что такое линейная интерполяция на станках с чпу
§5. Программирование ЧПУ. Линейная интерполяция
Интерполяторы делятся на линейные и круговые. Линейный интерполятор используется для отработки прямолинейного движения инструмента. На входе в интерполятор поступает информация о координатах опорных точек, на выходе для каждой координаты формируется последовательность импульсов необходимых для отработки заданной геометрии. Линейный интерполятор позволяет отрабатывать только прямолинейные движения. Однако обеспечить точное соответствие перемещения вдоль заданной прямой достаточно сложно. Итоговая траектория перемещения приближенно напоминает ломаную линию (рисунок ниже). 
Таким образом, линейный интерполятор рассчитывает необходимое количество импульсов по той или иной оси и выдает их на привода.
Программирование линейных перемещений
G01 X n.n Yn.n Z n.n Fn.n, где
X, Y, Z – адреса линейных осей;
F – скорость перемещения;
Например, для программирования прямолинейного перемещения из точки A в точку B со скоростью 1000 мм/мин необходимо в УП сформировать следующий кадр:
Круговая интерполяция G02, G03 на токарном станке. Примеры программ.
В этой статье объясняется использование кода G02 G03 на токарном станке G. G код G02, G03 используются для круговой интерполяции в CNC станках.
Для фрезерных станков команды G02 (Круговая интерполяция по часовой стрелке) и G03 (Круговая интерполяция против часовой стрелки) имеют несколько иное значение, не смотря на схожий принцип действия. Для того чтобы понять разницу между написанием программ для токарного и фрезерного станков, приведу несколько не сложных примеров программирования токарного станка с ЧПУ.
Пример №1 программирования токарного станка с ЧПУ Fanuc
Пример №2 программирования G02 G03 на токарном станке
G-код G02 G03 Пример программы I&K
G02 G03 Циклическая интерполяция G-кода может быть запрограммирована двумя способами:
Ниже представлена та же программа с ЧПУ, но в этой версии используются I & K с кодом G02 G03
Пример №3. Круговая интерполяция G02 G03 на токарном станке
Вы можете использовать R или IK с G-кодами G02 / G03, см. N80 в обоих примерах программ с ЧПУ
Пример №4 программирования станка ЧПУ G-код G02
Объяснение G-кода
G02 Пояснение
G02 имеет некоторые значения в блоке программирования ЧПУ, такие как x, z, I, K.
Программа №5 для токарного станка с ЧПУ. Круговая интерполяция G03
Описание
Буквы I и K для G03.
I Расчет для круговой интерполяции G03
I — это расстояние от начальной точки дуги до центра дуги по оси x. Это значение указывается не в диаметре, а в качестве значения радиуса, поэтому
Расчет K для круговой интерполяции G03
K — расстояние от начальной точки дуги до центра дуги по оси z.
Круговая интерполяция G02 G03 на токарном станке
Краткое руководство по G-Code. Круговая интерполяция G02 и G03.
Круговая интерполяция G02 и G03 — это движение по круговой дуге
Круговое движение — это режим, инициируемый через G02 и G03
Как и линейное движение (инициированное G00 и G01), круговое движение — это режим, инициированный через G02 и G03. G02 устанавливает режим для дуг окружности по часовой стрелке. G03 устанавливает режим для дуг окружности против часовой стрелки.
Определение дуги для контроллера ЧПУ
После того, как установлен режим G02 или G03, дуги определяются в G-коде путем идентификации двух конечных точек и центра, который должен быть равноудаленным от каждой конечной точки, в противном случае возникнет аварийный сигнал.
Определение центра через относительные смещения IJK
Центр чаще всего идентифицируется с помощью I, J или K для определения относительного смещения от начальной точки дуги к центру. Вот типичная дуга по часовой стрелке:
Буквы I и J указывают относительные координаты от начальной точки до центра. Другими словами, если мы добавим значение I к X начальной точки и значение J к Y начальной точки, мы получим X и Y для центра.
Определение центра через радиус с помощью «R»
Мы также можем определить центр, просто указав радиус круга. Допустим радиус нашего круга равен 2, поэтому g-код может быть простым:
Многие из вас прямо здесь и сейчас решат, что, поскольку R проще для понимания и короче для написания, вы просто собираетесь использовать R и забыть о IJK. Но мастера ЧПУ обработки советуют использовать команды IJK. Их аргумент состоит в том, что, используя IJK, вы дважды проверяете правильность дуги.
Потому что контроллер может вычислить фактический набор координат для центра через IJK. Получив координаты центра, он может проверить, что он одинаково удален от обеих конечных точек. Проверка каждого из этих двух расстояний — это двойная проверка. В случае формата «R» контроллер не имеет такой двойной проверки. Он должен выбрать центр, который гарантирует равное расстояние.
Лично я не знаю, согласен ли я с инструкторами ЧПУ в том, что это обеспечивает дополнительную проверку или нет. Я говорю, что используйте тот подход, который имеет смысл в вашей конкретной ситуации, но вы определенно должны быть знакомы с обоими. В любом случае вам нужно будет привыкнуть к относительным координатам, поскольку они чертовски удобны.
Варианты синтаксиса Arc для различных диалектов и режимов G-кода
Это еще одно из тех мест, где происходит много непонятных вещей, например, что будет делать ваш контроллер. Обычно предполагается, что если у вас есть и IJK, и R в одном блоке, R имеет приоритет, а IJK игнорируется. Но есть контроллеры, которые работают не так, поэтому убедитесь, что вы знаете, что происходит.
Есть несколько параметров, которые определяют, как работают дуги.
Давайте рассмотрим эти варианты:
— Инкрементальный против абсолютного IJK : мы обсуждали IJK как представление координат относительно начальной точки для центра. Добавьте I к X, J к Y и K к Z начальной точки, и вы получите центр. Многие элементы управления также имеют возможность использовать IJK как абсолютные координаты центра.
— Модальные центры IJK : когда IJK являются абсолютными координатами центра, некоторые контроллеры запоминают последний определенный центр, поэтому в этом случае IJK является модальным. При использовании такой настройки управления вы можете просто продолжать вводить команды XYZ для дуг без необходимости каждый раз определять новый центр. Однако не ясно, что вы сэкономите много — как часто вы хотите делать несколько дуг с одним и тем же центром?
— Модальные центры R : Еще одна разновидность идеи модального центра состоит в том, чтобы позволить радиусу, определенному буквой «R», быть модальным. Каким бы ни был последний использованный R, контроллер запоминает и снова использует это значение, если R не задано. Это кажется более полезным, чем модальный IJK. Например, у кармана могут быть дуги для углов одинакового радиуса.
— Приоритет R : как уже упоминалось, большинство контроллеров будут использовать «R», если «R» и «IJK» указаны в одном блоке. Н
— Helical Interp. : Эта опция определяет, разрешает ли ваш контроллер спиральную интерполяцию.
Наиболее распространенная проблема при настройке постпроцессора CAM или симулятора ЧПУ: абсолютный и относительный IJK
У всех нас был опыт, когда мы смотрели на симуляцию проходов (или, что еще хуже, видели его в реальном движении инструмента, что довольно пугающе), и видели гигантские почти полные круги без каких-либо признаков знакомых движений деталей, которые мы ожидали увидеть. Вот типичный пример:
Если вы видите такие вещи, первое, что нужно проверить, — это абсолютный IJK в сравнении с относительным IJK для дуг. Настройка должна соответствовать между тем, что выдает CAM, и тем, чтополучает контроллер или симулятор.
Дроби круга, квадранты и регуляторы
Первое, что нужно знать о дуге, это то, что невозможно указать дугу более 360 градусов. В некоторых контроллерах для спиральной интерполяции есть некоторые исключения (см. Ниже) просто потому, что это может быть полезно для спиралей. Если требуется полный круг, установите начальную и конечную точки равными друг другу:
G02 X3.25 Y2.0 I-1.25 J0
Интересно, что вы не можете указать полный круг с помощью «R». Это связано с тем, что существует бесконечное количество кругов, которые начинаются и заканчиваются в одной и той же точке определенного радиуса, поэтому контроллер не знает, какой круг может быть правильным.
Есть еще более забавный ньюанс с «R» и более крупными дугами. Например, дуга все еще может иметь определенный радиус и по часовой стрелке (или против часовой стрелки), но центр будет разным, если вы перемещаетесь более чем на 90 градусов. Например:
Учитывая два показанных варианта, контроллер выбирает путь на основе знака радиуса. Отрицательное получает более длинную дугу, положительное — короче. Отрицательный знак заставляет контроллер искать дугу более 180 градусов.
Некоторые контроллеры еще более чувствительны и не будут программировать дугу, пересекающую линию квадранта. Следовательно, наибольший угол, по которому может следовать дуга, составляет 90 градусов, и этот угол не должен пересекать 0, 90, 180 или 270 градусов. Углы в 90 градусов, пересекающие линию квадранта, должны быть разбиты на две части, причем соединение между частями должно быть прямо на линии квадранта.
Полные круги без XYZ
Полные круги появляются, когда начальная и конечная точки идентичны, а центр указан через IJK (помните, что R ведет к бесконечному количеству кругов). Учитывая, что вы хотите, чтобы начальная и конечная точки были одинаковыми, возможно, вам не придется беспокоиться даже об указании конечной точки с помощью XYZ. Некоторым контроллерам это может потребоваться, но большинству — нет. Вот простая программа с g-кодом, которая таким образом создает 3 круга:
N45 G0 X-2. Y.75
N46 G1 Z-.5 F10.
N47 Y.5 F30. S2000
N48 G2 J-1.1
N49 G1 Y.75
N50 Z.2
N51 G0 X.75 Y-3.4
N52 G1 Z-.5 F10.
N53 X.5 F30.
N54 G2 I-1.1
N55 X.75
N56 Z.2
N57 G0 X-4.75 Y-3.4
N58 G1 Z-.5 F10.
N59 X-4.5 F30.
N60 G2 I1.1
N61 G1 X-4.75
N62 Z.2
А вот как выглядит визуализация:
Совет по упрощению программирования дуги: начните с сегментов
Когда я прокладываю траекторию инструмента, я предпочитаю оставлять дуги напоследок. Вместо каждой дуги я просто помещаю отрезок линии, конечные точки которого соответствуют конечным точкам дуги. Это позволяет быстро собрать грубый набросок траектории инструмента, и часто кажется, что легче вернуться и преобразовать линии в дуги, когда базовая структура уже установлена.
Спиральная интерполяция
Вот пример кода программы фрезерования резьбы:
Это формат «R» (радиус) для дуг, и обратите внимание, что есть координата Z, чтобы указать изменение глубины для конечной точки каждой дуги. В этом коде используется относительное движение (G91), поэтому каждый «Z0.0179» перемещает фрезу на 0,0179 дюйма глубже.
Мы вернемся к резьбофрезерованию более подробно в следующей главе, полностью посвященной этой теме. А пока мы просто хотели, чтобы вы познакомились с идеей создания спиралей, а также плоских двумерных дуг.
Создание траекторий движения инструмента понравится вашей машине
Каждый раз, когда резак меняет направление, он добавляет определенное напряжение. Резак будет врезаться в материал больше или меньше, чем был, в зависимости от того, меняется ли направление на заготовку (или неразрезанный материал) или от нее. Ваша машина будет намного счастливее, если вы запрограммируете дугу, а не резкое изменение направления по прямой. Даже дуга с очень маленьким радиусом позволит контроллеру избежать мгновенного изменения направления, что может оставить след на поверхности в лучшем случае и вызвать вибрацию или другие проблемы в худшем случае. Для небольших изменений направления это может не иметь смысла. Но чем резче изменение, тем больше вероятность, что вам следует использовать дугу для облегчения поворота.
Интерполяция и дискретность в современных системах ЧПУ.
Одним из основных узлов контурных УЧПУ является — специальное вычислительное устройство, преобразующее записанную на перфоленте или заданную от ЭВМ информацию в управляющие воздействия на двигатели приводов подач с целью обеспечения требуемой траекторий и скорости движения инструмента вдоль заданного контура.
На перфоленте траектория перемещения инструмента относительно заготовки задается значениями координат отдельных точек А, В, С. которые называются опорными точками (рис. 1.3). Характер движения инструмента между соседними опорными точками определяется видом интерполяции, которую выполняет интерполятор.
В современных системах ЧПУ применяются в основном интерполяторы двух типов: линейные, обеспечивающие перемещение инструмента между соседними опорными точками по прямым линиям, расположенным под любыми углами (рис. 1.3, а), и линейно-круговые, реализующие такой характер управления, при котором инструмент между соседними опорными точками может перемещаться как по прямым линиям, так и по дугам окружностей (рис. 1.3, б).
Для выполнения кругового движения в программе кроме координат опорных точек должны быть заданы координаты центров дуг окружностей. В большинстве современных контурных систем ЧПУ команды на перемещения рабочих органов выдаются дискретно, в виде единичных кратковременных управляющих воздействий — управляющих импульсов. Интерполятор обеспечивает такое распределение поступающих импульсов во времени между приводами подач, при котором инструмент перемещается с максимальным приближением к заданной прямой (при линейной интерполяции) или к дуге окружности (при круговой интерполяции) с определенными шагами движений (см. участки ВС на рис. 1.3). Наименьший контролируемый в процессе управления шаг в перемещении рабочего органа, осуществляемый от одного управляющего импульса, называется дискретностью отработки перемещений (иногда вместо этого термина используют понятие «разрешающая способность СЧПУ»).
Рис. 1.3. Схема движения инструмента между опорными точками А, В, С, Д, Е при линейной интерполяции (а) и опорными точками А, В, С при круговой интерполяции (б) при токарной обработке.
Дискретность отработки перемещений выражается в миллиметрах на один управляющий импульс, выдаваемый интерполятором. Большинство современных систем ЧПУ имеют дискретность отработки перемещений, равную 0,01 мм/имп. Однако новые СЧПУ, осваиваемые в настоящее время, рассчитаны уже на дискретность 0,001 мм/имп. Выполнение станком требуемых значений дискретности обеспечивается конструкцией УЧПУ, двигателей подач и датчиков обратной связи, а также передаточными отношениями механизмов подач станков.
При разработке программ для станков с линейными интерполяторами криволинейный контур, заданный на чертеже, заменяют ломаной линией (см. линию ABCD на рис. 1.3, а). Такая замена называется аппроксимацией контура. При аппроксимации точки ломаной должны как можно меньше отклоняться от заданного контура. Однако уменьшение этих отклонений приводит к увеличению числа опорных точек, а следовательно, к возрастанию объема вычислений по определению их координат, к увеличению числа кадров на перфоленте. Возрастает общая длина перфоленты, которая может превысить допустимое значение для данного устройства ЧПУ, повышается вероятность возникновения ошибок при чтении перфоленты в процессе обработки и др. На практике число опорных точек принимают минимально допустимым, с тем чтобы их максимальное отклонение от заданного контура не превышало допуска δ на аппроксимацию контура (см. рис. 1.3, а). Этот допуск принимают равным: δ= (0,1—0,3)Δ, где Δ — чертежный допуск на размеры заданного контура.
Программирование для станков с линейно-круговыми интерполяторами более простое, поскольку в кадре программы записываются лишь координаты конечных точек дуги каждого радиуса и координаты центров этих дуг (например, точки В и С и O 1 и O 2 на рис. 1.3, б).
Однако круговая интерполяция достаточно просто может быть использована только в том случае, если обрабатываемый контур задан участками дуг окружностей известных радиусов. Если же участок не является дугой окружности, то приходится или использовать линейную интерполяцию с аппроксимацией контура ломаной линией, или выполнять аппроксимацию криволинейного контура (например, параболы) участками дуг окружностей. Круговая интерполяция дает наибольшие преимущества при токарной обработке, поскольку контуры осевых сечений тел вращения в подавляющем большинстве случаев очерчиваются дугами окружностей.
В отличие от токарной обработки, при которой обычно программируется траектория движения вершины резца, при фрезеровании, как правило, программируется траектория движения центра фрезы (рис. 1.4).
Для обеспечения правильного формирования обрабатываемой поверхности эта траектория строится в виде эквидистантной кривой по отношению к заданному контуру. Эквидистантной называется кривая, все точки которой удалены от заданного контура в направлении по нормали к нему на одно и то же расстояние. При фрезеровании таким расстоянием является радиус фрезы.
Форма и размеры эквидистантной кривой значительно отличаются от контура детали, поэтому программирование для фрезерного станка в общем случае связано с резким увеличением объема вычислений.
Преимуществ от применения круговой интерполяции при фрезеровании меньше, чем при токарной обработке, поскольку многие детали, изготовляемые на фрезерных станках, очерчиваются контурами, составленными из более сложных кривых, чем дуги окружностей. Кроме того, современные линейно-круговые интерполяторы обеспечивают относительное движение инструмента только по окружностям, которые расположены определенным образом: в плоскости стола, в плоскости, перпендикулярной направлению продольной подачи стола, и в плоскости, перпендикулярной направлению поперечной подачи стола. Это не позволяет рационально аппроксимировать сложные фасонные поверхности дугами окружностей. Поэтому на фрезерных станках с ЧПУ наиболее широко используется более простая и универсальная линейная интерполяция, при которой инструмент перемещается в пространстве по прямой линии, например из точки М в точку N (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Траектория перемещения концевой сферической фрезы из опорной точки М в опорную точку N при линейной интерполяции с одновременным управлением по трем координатам.
Все интерполяторы обладают важным технологическим свойством: при линейной интерполяции они поддерживают заданную контурную скорость движения инструмента (подачу) в промежутке между соседними опорными точками неизменной. Это обеспечивается постоянством частоты выдачи управляющих импульсов, которые интерполятор формирует в соответствии с информацией о величине подачи, записанной в кадре управляющей программы. При необходимости в автоматическом режиме подача может быть в любой опорной точке изменена на другую, более рациональную. Если подачу надо изменить в промежутке между основными опорными точками, назначают промежуточные опорные точки.
При круговой интерполяции указанное постоянство частоты выдачи управляющих импульсов приводит к некоторой неравномерности подачи вдоль дуги окружности.
Интерполяция в системе ЧПУ
Интерполяцией – это есть расчет уставок по перемещению (планирование движения, разбитие на микроперемещения)
В данном рисунке применены упрощенные правила движения осущ. на 1 дискрету. Ступенчатость будет сглаживаться инерционностью приводов. В итоге программа интерполятор должна выдать 2 массива – уставки по Х и У на все планируемые такты. Эти массивы раздаются на соответствующие привода.
Одним из основных узлов контурных УЧПУ является интерполятор — специальное вычислительное устройство, преобразующее записанную на перфоленте или заданную от ЭВМ информацию в управляющие воздействия на двигатели приводов подач с целью обеспечения требуемой траекторий и скорости движения инструмента вдоль заданного контура.
На перфоленте траектория перемещения инструмента относительно заготовки задается значениями координат отдельных точек А, В, С. которые называются опорными точками (рис. 1.3). Характер движения инструмента между соседними опорными точками определяется видом интерполяции, которую выполняет интерполятор.
Строение интерфейса MMC
ММС – Machine-Man computer – компьютер оператора. Он включает: 1) Винчестер, прежде всего для хранения управляющих программ; 2) Дисплей с нижней планкой 15 дюймов; 3) USB-порт для подключения флешек; 4) сетевая карта для подключения станка к локальной сети; 5) встроенная клавиатура trackbot и tachpad; 6)внешние разъемы VGA для подключения переносного дисплея; 7) Разъемы для подключения внешней клавиатуры и мышки; 8) устройство для чтения дискет; 9) устройство для чтения CD (возможно).
Управляющая программа в MMC может возникнуть путями: 1)Полностью набрана оператором; 2)Скачана по сети с цехового сервера; 3)Принесена на флешке; 4)CD; 5 Дискета.
Понятие о DNC
Системы группового управления оборудованием от ЭВМ называются (см. гл. 1, § 1) системами DNC (Direct Numerical Control). Возможности построения таких систем ЧПУ появились только после создания ЭВМ, позволяющих работать в режиме разделения времени. В этом режиме одна ЭВМ может одновременно решать большое число задач и управлять большим количеством разных машин.
Это обеспечивается благодаря тому, что ЭВМ выдает управляющую информацию каждому виду оборудования не непрерывно, а отдельными кадрами. Пока данный станок (или другая машина) выполняет заданный кадр, ЭВМ успевает «обойти» все машины на участке и «вернуться» снова на этот же станок для выдачи нового кадра программы.
Таким образом, систему DNC группового управления можно рассматривать как состоящую из трех уровней:
1) верхний уровень с наиболее мощными ЭВМ для оперативного планирования и учета хода производства в целом, а также для проектирования технологических процессов и программирования обработки;
2) средний уровень с ЭВМ небольшой мощности для управления работой оборудования и организации работы ремонтной службы;
3) нижний уровень, на котором используются индивидуальные устройства ЧПУ.
1. Линейная интерполяция методом оценочной функции
2. Строение и интерфейсы NCU
3. Виды датчиков обратной связи для станков с ЧПУ