面向CNC伺服系统的渐开线插补设计

《机床数控技术》课程设计说明书班级:0511105学号:*******姓名：指导教师：时间：2015年1月地点：明故宫校区计算中心目录一、简要说明--------------------------------------------------------3二、设计目的和任务--------------------------------------------------3三、设计要求--------------------------------------------------------3四.插补原理及流程图设计------------------------------------------4五.变量说明-------------------------------------------------------------6 六．程序界面及运行截图--------------------------------6七. 源程序代码----------------------------------------------------7八参考文献-------------------------------------18一、简要说明插补（Interpolation）在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要加工的曲线。

插补（interpolation）定义：机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程。

也可以说，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为“数据点的密化”。

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”。

插补计算就是数控装置根据输入的基本数据，通过计算，把工件轮廓的形状描述出来，边计算边根据计算结果向各坐标发出进给脉冲，对应每个脉冲，机床在响应的坐标方向上移动一个脉冲当量的距离，从而将工件加工出所需要轮廓的形状。

·控制与检测·组合机床与自动化加工技术文章编号: 1001 - 2265 ( 2007) 07 - 0054 - 03S I EMENS 840D 数控系统渐开线插补指令的应用研究张为民1, 2 ,茹伟1 ,虞敏2 ,焦兴军2( 1. 同济大学中德学院,上海200092; 2. 同济大学机械工程学院,上海200092)摘要: CNC机床在加工零件的过程中,轴的运动轨迹是由数控系统的插补功能完成的。

随着CNC的不断完善和发展,其中的渐开线插补应用场合越来越广泛。

S I E M EN S840D 数控系统的渐开线插补功能强大,种类多,可以解决生产中的很多问题,因此得到了越来越广泛的应用。

文章首先介绍了西门子S I NU 2 MER IK 840D的渐开线插补指令,在此基础上通过一个工程实例2电缆弯制过程并结合Matlab的计算功能研究、展示了S I E M EN S840D渐开线插补功能。

关键词:数控机床;西门子; 840D;渐开线;插补中图分类号: TG659 文献标识码: AResearch on Applica tion of Involute2in terpo la tion O rders in S iem en s 840D NC SystemZHAN G W ei2m in1, 2 , RU W ei1 , Y U M i n2 , J IAO Xing2jun2( 1. Chinese2Germ an School fo r Postgraduate Studies, Tongji University Shanghai 200092, China; 2. School ofMechanical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: In the p rocess of components machining using CNC machine, the kinem atic trajecto ry of axis is fin2ished by interpo lati on function of NC system. W ith the developm ent of CNC, the app lication of i nvo lute interpo2 lation will be used extensi vel y. The i nvo lute interpo lation function of S IE M EN S 840D NC system is powerfuland includes many kinds of typ es. W ith other related know ledge, it can reso l ve many p roblem s of p roducti on.It’s no doubt that it will be used in more and more app lications. A i m ed to a p ro ject examp le of cable bending, the function s of i nvo lute interpo lation in S IE M EN S 840D are researched and shown.Key words: CNC; S IE M E N S; 840D; invo lute; interpo lation0 引言CNC 机床在实际加工中, 为满足几何尺寸精度的要求,轴的运动轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状运动,而运动轨迹的形成是由数控系统的插补功能完成的。

数控插补原理与伺服控制实验一、实验目的1．通过实验，使学生理解数控插补原理；2．通过数控插补算法的可视化，使学生熟悉数控插补原理及其常用插补算法；3．通过实验，使学生掌握数控G代码及插补算法的简单实现方法。

二、实验内容1．系统测试实验：学习和使用数控插补教学软件，熟悉常用的插补算法；2．二维插补实验：通过插补算法编程，实现逐点比较法的直线和圆弧插补算法；3．G代码实验：利用编写的插补程序，在运动控制开发平台上实现简单的二维插补实验。

三、实验设备1．计算机；2．数控插补原理实验教学软件；3．固高x-y伺服控制平台：GT-400运动控制器、驱动器、编码器、伺服电机、XY工作台。

四、实验步骤1．打开 GT-400-SV 模拟量+脉冲(默认)2. 参数设置a)密码：GOOGOL 模拟电压（伺服）；b)轴数：7轴，每一轴进行设置；c)保存后重启软件。

3. 系统测试实验a)检查轴专用信号，全部绿色；b)卡初始化；c)轴开启；d)X+ X- Y+ Y-；e)回零测试；f)复选OUT1，控制笔架的降落。

4．二维插补实验a)插补方式：XY直线插补、圆弧插补等；b)映射不改；c)定义V,a；d)单击坐标映射生效----开启轴----运行。

5． G代码实验a)打开文件(G代码文件)，G00,G01；b)坐标映射；c)编译（G代码转识别码）；d)运行。

五、思考题1．简述数控机床插补原理。

2．画出实现逐点比较法直线插补的流程图,结合流程图说明如何实现第一象限的直线插补。

3．结合固高运动控制开发平台及其实验软件，列举10项数控G代码常用指令及其功能。

1。

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。

数控机床的插补原理及方法1概述在数控加工中，被加工零件的轮廓形状千变万化、形状各异。

数控系统的主要任务，是根据零件数控加工程序中的有关几何形状、轮廓尺寸的数控及其加工指令，计算出数控机床各运动坐标轴的进给方向及位移量，分别驱动各坐标轴产生相互协调的运动，从而使得伺服电机驱动机床工作台或刀架相对主轴(即刀具相对工件)的运动轨迹以一定的精度要求逼近所加工零件的理想外形轮廓尺寸。

2插补的基本概念数控系统的主要作用是控制刀具相对于工件的运动轨迹。

一般根据运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹的曲线方程，有数控系统实时地算出各个中间点的坐标，即“插入、补上”运动轨迹各个中间点的坐标，通常把这个过程称为“插补”。

机床伺服系统根据这些坐标值控制各坐标轴协调运动，走出规定的轨迹。

插补工作可以由软件或硬件来实现。

早期的硬件数控系统(NC系统)都采用的数字逻辑电路来完成插补工作，在NC中有一个专门完成插补运算的装置，称为插补器。

现代数控系统(CNC或MNC系统)，插补工作一般用软件来完成，或软硬件结合实现插补。

而无论是软件数控还是硬件数控，其插补运算的原理基本相同。

它的作用都是根据给定的信息进行数字计算，在计算过程中不断向各个坐标轴发出相互协调的进给脉冲，使刀具相对于工件按指定的路线移动。

3对插补器的基本要求和插补方法的分类对于硬件插补器的要求如下。

1)插补所需的原始数据较少。

2)有较高的插补精度，插补结果没有累积误差，局部偏差应不超过所允许的误差(一般应小于一个脉冲当量)。

3)沿进给线路，进给速度恒定且符合加工要求。

4)电路简单可靠。

插补器的形式很多，从产生的数学模型分，有一次(直线插补器)、二次(圆、抛物线、双曲线、椭圆)插补器及高次曲线插补器等。

从基本原理分，有数字脉冲乘法器、逐点比较法插补器、数字积分器、比较积分法插补器等。

常用的插补方法有基准脉冲插补法和数据采样插补法两种。

摘要随着机械生产技术水平的不断提升，对于机械生产的产品与质量都提出了更高的目标，加工工艺是保证上述进步的重要措施。

工艺不仅能提高生产的效率，同时降低成本，还改善了工人的工作条件。

数字型的机床因为这些因素慢慢诞生并发展壮大。

数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，早期是与计算机并行发展演化的，用于控制自动化加工设备的，由电子管和继电器等硬件构成具有计算能力的专用控制器的称为硬件数控（Hard NC）。

20世纪70年代以后，分离的硬件电子元件逐步由集成度更高的计算机处理器代替，称为计算机数控系统。

计算机数控（Computerized numerical control，简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。

CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置，用于控制自动化加工设备的专用计算机系统。

CNC系统由数控程序存储装置（从早期的纸带到磁环，到磁带、磁盘到计算机通用的硬盘）、计算机控制主机（从专用计算机进化到PC体系结构的计算机）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。

由于逐步使用通用计算机，数控系统日趋具有了软件为主的色彩，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与网络连接及进行远程通信的功能。

本设计是基于西门子SINUMERIK 808D数控车床CNC和伺服系统连接与调试的设计与研究，最优速度控制——缩短加工时间，极高的生产效率，加工方便，快捷，快速安装，数据处理快速，在线诊断——缩短时间，快捷调试工具：（1）文本管理器和Win PC-IN（2）PLC编程工具（3）伺服调试工具SimoCom，功能强大的PLC，零件加工程序可以备份在PC卡上，丰富的用户加工循环（1）车削循环(2)铣削循环（3）钻削循环一体化的步进/伺服驱动控制系统，全球服务机构，标准的PROFIBUS总线通讯，完备的网上培训和信息支持程序产生方便易行——不需要任何数控的知识，从简单到复杂的零件处理方法一致本文介绍了SINUMERK 808D数控系统的主要组成、特点及应用；同时对于控制电路的相关内容进行设计，并使用Programming Tool软件进行系统内部PLC功能的开发及相关参数设定，达到了PC机与数字控制系统之间的通信目的，以西门子SINUMERIK 808D铣削版为控制器的数控车床控制调试，其中含有系统初始化、PLC程序的使用、驱动器使用、参数设定、回数控机床的参考点等内容。