彭燕

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基于LabVIEW的數(shù)控銑床螺旋插補算法

彭燕

（五邑大學 機電工程學院，廣東 江門 529020）

采用螺旋插補算法控制刀具的運動軌跡以實現(xiàn)加工工件的螺旋形狀，并運用LabVIEW軟件對算法進行了仿真. 結(jié)果表明，該插補算法能夠在數(shù)控銑床中實現(xiàn)，并能夠插補出高精度的螺旋線，滿足數(shù)控銑床插補實時性的要求.

螺旋插補算法；LabVIEW；數(shù)控銑床

1 螺旋插補原理

在所需輪廓的2個已知點間，根據(jù)某一函數(shù)確定其中的多個中間點位置坐標值的運動過程稱為插補. 銑床數(shù)控系統(tǒng)的核心技術(shù)是插補技術(shù). 為了加工出螺桿，數(shù)控銑床采用了以交流伺服電機為驅(qū)動的半閉環(huán)位置采樣控制系統(tǒng)，并選擇可以滿足加工速度和精度要求的螺旋插補算法. 三坐標軸聯(lián)動螺旋插補算法是2個軸進行二坐標聯(lián)動圓弧插補，第3軸進行直線插補的合成運動.[2]

1.1 圓弧插補過程

其中，是軸和軸作為圓弧加工平面中圓弧的半徑，為角速度，為螺旋角.

圖2 圓弧插補示意圖

1.2 直線插補過程

2 數(shù)控銑床螺旋插補的分析與實現(xiàn)

數(shù)控銑床用銑刀加工螺桿的螺旋面時，在相對運動任一瞬間銑刀回轉(zhuǎn)面與工件螺旋面之間總有一條相切的接觸線，該接觸線可以理解為由足夠多的接觸點擬合而成. 每個接觸點繞工件軸線做螺旋運動，就得到工件螺旋面中的一條螺旋線；接觸線繞工作軸線做螺旋運動，就得到工作螺旋面. 將此螺旋插補算法應用到數(shù)控銑床中，就可以實現(xiàn)其對工件螺旋輪廓的加工.

2.1 螺旋插補流程圖

螺旋插補流程圖如圖3所示.

圖3 螺旋插補流程圖

2.2 螺旋插補算法在數(shù)控銑床中的實現(xiàn)

在數(shù)控銑床的數(shù)控系統(tǒng)中，對輸入數(shù)據(jù)進行零件程序的輸入、譯碼、刀具半徑補償、進給速度處理以后，就可以進行螺旋插補. 在LabVIEW軟件平臺上，輸入插補程序，將插補的信息參數(shù)傳送至插補工作寄存器，從而實現(xiàn)螺旋插補算法，具體如圖4所示.

圖4 基于LabVIEW的數(shù)控銑床中螺旋插補程序示例

圖5 數(shù)控銑床螺旋插補算法仿真及結(jié)果

3 結(jié)束語

螺桿零件螺旋表面的加工是制造螺桿的關(guān)鍵加工工序，在數(shù)控裝置中常采用插補運算實現(xiàn)切削加工所需要的刀具移動，采用本文直線插補和圓弧插補相結(jié)合的螺旋插補算法，輸入螺旋插補所需要的數(shù)據(jù)，控制刀具的運動軌跡，可以加工復雜的螺旋輪廓. 用LabVIEW軟件對該算法進行仿真與分析，結(jié)果表明該算法能夠插補出高精度的螺旋線，并滿足數(shù)控系統(tǒng)實時性要求，如果將其用在實際加工中，能提高螺桿的加工效率和精度.

[1] 吳序堂. 齒輪嚙合原理[M]. 西安：西安交通大學出版社，2009.

[2] 楊有君. 數(shù)控技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3] 樊軍慶. 實用數(shù)控技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4] 李莉. 三軸聯(lián)動數(shù)控機床控制系統(tǒng)與插補法的研究[D]. 武漢：湖北工業(yè)大學，2007.

[5] 崔國棟. 一種實用的螺旋線插補算法的研究[J]. 機械與電子，2008(12): 14-16.

[6] 羅良玲. 基于時間分割法的圓柱螺旋線直接插補算法[J]. 南昌大學學報：工科版，2001(12): 57-59.

[7] 潘志. 數(shù)學手冊[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1995: 22-25.

The LabVIEW-based Helical Interpolation Algorithm for CNC Milling Machines

PENGYan

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

The helical interpolation algorithm is adopted to control the spiral trajectory to achieve the spiral shape of workpieces, and the algorithm is simulated using the LabVIEW software. The results show that the interpolation algorithm can be implemented in the CNC milling machine and high precision spirals can be obtained to meet the requirements of real-time interpolation.

helical interpolation algorithm; LabVIEW; CNC milling machines

1006-7302（2011）02-0061-04

TH164

A

2011-02-28

彭燕（1983—）女，陜西商洛人，碩士研究生，從事機械自動化、現(xiàn)代測試技術(shù)方面的研究.