浅谈数控加工的插补过程

    【摘要】插补计算就是数控系统根据输入的基本数据，如直线终点坐标值、圆弧起点、圆心、
圆弧终点坐标值、进给速度等，通过计算将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指令。

 

　　【关键词】插补计算；脉冲当量；数控加工

 

　　一、前言

 

　　在实际加工中，被加工工件的轮廓形状千差万别。严格说来，为了满足几何尺寸精度的
要求，刀具中心轨迹应该准确地依照工件的轮廓形状来生成，对于简单的曲线数控系统可
以比较容易实现，但对于较复杂的形状，若直接生成会使算法变得很复杂，计算机的工作
量也相应地大大增加。因此，实际应用中常采用一小段直线或圆弧去进行拟合就可满足精度
要求，这种拟合方法就是

“插补”，实质上插补就是数据密化的过程。 

　　二、插补中的脉冲当量

 

　　在数控系统工作时，必须先将某一坐标方向上所需要的位移量转换为脉冲数并置于计
数器内，然后启动由主控制器控制的脉冲发生器并输出脉冲，驱动电机运动。置于计数器内
的脉冲数同时在计数器内作减法，当原置入的脉冲数减至零时，脉冲输出立即停止，该坐
标方向上的位移也相应停止。当系统每发出一个进给脉冲，机床机械运动机构就产生一个相
应的位移量。一个脉冲所对应的位移量即脉冲当量，

Q=Li，式中：Q 为脉冲当量（单位：

mm），θ 为步距角（步进电机在输入一个脉冲时所转过的角度）， L 为传动螺旋副的导程
（单位：

mm，等于螺距乘以线数），为步进电机至螺旋副间的传动比。 

　　插补过程中，脉冲当量是数控机床的一个基本参数，也是脉冲分配计算中的基本单位
目 前 ， 在 车 床 数 控 系 统 中 一 般 规 定

Z 轴 脉 冲 当 量 为 0.001mm ， X 轴 的 脉 冲 当 量 为

0.0005mm。在实际应用中，为了简化计算及便于操作，X 轴向的脉冲当量可通过计算机自
动进行乘

2 处理，也就是编程时的直径编程方式。 

　　三、插补原理

 

　　数控机床加工的零件轮廓一般由直线、圆弧组成，也有一些非圆曲线轮廓（如高次曲线、
列表曲线、列表曲面等），但它们都可以用直线或圆弧去逼近，当按各直线和圆弧线段的数
据编写数控加工程序，并输入、启动数控系统工作时，数控系统便将程序段进行输入处理、
插补计算、输出处理，并按计算结果控制伺服机构，从而驱动数控机床的伺服机构，使刀具
和零件作精确的完全符合各程序段的相对运动，最后加工出符合要求的零件。

 

　　插补实际上是根据有限的信息完成数据密化的工作，无论是硬件数控还是

CNC 数控，

插补模块是不可缺少的，故此，插补实际上是根据给定的信息，在理想轮廓（或轨迹）上
的已知两点之间，确定一些中间点的方法。

 

　　在数控加工过程中，要保证位移的实际轨迹尽量与给定的轮廓（即理想轨迹）一致，
中间点的位置就应越接近理想轨迹，这需要数控系统中的计算机进行相当复杂的工作，对
各坐标方向上的动态位移量（脉冲个数），不断地进行精确的计算，然后按主控制器发出
的指令，向输出线路送出其插补计算后的结果。通过插补计算的结果，对各进给坐标所需进
给脉冲的个数、频率和方向进行分配，以实现进给轨迹控制，这就是插补原理。其中脉冲频
率决定了接给速度，脉冲个数和脉冲方向决定了加工位置，脉冲当量的大小决定了加工精
度。