5.3 Интерполятор

В большинстве станков с ЧПУ управление приводами подач осуществляется дискретно с помощью импульсов. Цена одного импульса (наименьшее программируемое перемещение) или дискретность системы являются одним из ее основных технических показателей станка с ЧПУ. Поэтому приращения координат точек задаются системой ЧПУ не в миллиметрах, а в импульсах, которые отрабатываются приводами подач. Например, если дискретность составляет 0,001 мм/имп., а величина перемещения Х=12,85 мм, то это составит 1285 импульсов.

В УП задаются только координаты опорных точек детали. Если для обработки определенного участка детали необходимо перемещение рабочего органа только по одной координате, то процесс управления приводом подач достаточно простой.

Однако, для осуществления на станке процесса сложного формообразования необходимо, чтобы в каждый момент времени обеспечивалось согласованное движение рабочих органов станка по двум или большему количеству координат. Сложное формообразование осуществляется суммированием простых движений, но суммирование производится не механизмами, а в системе ЧПУ с помощью специализированной ЭВМ.

Задание приращений по двум осям координат не гарантирует перемещение рабочего органа по заданной траектории между этими точками. Даже при постоянной скорости подачи по двум осям вследствие неравенства координат точки (xy) время движения по оси X не будет равно времени движения по оси Y и траектория будет искаженной (на рис.5.8,а показано штрихами). Приблизить фактическую траекторию к заданной можно введением дополнительных (промежуточных) опорных точек (точки 2—5 на рис.5.8,6) и заданием соответствующей последовательности перемещений инструмента между этими точками, т. е. траекторию приходится разбивать на более мелкие участки. Величина  определит ошибку в отработке.

При программировании введение дополнительных опорных точек приводит к резкому увеличению расчетов и объема программы. Поэтому в практике детальное представление заданной траектории движения инструмента между двумя опорными точками (с выдачей команд на соответствующие перемещения по осям) осуществляется с помощью специального вычислительного устройства — интерполятора.

9. Л инейная траектория перемещения инструмента

Интерполятор системы ЧПУ – вычислительный блок, задающий последовательность управляющих воздействий для перемещения рабочего органа в соответствии с функциональной связью между координатами опорных точек.

Интерполятор является важнейшим узлом всей системы ЧПУ. Остальные узлы подготавливают информацию для интерполятора и преобразуют выдаваемые им электрические импульсы в сигналы управления приводами подач.

Задача интерполятора состоит в управлении приводами подач по различным координатам и в согласовании их движения между собой так, чтобы получить траекторию движения рабочего органа максимально приближенную к контуру детали.

Для решения этой задачи интерполятор выполняет следующие функции:

• производит интерполяцию – расчёт координат промежуточных точек траектории движения рабочего органа по координатам конечных точек и определенному закону интерполяции в плоскости или в пространстве;

• осуществляет связь перемещений по координатам. На каждый импульс интерполятора привод соответствующей координаты осуществит перемещение рабочего органа на определенную величину, зависящую от технических возможностей системы ЧПУ;

• поддержание постоянной контурной скорости, т.е. электрические импульсы на приводы должны поступать непрерывно в соответствии с требуемым законом движения. Контурная скорость – результирующая скорость подачи рабочего органа, вектор которой равен сумме векторов скоростей перемещения этого органа вдоль осей координат.

Интерполятор непрерывно, т. е. в каждый данный момент, в процессе перемещения инструмента от одной опорной точки к другой поддерживает функциональную связь между координатами опорных точек, т. е. обеспечивает отработку траектории в зависимости от вида функции.

Траектория движения рабочего органа между опорными точками формируется системой ЧПУ путем аппроксимации сложного криволинейного контура детали отрезками интерполяционных кривых.

В зависимости от вида аппроксимирующей функции существует три типа интерполяторов: линейные, линейно-круговые и линейно-параболические. Линейные интерполяторы обеспечивают перемещение между двумя соседними опорными точками по прямой, линейно-круговые – по прямым и дугам окружностей, а линейно-параболические – по прямым и параболам.

В процессе работы линейный интерполятор при исходных заданных приращениях x и y непрерывно должен поддерживать такое соотношение скоростей движения инструмента по осям, при котором инструмент будет перемещаться по заданной линейной траектории.

Обеспечить точно функциональную связь между движениями по осям координат в каждой данной точке траектории очень сложно. В большинстве существующих станков перемещение инструмента по заданной траектории осуществляется приближенно, путем включения подачи попеременно то вдоль одной, то вдоль другой оси. При этом интерполятор системы управления непрерывно оценивает отклонения от заданной траектории и стремится свести эти отклонения к минимуму.

Скачки ступенчатой траектории незначительны. Они равны или кратны цене одного управляющего импульса, поступающего из интерполятора, или импульса, формируемого датчиком обратной связи. Например, прямая наклонная линия может формироваться попеременной подачей на приводы импульсов в такой последовательности: один импульс по оси Y и два импульса по оси X (рис.5.8,в). Поскольку в современных станках наиболее часто цена импульса равна 0,001 мм, то перемещение между двумя соседними опорными точками практически можно рассматривать как плавное. Интерполяция может быть также круговой, с помощью полиномов второй и высших степеней и др.

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.

Линейные интерполятор позволяет в одном кадре УП задать суммарное перемещение рабочих органов по прямой (при линейном перемещении по двум координатам), по архимедовой спирали или винтовой линии (при одновременном вращении стола и равномерном прямолинейном перемещении рабочего органа).

Круговой интерполятор позволяет описать одним кадром часть окружности в любой плоскости.

Интерполяционный процесс – это совокупность непрерывно повторяющихся (до полной обработки всей информации кадра) вычислительных циклов, которые завершаются определением комбинации выдаваемых на приводы подач управляющих дискрет. Алгоритмы интерполяции обслуживают тот кадр УП, который является в данный момент рабочим.

Работа интерполятора как вычислительной машины основана на решении определенных задач. Известно несколько методов интерполяции, среди которых наиболее распространен метод оценочной функции, основанный на решении алгебраических уравнений.

При задании информации (вводе очередного кадра программы в устройство управления) в виде координат конечной для данного участка точки интерполятор автоматически определяет положения всех точек, по которым должен переместиться рабочий орган.