

数字增量插补是根据编程的进给速度，将轮廓曲线分割为插补采样周期的进给段——即轮廓步长。

在每一插补周期中，插补程序被调用一次，为下一周期计算出坐标轴应该行进的增长段（而不是单个脉冲）Δx或Δy等，然后再计算出相应插补点（动点）位置的坐标值。

在CNC系统中，数字增量插补通常采用时间分割插补算法，此外还有数字积分（DDA）法、二阶近似法、双DDA法、角度逼近法等。

四、实验步骤
1.编制程序
按图4-1所示图形编制轮廓程序。

轮廓绘制程序如下，若以工件右端轴心为原点，则程序如下：
T1D1M6
M03S500
G0G22G94X10Z0
G01Z-8F1000
G02 X10Z-22 CR=12
G01Z-26
X12
G03X22Z-36 CR=10
G01Z-66
X25
Z-86
X30
M05
M30
2.机床操作
（1）参考点操作。

（2）点动、步进操作。

（3）MDA操作。

（4）程序输入及调试。

五、实验总结
1.什么是插补？数据采样插补是如何实现的。

数控装置根据输入的零件程序的信息，将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹，这种“数据密化”机能就称为“插补”。

数据采样插补可以划分两个阶段：粗插补和精插补，其中粗插补是主要环节。

粗插补是用微小的直线段逼近给定的轮廓，该微小的直线段与指令给定的速度有关，常用软件实现精插补是在上述微小的直线段上进行“数据点的密化”，这一阶段其实就是对直线的脉冲增量插补，计算简单，可以用硬件或软件实现。

2.将下图的加工程序写在报告上，并在数控系统综合实验平台画出其轮廓。

\
T1D1M6
G0G94X6Z0
G01X10Z-2F1000 Z-20
G02X20Z-25 CR=5 G01Z-35
G03X34Z-42 CR=7 G01Z-52
X44Z-62
X60
M30。