基于脉冲乘法器原理的精插补器设计参数与误差分析.pdf

第 2 7卷第 5期 2 O O 6年 5 月 煤矿机械 C 0 a l Mi n e Ma c h i n e VO 1 ． 2 7 No ． 5 Ma y．20 06 文章编号 1 0 0 3 ， 0 7 9 4 { 2 0 0 6 } 0 5 ． 0 7 5 5 0 2 基于脉冲乘法器原理的精插补器设计参数与误差分析 张华宇。 ．徐方全 ．谢风 芹‘ 1 ． 山东科技大学 机械电子工程学院，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 ；2 ． 山东科技大学 材料科学与工程学院，山东 青岛 2 6 6 5 1 0 摘 要基 于脉冲乘法嚣原理的精插补 嚣存在理论误差， 产生的原 因是分频数 圆整造成的。 其插补精度与最大进给速度、 机床 系统的脉冲 当量、 插补周期 ， 以及脉 冲发生器的输 出脉 冲频率有 关 。 关键词 精插补 ；误差 ；脉冲当量 中图号T P 3 6 8 ． 1 文献标识码 A An a l y s i s O f Fi n e I n t e r p o l a t i o n’ S Er r o r Ba s e d O n Pu l s e M u l t i p l i e r Z H AN G H u a y u - X U F a n g Q u a n 2 ． X ] E F e n gq i n 1 ． C o U e g e o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c al E n g i n e e r i n g ,S h a n d o n g U n i v e s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y -Q i n g d a o 2 6 6 5 1 0 -C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f M a t e ri a l s Sci e n c e E n g i n e e ri n g - S h and o n g U n i v e s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y -Q i n g d a o 2 6 6 5 1 0 - C h i n a Ab s t r a c t F i n e i n t e r p o l a t i o n b a s e d o n p u l s e m u l t i p l i e r h a s t h e o r y e r r o r ．T h e i e a s o n i s t h e r o u n d i n g p roc e s s o r c r o s s o v e r f r e q u e n c y．T h e i n t e r p o l a t i o n p r e c i s i o n i S c o r r e l a t e d wi t h r n a x f e e d r a t e。 p u l s e e q u i v a l e n t o f C NC， CYC o f i n t e r p o l a t i o n．a n d o u t p u t i mp u l s e f req ue n c y o f p u l s e g e n e r a t o r ． Ke y wo r d s fi n e i n t e r p o l a t i o n；e r r o r ；p u l s e e q u i v a l e n t 0前 言 插补器是 C N C系统中的一个重要部件， 用于完 成对进给运动的控制。插补器能够基于硬件逻辑构 成 ， 也可以用 C P U软件构成。现代高性能的 C N C 系统， 大都采用 两级插补 ， 先 由软件进行粗插补运 算 ． 再由硬件构成 的精插补器进行精插补。这种结 构可以大大提高插补效率 ， 从而满足高速进给 C N C 系统对插补速 度的要求。由于大大减 少了主 C P U 的插补运算时间， C N C系统有可能为更多的复杂任 务进行实时服务 比如实时插补轨迹的显示 ， 从而 提高系统的自动化和智能化程度。 用硬件实现的精插补器有多种工作原理。在两 轴半以上的数控系统 中， 基于脉冲乘法器原理的插 补器得到了广泛的应用。这种插补器的基本原理是 按照轮廓在各进给轴 上的速度分量 或一个插补周 期内的位移分量 ， 对一个基准脉冲进行相应的分频 相 当于乘 以一个小数 ， 从而得 到按 比例的各进给 轴脉冲。本文分析讨论此类插补器的有关参数选取 方法和参数对插补精度的影 响， 分析将集 中在各参 数对插补器精度的影响 ， 以及给定误差下基准脉冲 频率和各进给轴分频数的选用问题。 1 基于脉冲乘法器原理精插补器的一种实现方案 基于脉冲乘法器原理的插补器可以使用多种器 件实现。本 文采用 I N T E L 8 2 5 3 ／ 8 2 5 4可编程定 时器 实现精插补。8 2 5 3 ／ 8 2 5 4片内的 3个可编程定时器， 工作于方式 2或 3 ， 构成对基准脉冲 ．厂 的可编程分频 器。在每个插补周期开始前 ， 通过对 3个分频器的 分频值设 定， 可 以在 8 2 5 4 ／ 8 2 5 3的输 出端 O 。 、 0 、 0 3 得到相应的进给轴的进给脉冲 、 Y 、 ， 其脉冲频 率为 、 、 ， 与进给速度在各轴 的分配量相匹配， 从而达到精插补的功能。 2 分频数的取值及其圆整对进给轴插补周期 内进 给量 误差 的影 响 为了讨论方便 ， 先选其 中的 2个轴作为讨论对 象。设刀具在精插补开始时， 当前位置 为 0 ， 0 ， 插 补的终端坐标是 。 ， Y 。 ， 则在一个插补周期 内 ， Y轴的进给量分别为 ， ， 进给量、 插补速度、 插 补周期和脉冲当量具有如下的关系 『 瓴 【 Y 。 ／ 3 y T T 一 式中 ， t 7 ， ， Y轴的进给分速度， m m ／ s ； 卜插补周期， s ； 脉冲当量， m m l 脉冲； ， ， Y轴进给脉冲的频率。 如果系统的时钟脉冲频率为 f ， 则各轴分频值 的计算值 I f | f 【 ， f ／ 由式 1 、 式 2 得 2 『 ， flT ／ x ／ v ⋯ 、 - T | y t ／ v 的取值是实型数 ， 因脉冲当量 对于给 定系统为常数 ， 其数值大小与时钟发生器 的输 出频 率 厂成正比， 与进给量 ， Y 或进给速度 。 ， 均成 反比。在一个插补周期内， 进给量大的轴 ， 其分频数 维普资讯 7 5 6 基于脉冲乘法器原理的精插补器设计参数与误差分析张华宇， 等 第 2 7卷第 5期 计算值取大值 ， 反之取小值。 ‘ 虽然分频值的计算值 、 为实数 ， 但写 入分 频寄存器的数值必须是整数 ， 可称之为分频数的设 定值 ， 用符号 表示 ， 即 i n t ； i n t y 经过圆整 假设 向下 圆整 后 ， 与 、 对应 的各轴 的实际进给量 f d T ／ ； 4 【 Y 。 声 ／ 、 因此， ， Y轴的绝对进给误差 { c 。 。。， 5 L e Y Y 根据以前各公式整理， 并注意到 一 ， 从 而可得 尊 2㈤ 孚 当分频数计 算值 刚好为整 H ,- t ， 有 e - 0或 e 0 ， 相应 轴的绝 对进给误差在给定插补周期 内 误差为 0 ， 注意到 f 0≤ e 一 1 i 0 1 7 【 ≤ 一 则 篓 ㈣ 【 0 从 而由于分频数圆整对进给量误差的影响与进 给速度 的平方成正 比。与插补周期成正 比， 与基准 脉冲成 反 比。 3插补周期 内的各轴进给量的误差补偿问题 在一个完整的插 补周期内， 由于取整截断产生 的误差是理论误差， 不可避免 ， 为了防止在若干个插 补周期后误差的累积 ， 可以在粗插补的过程中 ， 将误 差进 行 累加 。 9 【 E y Ey e y 0， 0 7 当累积误差大于一个单位时 ， 就将其整数部分 叠加到下一个插补周期内的进给量上。若粗插补给 出的进给量是 ， Y ， 其补偿策略为 i n t E i f i n t E ≠0 t h e n E i n t E Y Y i n t E r i f i n t E ≠0 t h e n E E 一i n t E 为简化对问题的讨论， 假设误差累计值为正值 ， 也就是圆整全部， 舍弃小数部分。在实际工程中， 可 以按照相对误差最小进行四舍五人， 此情形 下的补 偿过程 ， 就要考虑补偿值的符号。显然 ， 按照上述补 偿策略可将累积误差控制在一个脉冲当量 以内。 4结 语 当采用脉 冲乘法器原理 的精插补 器构造 C N C 系统时 ， 若设计 的原始参数最大插补速度 ⋯、 系统 的脉冲当量 、 以及插补周期 确定后 ， 系统时钟脉 冲发生器的脉冲频率 ．厂 设计取值 ， 与插补周期内的 允许误差[ e _J 有关。系统的误差 与脉冲发生器的脉 冲频率 _ 厂 成反比。但过高的频率会给系统硬件设计 带来较大 的困难 。对应 存 在一个保 证精 度 的 “ 最小分频数” 。系统的所有参数确定后 。 每个插补 周期 内的实际插补误差与插补速度的平方成正 比。 插补误差是理论误差 ， 不可避免 ， 但可以采取措施进 行有效补偿 ， 避免误差的积累。 参考 文献 [ 1 ] 张旭东 ．I B M微 型机 实用接 口技 术[ M] ．北京 科学技 术 文献 出 版 社， 1 9 9 3 ． [ 2 ] 严盈 珍 ．机 床数 控 原 理 与 系统 [ M] ．北京 机 械 工 业 出版 社 ， 2 o 0 2． [ 3 ] 王 意成 ．数控机床与编程 [ M] ．天津 天津大学出版社 ． 1 9 9 9 ． [ 4 ] 机械工 业教 育协会 ．数 控技 术 [ M] ．北京 机 械 工 业 出版 社 ， ，nnl 作者简介 张华字 1 9 7 7一 ， 河南南 阳人 ， 讲 师 ． 2 0 0 4年 牛业 于 山东科技大学 ， 主要从事数控 及机器人 技术 的研究 ． Em a il z h a n g ． h u 8 6 8 6 1 6 3． e o m． 收稿 13期 2 0 0 5 ． 0 8 ， 3 1 济 三 矿 9 t 展 无 轨 运 输 方 式 应 用 的 研 究 利用无轨胶轮车完成井 下材料 、 设备 、 人员等运输 的元轨辅 助运输 在 国外煤 矿应用 比较普 遍 ， 但在我 国煤 矿的应 用还 比 较少。究州矿业 集团 公司济宁三号煤矿结合立井的特点和现场的条件， 设计完善了元轨运输的配套项 目， 采取“ 有轨与元 轨结合 、 元轨运输为主” 的原则 ， 逐渐摸索出 了适合立井开凿煤矿的辅助运输系统。 元轨胶轮车运输从换装站直达工作地点 ， 小型车还可以上、 下井， 中间环节少， 运输效率高。从济宁三号煤矿的应用情况 来看， 元轨运输不受立井及其深度的影响， 只要在副井井口和井底车场设一部分轨道， 在井下设置材料换装硐室， 就可以通过 有轨重型平板车等车辆实现井上下的联系和换装。国外引进无轨运输设备费用高， 而且零配件供应不及时， 国产胶轮车在技 术和性能上还需完善， 最好根据引进胶轮车部件的材料 、 参数等研制部分零配件， 以解决配件供应不足的问题， 使元轨运输方 式在众多 煤矿中得到推广应 用。 李剑峰供稿 维普资讯