数控机床插补分析

优胜编程龚老师

数控机床插补分析




随着数控机床产品的发展， 对数控机床高速加工时的轮廓精度控制功能要求越来越高; 不仅改进加强进给轴刚性， 以减少高速加工下轮廓误差(ContouringError)，而且从CNC数控功能上加以改进。在国内使用较多的具有代表性的两大数控系统Siemens840D sl和FANUC 31 i, 为减少高速加工下轮廓误差增加了加速度控制和插补前加速度(Acceleration beforeinterpolation)控制、速度前馈通道控制(Feed forward) 、轮廓精度控制和RTCP五轴控制等功能。

速度前馈通道控制较插补前加速度功能应用要早一些。在高速进给下，所采用速度前馈通道控制功能，通常为一阶网络校正。在直线插补情况下，各进给轴跟随误(Following Error)差明显减少，但在曲面加工，尤其是在曲率变化较大时，轮廓误差没有显著地被减少。虽然采用前馈通道二阶网络校正(加速度馈通道Acceleration forward，NUM1060CNC 系统有此功能)，会显著减少轮廓误差，但因调整与优化参数较困难，系统易产生振动，故较少采用。

加工路径曲率变化大而导致发生较大的轮廓误差， 关键原因是各进给轴和插补器对加速度的控制特性。调整各进给轴加速度值和路径进给加速度值或时间常数，对轮廓误差起到明显的控制; 前者被称为插补后加速度功能(Accelerationafterinterpolation); 后者则称为插补前加速度功能。插补后加速度功能是根据各进给轴加速度设定值，由插补器产生;则有，要求加工件的轮廓精度越高，各进给轴加速度值越大或时间常数越小。较高的加速度要求机械刚性高，且各进给轴的惯量小，较难做到，而高值加速度会引起机械冲击和振动，尤其是在高速执行小线段逼近曲线加工程序时。与之相反的是插补前加速度功能控制下的轮廓加工精度和路径加速度大小成反比关系;适当降低路径加速度，可获得较高的轮廓加工精度;加工时间较长一些，在高速执行小线段逼近曲线加工程序时，设定速度和实际进给速度差别较大。二者结合使用是目前大多CNC系统所推荐的方式，根据具体的加工情况设定插补前后的加速度值，并合理地设定路径拐角速度(Speed at corner)，会获得较好的加工效果。

设定插补前后的加速度值、加速度类型(Bell orLinear –Shaped Acceleration)和路径拐角速度取决于三个要素：轮廓加工精度、低振动(SmallShock)及加工件表面质量(Surface Quality)和加工时间。高速加工时，根据加工件要求进行三要素的评价，在此仅做插补前钟形加速度功能和路径拐角过渡轮廓误差分析。

条件：X—Y 平面加工程序：N1 G01 G91X100 F10000;N2 Y100;加速度类型： 钟形路径拐角速度： F400(400mm/min)设定进给速度： F10000(10000mm/min)有如下三种情况：

(1)优选轮廓加工精度和加工时间。插补前加速度时间常数：100ms，插补后加速度时间常数：30ms，拐角点的轮廓误差：0.015mm，程序段转换时间：60ms。
(2)优选加工时间和工件表面质量。插补前加速度时间常数：100ms，插补后加速度时间常数：60ms，拐角点的轮廓误差：0.08mm，程序段转换时间：70ms。
(3)优选轮廓加工精度和工件表面质量。插补前加速度时间常数明显增大，路径拐角速度明显减小。路径拐角速度： F100(400mm/min)，插补前加速度时间常数：400ms，插补后加速度时间常数：30ms，拐角点的轮廓误差：0.005mm，程序段转换时间：200ms。上述分析，根据实际的机床特点尽量减少插补后加速度时间常数，以加大各进给轴加速度;再根据加工技术要求设定插补前加速度时间常数和路径拐角速度。