一、选题的依据及意义

随着数控系统中计算机的引入，大大缓解了插补运算时间和计算机复杂性之间存在的矛盾，特别是高性能直流伺服系统和交流伺服系统的研制成功，为提高现代数控系统的综合性能创造了充分的条件。与之相对应，这些现代数控系统中采用的插补方法，不再是早期的硬件数控系统中所使用的脉冲增量法，而是结合了计算机采样思想的数据采样法。计算机定时对坐标的实际位置进行采样，采样数据 与指令位置进行比较，得出位置误差，再根据位置误差对伺服系统进行控制，达到消除误差，使实际位置跟随指令位置的目的。

数据采样法是指上就是使用一系列首尾相连的微小直线段来逼近定曲线。由于这些线段是按一定的时间周期来进行分割的，所以，也称之为“时间分割法”。一般来讲，分割后得到的这些小线段相对于系统精度来讲仍然是比较大的。为此，必须进一步进行数据点的密化工作。通常称微小线段的分割过程是粗插补，而后续的进一步密化的过程是精插补。通过两者的紧密配合即可实现高性能的轮廓插补。

二、国内外相关研究简介（述）

脉冲增量插补又称基准脉冲插补或行程标量插补，其特点是数控装置在每次插补结束时向各个运动坐标轴输出一个基准脉冲序列，控制机床坐标轴做相互协调的运动，从而加工出具有一定形状的零件轮廓的算法。每个脉冲代表了刀具或工件的最小位移，脉冲的数量代表了刀具或工件移动的位移量，脉冲序列的频率代表了刀具或工件运动的速度。

显然易见，脉冲增量插补算法的输出是脉冲形式，并且每次仅产生一个单位的行程增量，故称之为脉冲增量插补。而每个单位脉冲对应坐标轴的位移大小，称之为脉冲当量，一般用&表示或BLU表示。脉冲当量是脉冲分配的基本单位，也对应于内部数据处理的一个二进制位，它决定了数控机床的加工精度，对于普通数控机床一般=0.01mm，对于较为精密的数控机床一般取=0.005mm、0.0025mm或0.001mm等。这类插补算法比较简单，通常仅需几次加法和移位操作就可完成，比较容易用硬件实现，这也正是硬件数控系统较多采用这种算法的主要原因。当然，也可用软件来模拟硬件实现这类咋不运算。通常，属于这类插补算法的有：数字脉冲乘法器、逐点比较法、数字积分法以及一些相应的改进算法等。

一般来讲，脉冲增量插补算法较适合于中等精度（如0.1mm）和中等速度（如1～3m/min）的机床数控系统中。由于脉冲增量插补误差不大于一个脉冲当量，并且其输出地脉冲频率主要受插补程序所用时间的限制，所以，数控系统精度与切削速度之间是相互影响的。例如实现某脉冲增量插补算法大约需要40us的处理时间，当系统脉冲当量为0.001mm时，就可求得单个运动坐标轴的极限速度约为1.5m/min。进一步当要求控制两个或两个以上坐标轴时，所获得的轮廓速度还将进一步降低。反之，如果将系统单轴极限速度提高到15m/min，则要求将脉冲当量增大到0.01mm[1]。

三、本课题研究内容

该设计原理是刀具按要求轨迹运动加工零件轮廓的过程中不断比较结果决定下一步的进给方向。使刀具向减小偏差的方向进给，且只有一个方向的进给。逐点比较法插补过程中每进给一步都要经过偏差判别、坐标进给、偏差计算和终点判别四个节拍的处理。

四、本课题研究方法

1）逐点比较法插补是最简单的脉冲增量式插补计算法之一，其过程清晰，速度平稳，但一般只用于一个平面两个坐标轴的插补计算

2）对每一象限的直线（G01）、顺圆（G02）和逆圆（G03)插补计算都要熟悉。

3）处理圆弧过象限的情况，能够综合F代码给定的进给速度信息，插补结果要求能以图形的实式和程序的形式出现

4）举实例进行计算，并写出计算过程，同时对编程要熟练掌握。

五、研究目标、主要特色（创新）及工作进度

1）铣床CNC系统硬件原理图及其说明；

2）推导完整的插补公式；

3）设计出插补软件流程图；

4）用高级语言编写插补程序清单；

4）画出插补轨迹模拟图形；

六、参考文献

[1] 曹新燕，张雯. 机床数控技术及编程[M]. 北京：北京理工大学出版社，2005.

[2] 韩鸿鸾. 数控机床的应用[M]. 北京：机械工业出版社，2007.

[3] 林琦. 数控设备与编程[M]. 北京：中国轻工业出版社，2006.

[4] 胡占齐. 数控机床技术[M]. 北京：机械工业出版社，2002.

[5] 严爱珍. 机床数控原理与系统[M]. 北京：机械工业出版社，1999.

[6] 王永章. 机床的数字控制技术[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995.

[7] 王侃夫. 机床数控技术基础[M]. 北京：机械工业出版社，2002.

[8] 李宏胜. 机床数控技术及应用[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

[9] 颜燕鹰. 时间分割法插补运算[J]. 应用科学，2008.

[10]、张建民等 ，《机电一体化系统设计》，北京：高等教育出版社，2002年

[11]、赵先仲，《机电系统设计》，北京：机械工业出版社，2004年

[12]、吴圣庄，《金属切削机床概论》，北京：机械工业出版社，1993

[13]、杨有君，《数控技术》，北京：机械工业出版社，2005