目录
1引言 ................................................................ - 1 - 1.1 插补概述 .......................................................... - 2 - 1.2 插补方法的分类 ................................................... - 2 - 2 设计思想 ............................................................ - 4 - 2.1 设计方法的选择 .................................................... - 4 - 2.2设计语言的选择 .................................................... - 5 - 3 插补原理 ............................................................ - 7 - 3.1数字积分法插补 .................................................... - 7 - 3.2 数字积分法直线插补的基本原理 ...................................... - 9 - 3.3 改进DDA插补质量的措施 ........................................... - 12 - 4 软件设计 ........................................................... - 14 - 4.1 对象属性 ......................................................... - 14 - 4.2 软件截图 ......................................................... - 16 - 5 设计总结 ........................................................... - 18 - 参考文献 ............................................................. - 19 - 致谢 ................................................................. - 20 - 附录 ................................................................. - 21 -
山西农业大学工学院毕业设计说明书
基于VB的数字积分直线插补设计
1引言
数控的广泛含义是指对流程工业的过程控制和对离散工业运动控制而言的，机床数控仅仅是运动控制中的一种类型。数控技术的问世已有40多年的历史，它是由机械学、控制论、电子学、计算机科学四大基础学科发展起来的一门综合性的新型学科。数控技术是数控机床的关键 , 而机床数控系统的核心技术是插补。在数控加工中，数控系统要解决控制刀具与工件运动轨迹的问题。在所需的路径或轮廓上的两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多个中间点位置的运动过程称为插补[1]。插补的任务就是根据进给速度的要求，完成轮廓起点和终点之间中间点的坐标值计算。对于轮廓控制系统来说，插补运算是最重要的运算任务。插补对机床控制必须是实时的。插补运算速度直接影响系统的控制速度，而插补计算精度又影响到整个CNC系统的精度。人们一直在努力探求计算速度快且计算精度高的插补算法[2]。
传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切
削金属，靠眼睛用卡尺等工具测量产品的精度的。现代工业早已使用电脑数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工了。这就是我们说的“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域，更是模具加工的发展趋势和重要和必要的技术手段。 数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数(主轴转数、进给量、背吃刀量等)以及辅助功能(换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等)，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上(如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器)，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。
这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床
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要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。
1.1 插补概述
机床数控系统的核心技术是插补。在数控加工中，数控系统要解决控制刀具与工件运动轨迹的问题。在所需的路径或轮廓上的两个已知点间，根据某一数学函数确定其中多个中间点位置的运动过程称为插补。数控系统根据这些坐标值控制刀具或工件的运动，实现数控加工。插补的实质是根据有限的信息完成“数据密化”的工作[3]。
数控加工程序提供了刀具运动的起点、终点和运动轨迹，而刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点则有主控系统的插补装置或插补软件来控制。实际加工中，被加工零件的轮廓种类很多，严格来说，为了满足加工要求，刀具轨迹应该准确的按零件的轮廓形状生成。然而，对于复杂的曲线轮廓，直接计算刀具运功轨迹非常复杂，计算工作量很大，不能满足数控加工的实时控制要求。因此，在实际应用中，使用一小段直线或圆弧去逼近（或称为拟合）零件的轮廓曲线，即通常所说的直线和圆弧插补。某些高性能的数控系统中，还具有抛物线、螺旋线插补功能。
1.2 插补方法的分类
在早期的数控系统中，插补是由专门设计的硬件数字电路完成的。而在现代计算机数控(Computerized Numerical Control ,CNC)系统中，常用的插补实现方法有两种：一种有硬件和软件的组合来实现；另一种全部采用软件实现。
数控系统中完成插补运算的装置或程序称为插补器，根据插补器的结构可分为硬件插补器、软件插补器和软、硬件结合插补器二种类型[2]。早期NC系统的插补运算由硬接线的数字电路装置来完成，称为硬件插补，其结构复杂，成本较高。在CNC系统中插补功能一般由计算机程序来完成，称为软件插补。由于硬件插补具有速度高的特点，为了满足插补速度和精度的要求，现代CNC系统也采用软件与硬件相结合的方法，由软件完成粗插补，由硬件完成精插补。
由于直线和圆弧是构成零件轮廓的基本线型，因此CNC系统一般都具有直线插补和圆弧插补两种基本类型，在二坐标以上联动的CNC系统中，一般还具有螺旋线插补和其它线型插补。为了方便对各种曲线、曲面的直接加工，人们一直研究各种曲线的插
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补功能，在一些高挡CNC系统中，己经出现了抛物线插补、渐开线插补、弦线插补、样条曲线插补、球面螺旋线插补以及曲面直接插补等功能。
逐点比较法基准脉冲插补数字积分法脉冲乘法器时间分割法数据采样插补扩展DDA 图1.1 插补的类型及采用的计算方法
插补插补的任务就是根据进给速度的要求，完成轮廓起点和终点之间中间点的坐标值计算。对于轮廓控制系统来说，插补运算是最重要的运算任务。插补对机床控制必须是实时的。插补运算速度直接影响系统的控制速度，而插补计算精度又影响到整个CNC系统的精度。人们一直在努力探求计算速度快且计算精度高的插补算法。目前普遍应用的插补算法分为两大类，如图1.1，如下做简要介绍。 1）基准脉冲插补
基准脉冲插补又称为脉冲增量插补或行程标量插补，其特点是每次插补结束仅向各
运动坐标轴输出一个控制脉冲，因此各坐标仅产生一个脉冲当量或行程的增量。脉冲序列的频率代表坐标运动的速度，而脉冲的数量代表运动位移的大小。这类插补运算简单，容易用硬件电路来实现，早期的硬件插补都是采用这类方法，在日前的CNC系统中原来的硬件插补功能可以用软件来实现，但仅适用于一些中等速度和中等精度的系统，便要用于步进电机驱动的开环系统。也有的数控系统将其用做数据采样插补中的精插补。 基准脉冲插补的方法很多，主要有逐点比较法、数字积分法、脉冲乘法器等等。应用较多的是逐点比较法和数字积分法。 2）数据采样插补
数据采样插补又称数字增量插补、时间分割插补或时间标量插补，其运算采用时间
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分割思想，根据编程的进给速度将轮廓曲线分割为每个插补周期的进给直线段(又称轮廓步长)，以此来逼近轮廓曲线。数控装置将轮廓步长分解为各坐标轴的插补周期进给量，作为命令发送给伺服驱动装置。伺服系统按位移检测采样周期采集实际位移量，并反馈给插补器进行比较完成闭环控制。伺服系统中指令执行过程实质也是数据密化工作。闭环或半闭环控制系统都采用数据采样插补方法，它能满足控制速度和精度的要求。数据采样插补方法很多，主要有时间分割法、扩展DDA等。但都基于的思想。
2 设计思想
2.1 设计方法的选择
数字积分器直线插补装置需要五条寄存器，其寄存器的内容是：JVX寄存x坐标终点值；JVy寄存y坐标终点值；JRx寄存x坐标余数； JRy 寄存y坐标余数；Jz寄存总步数。 下图为数字积分法直线插补逻辑图。
xzJVxQ1JRxTC1Pt4Pt3SBJVxQ2JRx?yY3TC2Y1MFQ QCyk?xJΣY2运算指令图2.1 数字积分法直线插补逻辑图
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