伪随机性质的插补方法

插补值具有伪随机性质的方法是最近距离插补。

插补（Interpolation），即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”。

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”。

直线插补：

所谓直线插补就是只能用于实际轮廓是直线的插补方式(如果不是直线，也可以用逼近的方式把曲线用一段段线段去逼近，从而每一段线段就可以用直线插补了)。首先假设在实际轮廓起始点处沿x方向走一小段(一个脉冲当量)，发现终点在实际轮廓的下方，则下一条线段沿y方向走一小段，此时如果线段终点还在实际轮廓下方。

则继续沿y方向走一小段，直到在实际轮廓上方以后，再向x方向走一小段，依次循环类推。直到到达轮廓终点为止。这样，实际轮廓就由一段段的折线拼接而成，虽然是折线，但是如果我们每一段走刀线段都非常小(在精度允许范围内)，那么此段折线和实际轮廓还是可以近似地看成相同的曲线的——这就是直线插补。

所谓插补就是根据给定进给速度和给定轮廓的要求，在轮廓的已知点之间，确定中间点的方法，比如说要加工一条直线，首先必须知道起点和终点，但这是不够的，还要确定若干个中间点才能保证加工轨迹的准确性，加工出合格的产品。插补的任务就是根据进给速度的要求，在轮廓起点和重点之间计算出若干个中间点的坐标值，每个中间点计算所需要的时间直接影响系统的控制速度，而插补中间点坐标值的计算精度又影响到数控系统的控制精度，插补算法是整个数控系统控制的核心。

数控编程技术:NC程序仿真与校验2008年02月20日 星期三 12:26本文应用NC程序仿真校验软件VERICUT，研究了NC程序的仿真技术，分别探讨了手工编写的和由CAD/CAM软件生成的NC程序的校验方法，完成了典型零件手工编写的和由CAD/CAM软件生成的NC程序的切削加工仿真和程序校验。

一、引言

NC程序作为数控加工的信息载体，其正确与否直接影响零件的加工质量。目前实际生产使用的NC程序，在投入加工之前通常采用机床空运行和样件试切，完成NC程序的校验。该方法加工准备周期长，生产成本高，难以实现数控机床的高效率。图形仿真是目前通用的NC校验方法，一般采用离线工作方式，用三维图形直观显示机床、刀具、工件以及辅助设备（机械手等），在计算机上对检验程序进行编译，并驱动图形加工系统进行准实时加工，检查NC代码中的语法和语意错误，实现干涉校验。NC程序仿真能直观安全地模拟、验证、分析切削过程，免去了以往样件生产的样件材料损耗、刀具磨损、机床清理等，从而缩短生产准备周期，降低成本。本文选择了两个典型零件作为研究对象，探讨利用计算机辅助技术生成NC程序，然后进行仿真校验的技术问题。

以Unigraphics NX和VERICUT 53为工具。在Unigraphics NX/Modeling模块中做零件和模型造型，用VB和Unigraphics NX/Manufacturing等软件生成NC程序，再用VERICUT 53仿真软件实现NC程序仿真校验。

二、NC程序仿真与校验工作流程

VERICUT仿真校验NC程序的工作流程如图1所示。

图1 VERICUT仿真校验NC程序的工作流程

几乎所有形式的NC程序代码都可以作为VERICUT的输入程序，包括手工编写的纯文本格式的数控加工程序。M＆G代码与APT形式的CL文件一样，都可以被VERICUT直接执行。类似真实加工的是，VERICUT需要刀具轨迹代码，需要对于被加工的原材料的描述，也需要对于切削刀具的描述。验证过程的结果之一是一个加工过的三维实体模型——产品。结果之二是一个报告——包含模拟加工过程所监测到的所有错误信息的日志报告。

三、VERICUT实现NC程序仿真校验的方法和步骤

1 手工编写的NC程序仿真校验

对于这种情况，这里以一个用VB编写的纯文本数控加工程序为例加以说明。如图2所示的是一个已经粗加工的零件，要对其顶面进行精加工。顶面为一不能用CAD软件完成造型的三维空间曲面，原曲面上相应点的坐标是在三坐标测量机上测量得到的，只能根据这些坐标值进行编程，然后加工出曲面。用VB编写的数控程序有5万多行，程序的校验原先是在数控机床上对样件进行试切完成的，要经历试切→测量→修改程序→再试切的程序校验过程，整个过程既费工又费时，而且效果也不理想。改用VERICUT对NC程序进行仿真和校验，不仅节省时间和降低成本，而且效果很好。

图2 毛坯模型

本例为了获得好的仿真效果，利用Unigraphics NX制作了一个近似的实体模型。模型制作好后，输出为IGS文件并保存。仿真需要完成三个 *** 作步骤：准备NC程序；准备被加工零件的原材料模型；完成仿真。

进入VERICUT主界面，首先定义工作环境，单击File→Properties，Default Units=Millimeter设置为公制毫米单位，然后单击File→New Session新建一个USR文件。在其中定义刀具路径、毛坯和刀具，并完成仿真。

(1)毛坯

单击VERICUT主菜单的Model→Model Definition：Import标签，单击Browse，点选保存IGS原材料模型文件的目录，选择预先制作好的原材料模型文件。取Tolerance=0005，单击Apply，被加工零件的原材料模型即被输入VERICUT主界面，如图1所示。

(2)NC程序

手工编写的NC程序如图2所示。共5万多行，预先编好的NC程序保存为纯文本格式。NC程序以顶面中心为编程原点，精加工工序使用的刀具为φ20球头铣刀。NC程序调用步骤：单击Setup menu→Toolpath：Toolpath Type＝G-Code Data，单击Add，选择预先编好的程序文件，单击Ok，刀具路径文件被调入VERICUT。

图3 NC程序

(3)刀具

根据程序的要求，在VERICUT中定义刀具，可以从VERICUT附带的刀具库中选择。步骤是：单击Setup→Tool Manager→File→Open，在VERICUT的安装目录下，找到刀具库文件fanuc3xmtls，并打开。对ID号为1的刀具进行编辑，改为φ20的球头铣刀，并将其Gage Offest设为零。删除其余刀具，将修改的结果另存至相应的目录。

(4)数控系统

这里要为VERICUT仿真环境指定一个数控系统控制文件。可直接从VERICUT的库文件中选择相应的数控系统控制文件，本例选用的控制文件是fan0m·ctl (mill)。调用步骤：单击Setup→Control→Open，在VERICUT安装目录下找到库文件fan0m·ctl，并打开。该文件是一个文本文件，包含数控系统如何处理G代码的指令、程序的格式、机器码编写规则和程序调用的规则等，用于将刀具路径编译为机床能识别的机器码。

(5)机床

要根据实际机床定义仿真的机床组件。下面以Funac-3Axis立式加工中心为例，说明如何添加机床各轴组件到组件树形关系中。

☆在Base下建立Z轴，并定义Z轴零点相对于机床零点的位置；

☆在Z轴上建立刀具Tool，并定义其相对于机床零点的位置；

☆再在Base下建立Y轴，在Y轴上建立X轴；

☆然后利用剪切、粘贴功能，将组件树形关系调整为如图（4）所示结构。

图4 组件树形关系

说明：机床组件中各轴零点均设在毛坯底面中心，刀具Tool的Z坐标根据程序中的G92指令和毛坯顶面中心至底面中心的高度设置，类似于在数控机床上将工件坐标零点设置在毛坯顶面的中心。

(6)仿真

这里要确保刀具路径的原点与机床各组件的零点相符。本例根据以上的设置将刀具路径原点设在Stock_Origin。设置步骤：单击Setup menu→Toolpath：在刀具原点列表下拉菜单中，点选Stock_Origin，然后单击Ok。

单击Play to End图标即可仿真刀具切削过程。仿真过程中，打开Info/Status窗口，则在动态切削过程的同时，还能实时得到其相应的刀具位置、错误信息、警告信息、刀具信息等，如图5所示。

a)仿真切削过程 b)有误切程序的仿真结果 c)调整后的程序仿真结果

图5 仿真结果

查看日志文件，可得到VERICUT记录的错误信息和警告信息。如有错误，则会显示发生错误的程序段。如记录数均为零，则说明NC程序通过了VERICUT的验证。

2 Unigraphics NX/Manufacturing中生成的NC程序仿真校验

对于这种情况，本文着重探讨NC程序的仿真校验。尽管在Unigraphics NX/Manufacturing中，生成刀具路径时，Unigraphics NX/Manufacturing提供了加工仿真功能，但是对一些复杂零件的刀具路径在实际加工前还应对NC程序进行进一步的验证。如图6所示的零件，在Unigraphics NX/Manufacturing中编制刀具路径时，经加工仿真未发现问题，用默认的三轴铣后处理器将刀具路径后处理生成NC程序，再用VERICUT进行验证，却出现了错误报告，错误程序段为N3340 G2 X59026 Y33681 I-3391 F250，圆弧插补缺少J地址字，对应的刀具路径如图6a所示。类似的错误有好几处，这样的错误一般难以检查发现。但用VERICUT软件很容易就能发现问题。经VERICUT仿真的NC程序，除了能在动态切削过程的同时，实时得到其相应的刀具位置、错误信息、警告信息、刀具信息外，还生成相应的日志报告。报告中详细记载了错误的性质和相应的程序段，通过路径重放还能再现错误发生的过程，而且能立即在路径重放窗口中对相应的程序段进行修改。如图6b为原错误程序段修改后的路径重放。

图6 一个盘型零件

三、结束语

利用VERICUT仿真校验NC程序可以在计算机上模拟整个NC机床的切削环境，而不必在实际的机床上运行。它降低甚至消除了在机床上验证输出的必要性。利用该技术不仅节省了编程和调试的时间，还减少了重复性的工作、消除了损坏零件及损坏机床的可能性。

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随着制造技术的迅速发展,机械产品的性能和质量不断提高,更新换代不断加快,对机床不仅要求具有较高的精度和生产率,而且能迅速地适应产品零件的变换。数控技术的发展是保证产品质量和提高生产效率的关键技术。因此，加大企业的数控设备投入和加快企业现有设备的数控改造是非常必要和迫切的。

本次设计是在CW6163普通机床的基础上进行的数控化改造，数控机床的核心是数控系统，利用数控系统的插补软件实现零件轮廓的切削加工，因此插补软件的设计是数控系统的重要组成部分。本文利用数字积分法插补原理，以Visual Basic60软件为平台开发插补仿真软件，实现四个象限的直线插补轨迹仿真，形象直观地反映了插补的动态过程。

Along with technique of manufacture's rapidly expand, engineering products' performance and the quality enhance unceasingly, the renewal speeds up unceasingly, not only requests to the engine bed to have the high precision and the productivity, moreover can adapt the product components transformation rapidly The numerical control technology's development is the quality assurance and the enhancement production efficiency key technologies Therefore, enlarges enterprise's numerical control equipment to put into and to speed up the enterprise existing equipment's numerical control transformation is very essential and urgent this design is the numerical control transformation which carries on in the CW6163 ordinary engine bed's foundation, numerically-controlled machine tool's core is the numerical control system, realizes the components outline machining using the numerical control system's interpolation software, therefore the interpolation software's design is the numerical control system's important component This article uses the digital integration interpolation principle, take Visual the Basic60 software as the platform development interpolation simulation software, realized four quadrant straight line interpolation path simulations, the image has reflected the interpolation dynamic process intuitively

关键词：

Key word:

数字积分法

Digital integration

Visual Basic60

数控系统

Numerical control system

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