Інтерполяція і дискретність в сучасних системах ЧПУ
Одним з основних вузлів контурних УЧПУ є інтерполятор - спеціальне обчислювальний пристрій, що перетворює записану на перфоленте або задану від ЕОМ інформацію в управлінський вплив на двигуни приводів подач з метою забезпечення необхідної траєкторій і швидкості руху інструменту уздовж заданого контуру.
На перфоленте траєкторія руху інструмента щодо заготовки задається значеннями координат окремих точок А, В, С. які називаються опорними точками (рис. 1.3). Характер руху інструменту між сусідніми опорними точками визначається видом інтерполяції, яку виконує інтерполятор.
У сучасних системах ЧПУ застосовуються в основному інтерполятора двох типів: лінійні, що забезпечують переміщення інструменту між сусідніми опорними точками за прямими лініями, розташованим під будь-якими кутами (рис. 1.3, а), і лінійно-кругові, що реалізують такий характер управління, при якому інструмент між сусідніми опорними точками може їздити як по прямих лініях, так і по дугам кіл (рис. 1.3, б).
Для виконання кругового руху в програмі окрім координат опорних точок повинні бути задані координати центрів дуг кіл. У більшості сучасних контурних систем ЧПУ команди на переміщення робочих органів видаються дискретно, у вигляді поодиноких короткочасних керуючих впливів - керуючих імпульсів. Интерполятор забезпечує такий розподіл надходять імпульсів у часі між приводами подач, при якому інструмент переміщається з максимальним наближенням до заданої прямої (при лінійній інтерполяції) або до дуги кола (при кругової інтерполяції) з певними кроками рухів (див. Ділянки ВС на рис. 1.3) . Найменший контрольований в процесі управління крок в переміщенні робочого органу, який здійснюється від одного керуючого імпульсу, називається дискретністю відпрацювання переміщень (іноді замість цього терміна використовують поняття «роздільна здатність СЧПУ»).
Мал. 1.3. Схема руху інструменту між опорними точками А, В, С, Д, Е при лінійної інтерполяції (а) і опорними точками А, В, С при кругової інтерполяції (б) при токарній обробці.
Дискретність відпрацювання переміщень виражається в міліметрах на один керуючий імпульс, який видається інтерполятором. Більшість сучасних систем ЧПУ мають дискретність відпрацювання переміщень, рівну 0,01 мм / імп. Однак нові СЧПУ, освоюються в даний час, розраховані вже на дискретність 0,001 мм / імп. Виконання верстатом необхідних значень дискретності забезпечується конструкцією УЧПУ, двигунів подач і датчиків зворотного зв'язку, а також передавальними відносинами механізмів подач верстатів.
При розробці програм для верстатів з лінійними інтерполятора криволінійний контур, заданий на кресленні, замінюють ламаною лінією (див. Лінію ABCD на рис. 1.3, а). Така заміна називається апроксимацією контуру. При апроксимації точки ламаної повинні якомога менше відхилятися від заданого контуру. Однак зменшення цих відхилень призводить до збільшення числа опорних точок, а отже, до зростання обсягу обчислень за визначенням їх координат, до збільшення числа кадрів на перфоленте. Зростає загальна довжина перфострічки, яка може перевищити допустиме значення для даного пристрою ЧПУ, підвищується ймовірність виникнення помилок при читанні перфострічки в процесі обробки і ін. На практиці число опорних точок приймають мінімально допустимим, з тим щоб їх максимальне відхилення від заданого контуру не перевищувало допуску δ на апроксимацію контуру (див. рис. 1.3, а). Цей допуск приймають рівним: δ = (0,1-0,3) δ, де δ - креслярський допуск на розміри заданого контуру.
Програмування для верстатів з лінійно-круговими інтерполятора простіше, оскільки в кадрі програми записуються лише координати кінцевих точок дуги кожного радіуса і координати центрів цих дуг (наприклад, точки В і С і O1 і O2 на рис. 1.3, б).
Однак кругова інтерполяція досить просто може бути використана тільки в тому випадку, якщо оброблюваний контур заданий ділянками дуг кіл відомих радіусів. Якщо ж ділянка не є дугою кола, то доводиться або використовувати лінійну інтерполяцію з апроксимацією контуру ламаною лінією, або виконувати апроксимацію криволінійного контуру (наприклад, параболи) ділянками дуг кіл. Кругова інтерполяція дає найбільші переваги при токарній обробці, оскільки контури осьових перетинів тіл обертання в переважній більшості випадків окреслюються дугами кіл.
На відміну від токарного оброблення, при якій зазвичай програмується траєкторія руху вершини різця, при фрезеруванні, як правило, програмується траєкторія руху центру фрези (рис. 1.4).
Мал. 1.4. Траєкторія руху центру фрези з радіусом rф при формуванні контуру ABC, що складається з двох дуг кіл радіусом R1 і R2 (А1. В1. В1 ', С1 - опорні точки траєкторії руху фрези).
Для забезпечення правильного формування оброблюваної поверхні ця траєкторія будується в вигляді еквідистантним кривої по відношенню до заданого контуру. Еквідистантним називається крива, всі точки якої віддалені від заданого контуру в напрямку по нормалі до нього на один і той же відстань. При фрезеруванні таким відстанню є радіус фрези.
Форма і розміри еквідистантним кривої значно відрізняються від контуру деталі, тому програмування для фрезерного верстата в загальному випадку пов'язане з різким збільшенням обсягу обчислень.
Переваг від застосування кругової інтерполяції при фрезеруванні менше, ніж при токарній обробці, оскільки багато деталей, що виготовляються на фрезерних верстатах, окреслюються контурами, складеними з більш складних кривих, ніж дуги кіл. Крім того, сучасні лінійно-кругові інтерполятора забезпечують відносний рух інструменту тільки по колах, які розташовані певним чином: в площині столу, в площині, перпендикулярній напряму поздовжньої подачі стола, і в площині, перпендикулярній напряму поперечної подачі стола. Це не дозволяє раціонально апроксимувати складні фасонні поверхні дугами кіл. Тому на фрезерних верстатах з ЧПУ найбільш широко використовується більш проста і універсальна лінійна інтерполяція, при якій інструмент переміщається в просторі по прямої лінії, наприклад з точки М в точку N (рис. 1.5).
Мал. 1.5. Траєкторія переміщення кінцевий сферичної фрези з опорної точки М в опорну точку N при лінійної інтерполяції з одночасним керуванням за трьома координатами.
Все інтерполятора володіють важливим технологічним властивістю: при лінійної інтерполяції вони підтримують задану контурну швидкість руху інструменту (подачу) в проміжку між сусідніми опорними точками незмінною. Це забезпечується постійністю частоти видачі керуючих імпульсів, які інтерполятор формує відповідно до інформації про величину подачі, записаної в кадрі керуючої програми. При необхідності в автоматичному режимі подача може бути в будь-який опорній точці змінена на іншу, більш раціональну. Якщо подачу треба змінити в проміжку між основними опорними точками, призначають проміжні опорні точки.
При кругової інтерполяції вказане сталість частоти видачі керуючих імпульсів призводить до деякої нерівномірності подачі уздовж дуги кола.