数控代码及插补算法综合实验
机床数控系统插补算法
机床数控系统插补算法本文对影响机床数控系统效率和精度的核心技术，即机床数控系统插补算法进行探讨。
关键词：机床数控系统插补算法一、插补算法决定数控系统加工效率和精度在机床运动控制系统中，运动控制分为点位控制、直线控制和轮廓控制三类。
点位控制又称为点到点控制，能实现由一个位置到另一个位置的精确移动，即准确控制移动部件的终点位置，但并不考虑其运动轨迹。
直线控制除了控制终点坐标值之外，同时还要保证运动轨迹是一条直线，这类运动不仅控制终点位置的准确定位，还要控制运动速度。
轮廓控制既要保证终点坐标值，还要保证运动轨迹在两点间沿一定的曲线运动，即这类运动必须保证至少两个坐标轴进行连续运动控制。
数控系统基本都有两轴及多轴联动的功能。
数控系统是根据用户的要求进行设计，按照编制好的控制算法来控制运动的。
其数控系统不同，功能和控制方案也不同，所以数控系统的控制算法是设计的关键，对系统的精度和速度影响很大。
插补是数控系统中实现运动轨迹控制的核心。
数控装置根据输入的零件程序的信息，将程序段所描述的曲线的起点、终点之间的空间进行数据密化，从而形成要求的轮廓轨迹，对于简单的曲线，数控系统比较容易实现，但对于较复杂的形状，若直接生成算法会变得很复杂，计算机的工作量也会很大。
因此可以采用小段直线或者圆弧去拟合，这种“数据密化”机能就是插补。
插补的任务就是根据轮廓形状和进给速度的要求，在一段轮廓的起点和终点之间，计算出若干个中间点的坐标值。
插补的实质就是“数据点的密化”。
因此，在轮廓控制系统中，加工效率和精度取决于插补算法的优劣。
二、插补算法体现数控系统的核心技术1.插补算法的研究途径目前对插补方算法的研究有：一是基于圆弧参数方程的、以步进角为中间变量的新型圆弧插补算法;结合计算机数值运算的特点，改进了距离终点判别方法，利用下一插补点与插补终点的距离作为终点判别依据。
二是割线进给代替圆弧进给的插补方法和递推公式，这种方法计算简便、快速，容易达到精度要求，避免了原来算法的近似取值的缺点，能够提高数控机床的插补精度和加工效率。
数控系统插补算法实验
数控系统数控编程及插补算法实验一、实验目的1. 了解数控编程的基本概念；2. 了解数控编程的常用方法；3. 学习数控编程的主要步骤；4．了解插补算法的原理；5．了解插补算法在数控系统中的实现。
二、实验原理数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。
有手工编程和自动编程两种方法。
总之,它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
2.1机床坐标系机床坐标系的确定(1) 机床坐标系的规定标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。
在数控机床上，机床的动作是由数控装置来控制的，为了确定数控机床上的成形运动和辅助运动，必须先确定机床上运动的位移和运动的方向，这就需要通过坐标系来实现，这个坐标系被称之为机床坐标系。
例如铣床上，有机床的纵向运动、横向运动以及垂向运动。
在数控加工中就应该用机床坐标系来描述。
标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定：1）伸出右手的大拇指、食指和中指，并互为90°。
则大拇指代表X坐标，食指代表Y坐标，中指代表Z坐标。
2)大拇指的指向为X坐标的正方向，食指的指向为Y坐标的正方向，中指的指向为Z坐标的正方向。
3)围绕X、Y、Z坐标旋转的旋转坐标分别用A、B、C表示，根据右手螺旋定则，大拇指的指向为X、Y、Z坐标中任意轴的正向，则其余四指的旋转方向即为旋转坐标A、B、C的正向。
(2) 运动方向的规定增大刀具与工件距离的方向即为各坐标轴的正方向，下图为数控车床上两个运动的正方向。
坐标轴方向的确定①Z坐标Z坐标的运动方向是由传递切削动力的主轴所决定的，即平行于主轴轴线的坐标轴即为Z坐标，Z坐标的正向为刀具离开工件的方向。
②X坐标X坐标平行于工件的装夹平面，一般在水平面内。
确定X轴的方向时，要考虑两种情况：1）如果工件做旋转运动，则刀具离开工件的方向为X坐标的正方向。
数控技术插补实验
O
X
O
1
2
3
4
5
6
7
X
（a）左移规格化前
（b）左移规格化后
圆弧插补的左移规格化
• 圆弧插补的左移规格化是使坐标值最大的被积函数寄存器的 次高位为1（即保持一个前零），也就是说，在圆弧插补中 将JVX、JVY寄存器中次高位为“1”的数称为规格化数。 • 另外，左移s位，相当于X、Y方向的坐标值扩大了2s倍，亦 即JVX、JVY寄存器的数分别为2syj及2sxi，这样，当Y积分器 有一溢出Δy时，则JVX寄存器中的数应改为2syj→2s（yj＋1） ＝2syj ＋2s。表明，若规格化过程中左移s位，当JRY中溢出 一个脉冲时，JVX寄存器应该加2s，而不是加1，即JVX寄存 器第s＋1位加“l”。同理，若JRX寄存器溢出一个脉冲时， JVY寄存器应该减小2s，即第s＋1位减“l”。
数控技术
机械工程学院
提高DDA插补质量的措施
• 左移规格化 • 提高插补精度的措施——余数寄存器预置数
左移规格化
• 左移规格化：是指在实际的数字积分器中， 把被积函数寄存器中的前零移去使之成为 规格化数，然后再进行累加，从而达到稳 定进给速度的目的。 • 直线插补时，一般规定：寄存器中所存在 的数，若最高位为“1”，称为规格化数； 反之，最高位为“0”，称为非规格化数。
直线插补的左移规格化
• 在直线插补时，将被积函数寄存器JVX、JVY中的非 规格化数xe 、ye等同时左移，直到JVX、JVY中有一 个数是规格化数为止，称为左移规格化。 • 左移一位相当于乘2，左移二位相当于乘22，依此类 推，这意味着把各方向的脉冲分配速度扩大同样的 倍数。两者数值之比不变，所以直线斜率也不变 • 因为寄存器中的数每左移一位，数值增大一倍，即 乘2，这时kxe或kye的比例常数k应改为是k=1/2n－1， 所以累加次数为m＝2n－1次，减小一半。若左移s位， 则m＝2n－s次。为此，进行左移规格化的同时，终 点判别计数器中的数也应相应地从最高位输入“1” 并右移来缩短计数长度
数控插补实验
数控插补实验实验二数控插补实验一、实验目的通过数控插补教学实验，加强学生对计算机插补原理的理解。
二、实验内容1.逐点比较法（直线插补、圆弧插补）。
2.DDA插补（直线插补、圆弧插补）。
三、实验设备计算机、数控插补教学软件。
四、数控机床插补原理机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨迹，进而产生基本廓形曲线，如直线、圆弧等。
其它需要加工的复杂曲线由基本廓形逼近，这种拟合方式称为“插补”（Interpolation）。
“插补”实质是数控系统根据零件轮廓线型的有限信息（如直线的起点、终点，圆弧的起点、终点和圆心等），在轮廓的已知点之间确定一些中间点，完成所谓的“数据密化”工作。
五、软件界面简介双击软件图标后直接启动程序界面，本软件采用菜单式结构。
软件初始界面如图1-1所示：图1-1 软件初始界面初始界面分设为逐点比较法和DDA法两种。
1.插补类型选择本软件可以实现以下六种插补：逐点比+较法直线插补、逐点比较法逆圆弧插补、逐点比较法顺圆弧插补、DDA法直线插补、DDA法逆圆弧插补、DDA法顺圆弧插补，可以选择任意一种插补方式，点击确定进入插补仿真界面。
2.参数输入插补之前，需要使用者给定所要求的参数，这些参数包括：起点与终点直坐标值和圆弧半径。
3.插补仿真与数据处理按画图，软件自动画出理论图像；按下插补延时，软件会自动演示计算机的计算与仿真过程六、实验步骤双击软件图标后,选择差补类型,输入参数,然后点击画图,差补演示.七、实验结论：逐点比较法直线插补逐点比较法逆圆弧插补逐点比较法顺圆弧插补DDA法直线插补DDA法逆圆弧插补DDA法顺圆弧插补八、实验思考题1、逐点比较法与DDA法的区别？DDA 法在某个插补迭代脉冲到来的时候可能不驱动伺服系统进给，可能沿某一个坐标方向发生进给，也可能沿两个坐标方向都发生进给；而逐点比较法在某个插补迭代脉冲到来的时候只能沿某一个坐标方向发生进给。
2、逐点比较法与DDA法的各自优点？本次设计运用软件插补程序进行插补控制,调整和修改都很方便,而且数字积分法插补运算速度快,脉冲分配均匀,易于实现多坐标联动及描绘平面各种函数曲线的特点逐点比较法也可进行简单的各种插补且易于理解3、逐点比较法过象限如何处理？实验练习例：1．已知：第一象限直线OA ，起点O 在原点，终点A （4，2）,取被积函数寄存器分别为J Vx J Vy ，，余数寄存器器分别为J Rx J Ry ，终点计数器J E ，均为三位二进制寄存器。
数控编程中的曲线插补算法分析
数控编程中的曲线插补算法分析数控编程是现代制造业中不可或缺的一环，它将设计师的创意转化为机器能够理解和执行的指令。
在数控编程中，曲线插补算法是一个重要的技术，它能够将离散的点连接起来，形成平滑的曲线轨迹。
本文将对数控编程中的曲线插补算法进行分析。
首先，我们需要了解曲线插补算法的基本原理。
在数控编程中，曲线通常用一系列的离散点来表示，这些点被称为插补点。
曲线插补算法的目标是通过这些插补点，计算出机床在每个离散时间点上的位置和速度，从而实现平滑的运动。
常见的曲线插补算法有直线插补算法、圆弧插补算法和样条插补算法等。
直线插补算法是最简单的一种插补算法，它通过计算两个相邻插补点之间的直线方程，来确定机床的位置和速度。
圆弧插补算法则是通过计算圆弧的参数方程，来实现机床的曲线运动。
样条插补算法则是通过一系列的插值点和控制点，来生成平滑的曲线轨迹。
在实际应用中，曲线插补算法需要考虑多个因素，例如加速度限制、速度限制和精度要求等。
加速度限制是指机床在运动过程中的加速度不能超过一定的限制，以避免机床的震动和损坏。
速度限制则是指机床在运动过程中的速度不能超过一定的限制，以确保运动的平稳和安全。
精度要求则是指机床在运动过程中的位置误差不能超过一定的限制，以保证产品的质量。
除了基本的曲线插补算法，还有一些高级的曲线插补算法被广泛应用于数控编程中。
例如，B样条曲线插补算法是一种常用的曲线插补算法，它通过一系列的控制点和节点向量，来生成平滑的曲线轨迹。
贝塞尔曲线插补算法则是一种基于贝塞尔曲线的插补算法，它通过控制点和权重系数，来生成平滑的曲线轨迹。
曲线插补算法的选择和应用，需要根据具体的制造需求和机床性能来确定。
在选择曲线插补算法时，需要考虑产品的设计要求、机床的性能和加工的复杂程度等因素。
同时，还需要进行算法的优化和调整，以提高加工效率和产品质量。
总之，曲线插补算法是数控编程中的重要技术之一，它能够将离散的点连接起来，形成平滑的曲线轨迹。
数控机床的插补运算
其中 为进给步长,由于CNC系统的插补周期已知,为Ｔ实时插补当前的速度为 ,则当前插补周期的无约束进给步长为:与直线插补对NURBS插补的优点01
在NURBS 插补时，在NC 程序指令中，只有三类定义NURBS 的数值，没有必要用大童的微小直线段的指令。此外，由于不是直线插补，而NC 自身可以进行NURBS 曲线插补，可以得到光滑的加工形状，从根本上解决直线插补加工所带来的问题。NURBS 插补的优点主要体现在:
01
03
02
2.插补的预处理 插补就是求出每个周期下一个插补点的坐标,用递推算法最为合理,为避免每步插补的重复递推,以免影响插补的实时性,经典的DeBoor递推算法的显示表示方法最为合适。在不影响精度的情况下,为避免繁琐的计算,采用三次NURBS曲线。其第ｉ段曲线用下式表示:
0≤t≤1，i=0,1,2,3……n-3
插补在数控技术中的重大作用
插补控制功能是数控制造系统的一个重要组成部分，是数控技术中的核心技术。它的性能直接代表制造系统的先进程度，它的好坏直接影响着数控加工技术的优劣，是目前数控技术急需提高和完善的环节之一。
插补的含义 插补，就是根据零件轮廓的几何形状、几何尺寸以及轮廓加工的精度要求和工艺要求，在零件轮廓的起点和终点之间插入一系列中间点（折线端点）的过程，即所谓“数据点的密化过程”，其对应的算法称为插补算法。
数控机床的插补运算
目录
1
数控技术的发展历程
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2
插补的含义
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3
NURBS插补
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4
曲面插补
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5
高速高精度采样插补技术
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6
数控技术的发展趋势
步进模式数控系统插补算法的研究及实现
２ ０ １ ３年 ８月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ １ ９ ３
步进模 式数控 系统插补算法的研 究及 实现
马西沛 ， 一 ， 曹胜彬 ． 一 ， 贾会欣 ， 王士涛
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｄ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ
Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ３ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ４ ． Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｓ ｕ ｎ ｔ ｒ ｉ ｘ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｔ ｄ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ４３ ０ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ｏ ｆｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｎ Ｃ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｃ ｈ ｉ ｐ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ， ｉ ｔ ｐ ｕ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ ａ ｎ ｅ ｗ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｏ ｌ ａ ｔ ｏｎ ｉ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｐ ｐ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ＮＣ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｏ ｌ ｔ ａ ｏｎ ｉ ｌ ａ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｓ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｄ ｔ ａ ａ ｐ ｒ ｅ － ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ， ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｐ ｏ ｌ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｄ Ｓ Ｐ ，ｄ ｔ ａ ａ ｄ ｏ ｗ ｎ ｌ ｏ ｄ ，ｒ ａ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｔｉ ａ ｏ ｎ ｆｍ ｏ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｎ Ｓ Ｃ Ｍ， ｅ ｔ ｃ ．Ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｉ ｎ ｔ ｅ ｐｏ ｒ ｌ ａ ｔ ｏ ｉ ｎ ａ ｌ ｏｒ ｇ ｉ ｔ ｈ ｍ ｓ ｉ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｎｄ ａ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ｔｅ ａ ｄ ｂ ｙ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ － Ｃ Ｐ Ｕ ｍ ｏ ｔ ｏｎ ｉ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｃ ｒ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ￥ ｏ ｊ ￣ ｗ ｒ ａ ｅ ．Ｔ ｈｅ ｎ ｅ ｗ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ
数控实验报告(模板)
实验三数控插补原理与实现一、实验目的（1）了解直线插补、圆弧插补原理和实现方法。
（2）利用运动控制器基本控制指令实现直线插补和圆弧插补。
（3）掌握运动控制卡的编程方法。
二、实验设备（1）两维直线运动数控教学实验系统一套。
（2） MPC02运动控制卡一块。
（3）辅助设备：台式计算机一台，安装Windows 98或以上操作系统，安装VC++ 或VB 开发环境。
三、实验内容根据插补计算原理，利用运动控制器基本位臵控制指令，在VC++或VB环境下编写插补程序，并在X-Y平台上进行验证。
四、实验步骤1. 直线插补根据逐点比较法直线插补原理进行编程，然后编译运行，并按图2.6给定坐标进行实验，观察画笔运动轨迹是否如图2.6所示。
图2.6 直线插补运动轨迹设有一工件，其廓形为三角形。
建立工件X-Y坐标系如图2.6所示。
以点A为坐标原点，则点1的坐标为(20, 0)，点2的坐标为(45, 50)，点3的坐标为(70, 0)。
设在X-Y运动平台归零时，画笔在A点。
此时，X-Y运动平台的坐标系与工件坐标系是一致的。
画笔运动轨迹如图2.6所示。
2. 圆弧插补根据逐点比较法圆弧插补原理进行编程，并编译运行。
按图2.7给定坐标进行实验，观察画笔运动轨迹是否如图2.7所示。
图2.7 圆弧插补运动轨迹设有一工件，如图 2.7所示，其廓形曲线由两段圆弧组成，两段圆弧半径分别为40和20。
设在X-Y运动平台归零时，画笔在A点。
在X-Y运动平台坐标系中，坐标原点在A点。
工件上的1、2、3点坐标分别为：点1(0,15)、点2(40,15)、点3(60,15)。
画笔运动轨迹如图2.7所示。
五、实验总结（1）简述常见的插补算法。
（2）根据实验分析逐点插补算法的精度和局限性。
实验五数控代码编程一、实验目的了解从运动控制器的基本控制指令到数控代码库的实现过程。
二、实验设备（1）两维直线运动数控教学实验系统，三维直线运动数控铣教学实验系统各一套。
数控加工工艺及编程 圆弧插补指令编程
圆弧插补指令顺/逆时针圆弧插补G02/G03圆弧插补指令使刀具在指定平面内按给定的F进给速度作圆弧运动，切削出圆弧轮廓。
（1）圆弧顺、逆的判断。
圆弧插补指令分为顺时针圆弧插补指令G02和逆时针圆弧插补指令G03，圆弧插补的顺、逆可按如图1所示的方向判断：沿圆弧所在平面（如X-Z平面）的垂直坐标轴的负方向（-Y）看去，顺时针方向为G02，逆时针方向为G03。
数控车床是两坐标的机床，只有X轴和Z轴，那么如何判断圆弧的顺、逆呢？应按右手定则的方法将少轴也加上去来考虑。
观察者让Y轴的正方向指向自己（即沿Y轴的负方向看去），站在这样的位置上就可正确判断X-Z 平面上圆弧的顺、逆了，圆弧的顺、逆方向可按如图1所示的方向判断：沿与圆弧所在平面（如X-Z平面）相垂直的另一坐标轴的负方向（-Y）看去，顺时针为G02，逆时针为G03，如图5-11所示为车床上圆弧的顺逆方向。
图1 图2 圆弧顺逆方向（2）G02/G03指令编程格式。
在车床上加工圆弧时，不仅要用G02/G03指出圆弧的顺、逆时针方向，用X（U），Z（W）指定圆弧的终点坐标，而且还要指定圆弧的中心置。
常用指定圆心位置的方式有两种，因而G02/G03的指令格式有两种：①用I、K指定圆心位置：指令格式：N_ G02/G03 X(U) _ Z(W) _ I_ K_ F_;②用圆弧半径R指定圆心位置：指令格式：N_ G02/G03 X(U) _ Z(W) _ R_ F_;（3）说明。
①采用绝对值编程时，圆弧终点坐标为圆弧终点在工件坐标系中的坐标值，用X、Z表示。
当采用增量值编程时，圆弧终点坐标为圆弧终点相对于圆弧起点的增量值，用U、W表示。
②圆心坐标（I，K）为圆弧起点到圆弧中心点所作矢量分别在X、Z坐标轴方向上分矢量（矢量方向指向圆心）。
本系统I、K为增量值，并带有“土”号，当矢量的方向与坐标轴的方向不一致时取“一”号，如图3所示。
图3 G02圆弧插补指令说明（直径编程）③R为圆弧半径，不与I、K同时使用。
DDA直线插补数控实验报告代码
bInterpXEnable=true;
}
if (YRes>=Q) {
YRes=YRes%Q;
YCur-=step;
bInterpYEnable=true;
}
if (bInterpXEnable||bInterpYEnable) {
GT_LnXY(XCur,YCur);
bInterpXEnable=bInterpYEnable=false;
/****************************************************************************/
/*函数名: Judge_Quadrant*/
/*功能：判断当前点所在象限*/
/*参数：long x, long y当前点坐标*/
/*出口：返回当前点坐标所在象限*/
dda直线插补数控实验报告代码
void CMyDlg::OnButton2()//初始化
{
GT_Open();
GT_Reset();
GT_LmtSns(255);
Sleep(300);
GT_Axis(1);//1（x)轴控制
GT_ClrSts();
GT_SetKp(3);
GT_Update();
GT_AxisOn();
/*函数名: LineInterp_DDA_Buffer*/
/*功能：DDA直线插补*/
/****************************************************************************/
void LineInterp_DDA_Buffer(int n,int step,long x, long y,double fVel,double fAcc)
116294_202514_数控插补实验指导书
数控插补实验指导书一、实验名称：数控插补实验二、实验时间课内时间6个学时，课外时间6个学时，共计12个学时。
三、实验内容在现有数控平台的机械传动系统和电气控制系统的基础上，基于PC激光器的控制，在一定的型面平台设计并用C语言实现对数控机械和CO2上加工出设计的图形。
设计并用C语言实现一种轨迹插补算法；设计并实现CO2激光器的开关控制程序；设计一个要在毛坯上雕刻的轨迹或图形；图1：机械传动平台1和电气控制箱图2 机械传动平台2和CO2激光器图3 电气控制箱内部结构和机械传动平台3 图4 学生雕刻的部分作品四、实验目的实践活动综合应用CAD/CAM、软件编程、运动控制、逻辑控制、电机驱动、数控编程等技术和知识，进行数控机械插补控制的创新设计，揭示信息和控制技术与制造技术的内在关系，建立增长型的数控机械插补控制创新研究平台和实践环境。
它区别于数控机床的编程、操作和加工等金工实习，主要进行数控系统关键控制模块——插补算法创新开发与研究的实践，加深对数控插补原理的理解和认识。
五、实验的控制原理：⏹ U16芯片地址0x252⏹ Q7 PLS_X X 轴脉冲 ⏹ Q6 PLS_4 4轴脉冲 ⏹ Q5 PLS_Y Y 轴脉冲 ⏹ Q4 PLS_Z Z 轴脉冲 ⏹ Q1 ⏹ Q0 控制激光器的开/关 ⏹ U15芯片地址0x250 ⏹ Q7 DIR －X X 轴方向 ⏹ Q6 DIR －4 4轴方向 ⏹ Q5 DIR －YY 轴方向 ⏹ Q4 DIR －Z Z 轴方向六、实验步骤：1．熟悉各自的数控机械平台的传动原理及其电气系统的操作；2．设计并用C语言实现一种轨迹插补和速度控制算法，要求详细文档。
3．熟悉必要的硬件接口电路。
4．选择一种熟悉的计算机语言和建立软硬件调试环境，并进行运动和逻辑底层驱动控制软件的调试。
5．在实际运动平台上进行传动精度、速度和负载特性的试验和测试；6．根据设计并检查通过的作品，领取或加工作品所需要的材料（如木质或塑料的板材、棒材等），并利用工科基地提供的车床、铣床等机加工手段，加工出最终雕刻作品所需要的毛坯。
数控系统中插补算法
随着微 电子技术和计算 机技术 的飞速发 展 ， 数控 系统正 朝着 通用化 、 小 型化 的方 向发 展。 以 Ａ Ｒ Ｍ、 Ｄ Ｓ Ｐ和 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ为核心 的数 控系统 已成为 当前数控系统 的重要发展方 向。一方面 ， Ａ Ｒ Ｍ 作为 数控 系统 的核心处理器 ， 具有 高速运算 和编程 灵活 的特长 ， 便于实 现复杂 的实时运动控制算法 ， 提高系统 的控制性能 ； 另一方 面， Ｆ Ｐ —
Ｇ Ａ 集 成 了 大量 的 控 制 逻 辑 和 外 围接 口 电路 ， 可 有 效 地 减 小 系 统
的体积 ， 提高数 控系统的可靠性和稳定 性［ １ ２ ］ 。 本文致力 于 以 Ａ Ｒ Ｍ和 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ为核心 的数控系统 的研 究与开 发， 并 重点完成 了通 过 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ设计相应插 补 Ｉ Ｐ核 。但 由于时间有 限， 尚有许多方面 的内容有 待进一 步研究 。１ ． 本 系统 只提供 了直
【 关键 词 】 数 控 系统 ； Ｆ Ｐ Ｇ Ａ； 容 器式 ； 插补 算 法 ； 加 减速控 制
设 时钟频率 为 ｃＬ Ｋ， 则 此计数器 的溢 出率 ｆ ： Ｃ Ｌ Ｋ 同时 分 别 为 ｘ，
，
在 实际运行 时 ， 计数器每溢出一次 ， 则分 别向两容器 Ｃ 和 Ｃ 中添加相应 的添加量 Ａ 和 Ａ ， 如果容器 中有溢 出， 即给相应轴 一
计算 即可判断是否该给 出进给脉 冲， 如给 出， 则再需 一次 添加 量的
修改计算 。对于圆弧插补要 进行偏差计 算 ， 插补点坐标 修改 以及
偏差判别 ， 需要进行 两次 加法 计算过程 。因此容器式算 法 的计算
速 度 与 逐 点 比较 法 相 当 。 此 外 容 器 式 算 法 的 计 算 速 度 与 进 给 速 度 无严 格 关 系 ， 可 以 达
插补算法及数控编程 (2)
G代码CAXA制造工程师实现
➢ 现在开始设置路径，如图选中“轨迹生成”—“平面轮廓加工”
G代码CAXA制造工程师实现
➢ 设置相关参数，注意轮廓补偿要为“ON”
G代码CAXA制造工程师实现
➢ 接下来根据左下角的提示拾取轮廓和加工方向
G代码CAXA制造工程师实现
➢ 单击第一个笔画，出现两个箭头，单击其中一个箭头选择路径方向
M指令(辅助功能)
M03 对应于笔架下降 M05 对应于笔架抬起 M30 程序停止 可根据需要在G代码文件中加入相应的M指令
示例 1
N10 M03 G01 X10 笔架下降，以直线插补方式从原点(0,0)运动至点(10,0)；
N20 G01 Y10 接上一步，以直线插补方式从点(10,0)运动至点(10,10)；
➢G01 直线插补
指令格式：G01 X(U)_Y(V)_F_ G01为直线插补运动，即两个轴以当前点为起点，以F指令指定的速度 同时进给，终点位置由X(U)和Y(V)确定。 速度字F具有模态性，即由F指令的进给速度直到变为新的值之前均有效， 因此不必每个程序段均指定一次。单位：mm/min。
G代码功能描述
G代码CAXA制造工程师实现
➢ 首先限定工作区间，固高工作平台工作区间为200×200（mm）
G代码CAXA制造工程师实现
➢ 选取“应用”— “文字”，输入字符
G代码CAXA制造工程师实现
➢ 通过“设置”，调整文字参数，注意字的大小不要超出限定的工作区间
G代码CAXA制造工程师实现
➢ 输入文字
N03 M05 M30 笔架抬起，结束。
示例 3
N10 G00 X0 Y0 ;快速归位到原点
N11 M03
数控系统插补算法的研究
个 点 ，其 中 ａ ａ ａ＜／ …… ＝ 。如 果存 在 Ⅳ个 ＝ ｏ ｔａ＜ ＜ ２ ６
三 次 多 项 式 ｓ ｔ ， 系 数 为 、 ¨、 （ ） 满 足如下 性质 ：
Ｉ． （） ， ， ｔ ＋ ２￡ｔ ３ （ ｔ Ｓ ＝ ｏ １ 一 ） ， 一 ＋ ＋ （ （ ） ， 一 ）
数 控机 床控 制 的核 心 是机 床 刀具 和工 件 的运 动 ，插 补 算 法 是 数 控 系 统 中生 成 加 工 轨 迹 的基 础 ．是 最重 要 的计算 任 务 ，插 补算 法 的优 劣 很 大 程 度上 决定 了数 控 系统 的加 工 效率 和 精度 。采用 何 种插 补算 法 ，保证 加 工精 度 ，是 整个 数 控 系统
，
、
，
Ｍｆ－ ｉ －
（Ｒ ） ２２
一
（） ５
ｔ ｔ ］ ∈［ ，ｔ ，且 ｋ Ｏ ，２ ＝ ，１ ，… … ，Ⅳ＿ ｌ
１． （ ） ，ｋ ０ １ ｓｔ ＝ ，１ ，… … ，Ⅳ ，２ Ⅲ． ｋ ） １ ） ＝ ，１ ，… … ，Ⅳ ２ Ｓ（ ： （ ，ｋ Ｏ ，２ ｔ ￡ ＿
精度 高等 特点 ，完 成 精插 补 ，获 得各 进 给轴 方 向 的位移 控制 量 ，以实 现交流 电机 的数 字化控 制 。
２ 插 补算 法
２ １ 粗 插 补 ．
插 补 计 算 就 其 实 质 而 言 是 在 一 个 插 补 周 期
内 ，如 何快 捷准 确 地计 算 出下 一个 插 补 点 的进 给 量 以及 动点 坐标 。如 图 １ 示 ，说 明插 补 顺 圆弧 所 时 进 给量 、Ａ Ｙ 以及 动 点 坐 标 置小 ＋ 的产 。
ｃ ｓ ｏ
线 Ｓｉ Ｘ 和 。 Ｅ的交点 。Ｏ 垂直 弦线 Ｓ Ｍ Ｅ，且 平分 该 圆弧所 对 应 的 中心 角 ＬＳ Ｅ．ＺＳ Ｅ ＭＯ ＝ Ｏ ．Ｏ ＝ Ｅ
18_数控车床编程实训—直线插补指令编程
直线插补指令G01数控编程零件图样%3305N1 G92 X100 Z10（设立加工工件坐标系，定义对刀点的位置）N2 G00 X16 Z2 M03 （移到倒角延长线，Z轴2mm处）N3 G01 U10 W-5 F300 （倒3×45°角）N4 Z-48 （加工Φ26外圆）N5 U34 W-10（切第一段锥）N6 U20 Z-73 （切第二段锥）N7 X90 （退刀）N8 G00 X100 Z10 （回对刀点）N9 M05 （主轴停）3×45°58487310N10 M30（主程序结束并复位）文- 汉语汉字编辑词条文，wen，从玄从爻。
天地万物的信息产生出来的现象、纹路、轨迹，描绘出了阴阳二气在事物中的运行轨迹和原理。
故文即为符。
上古之时，符文一体。
古者伏羲氏之王天下也，始画八卦，造书契，以代结绳(爻)之政，由是文籍生焉。
--《尚书序》依类象形，故谓之文。
其后形声相益，即谓之字。
--《说文》序》仓颉造书，形立谓之文，声具谓之字。
--《古今通论》(1) 象形。
甲骨文此字象纹理纵横交错形。
"文"是汉字的一个部首。
本义:花纹;纹理。
(2) 同本义[figure;veins]文，英语念为:text、article等，从字面意思上就可以理解为文章、文字，与古今中外的各个文学著作中出现的各种文字字形密不可分。
古有甲骨文、金文、小篆等，今有宋体、楷体等，都在这一方面突出了"文"的重要性。
古今中外，人们对于"文"都有自己不同的认知，从大的方面来讲，它可以用于表示一个民族的文化历史，从小的方面来说它可用于用于表示单独的一个"文"字，可用于表示一段话，也可用于人物的姓氏。
折叠编辑本段基本字义1．事物错综所造成的纹理或形象：灿若～锦。
2.刺画花纹：～身。
3．记录语言的符号：～字。
～盲。
以～害辞。
4．用文字记下来以及与之有关的：～凭。
步进模式数控系统插补算法的研究及实现
步进模式数控系统插补算法的研究及实现随着数控技术的不断发展，步进模式数控系统得到了广泛应用。
步进模式数控系统是指采用脉冲信号控制步进电机的位置和方向，从而实现工件的运动控制。
与传统的伺服控制系统相比，步进模式控制系统具有结构简单、成本低、响应速度快等特点，被广泛应用于小型、轻载、高精度的数控设备中，如数码相机、激光打标机、蜂窝织机等领域。
步进模式数控系统插补算法是实现步进电机高精度运动控制的核心。
插补算法的目的是将加工轮廓的数据转换成脉冲输出信号，使步进电机按照规定的速度和方向进行运动。
本文着重介绍步进模式数控系统插补算法的研究和实现。
一、常用的插补算法常用的步进模式数控系统插补算法包括直线插补算法和圆弧插补算法。
直线插补算法是指将两点之间的直线轨迹转化成一系列脉冲信号，通过控制步进电机的转动来实现工件直线运动。
圆弧插补算法是指将加工轮廓中的圆弧轮廓转化成一系列脉冲信号，通过控制步进电机实现工件沿圆弧轨迹运动。
直线插补算法主要包括数值控制法和计数器控制法两种。
数值控制法指的是将加工轮廓中的直线储存在计算机控制器中，通过计算出工件和刀具之间的相对距离，来确定需要输出的脉冲数，从而实现工件直线运动。
计数器控制法则是通过构造计数器，将加工轮廓中的每一个点的坐标通过数值方法转换成脉冲数，从而实现直线运动控制。
圆弧插补算法主要包括向量法和增量法两种。
向量法是指将圆弧轮廓转化为向量的形式，然后利用向量的运算方法计算出所需要输出的脉冲数。
增量法则是通过不断调整步进电机的速度和方向，使工件按照规定的圆弧轨迹运动。
二、步进模式数控系统插补算法的实现步进模式数控系统插补算法的实现需要借助计算机控制器来完成。
计算机控制器主要由控制器硬件和控制器软件两部分组成。
控制器硬件主要包括步进电机、细分驱动器、脉冲计数器、控制卡等设备。
控制器软件则是指根据插补算法编写的程序。
步进模式数控系统插补算法实现的具体流程如下：1.读取加工轮廓数据：将加工轮廓中的坐标数据转化为数字形式，在程序中进行读取。
数控编程中的圆弧插补算法研究
数控编程中的圆弧插补算法研究数控编程是一种在机床上自动控制加工过程的技术，它能够实现复杂的加工操作。
而在数控编程中，圆弧插补算法是一个非常重要的环节。
本文将探讨数控编程中的圆弧插补算法的研究。
圆弧插补算法是数控编程中的一项核心技术，它主要用于实现机床上的曲线加工。
在数控编程中，我们通常需要描述一个曲线的路径，而这个路径可以通过圆弧来近似表示。
因此，圆弧插补算法的研究对于实现高质量的曲线加工非常重要。
在圆弧插补算法的研究中，最常用的方法是通过数学模型来描述圆弧的路径。
数学模型可以通过圆心坐标、半径、起始角度和终止角度来表示一个圆弧。
而在数控编程中，我们通常需要根据给定的起始点和终止点来计算出这些参数。
因此，圆弧插补算法的研究主要包括圆心坐标的计算、半径的计算以及起始角度和终止角度的计算。
在计算圆心坐标时，我们可以利用向量运算来实现。
假设给定一个起始点和终止点，我们可以通过向量的加减法来计算出这两个点的中点坐标，然后再通过向量的垂直运算来计算出圆心坐标。
这种方法可以有效地减少计算量，并且能够保证计算结果的准确性。
在计算半径时，我们可以利用勾股定理来实现。
假设给定一个起始点和终止点，我们可以通过计算这两个点之间的距离来得到半径的值。
这种方法简单直观，并且能够满足大部分情况下的需求。
在计算起始角度和终止角度时，我们可以利用三角函数来实现。
假设给定一个起始点和终止点，我们可以通过计算这两个点相对于圆心的角度来得到起始角度和终止角度的值。
这种方法可以确保计算结果的准确性，并且能够满足复杂曲线加工的需求。
除了上述方法之外，还有一些其他的圆弧插补算法可以用于数控编程。
例如，我们可以利用贝塞尔曲线来近似表示一个圆弧的路径。
贝塞尔曲线是一种通过控制点来描述曲线的方法，它可以实现更加灵活的曲线加工。
这种方法在一些特定的应用中非常有效，但是需要更加复杂的计算过程。
综上所述，圆弧插补算法是数控编程中的一个重要环节。
通过对圆心坐标、半径、起始角度和终止角度的计算，我们可以实现高质量的曲线加工。
数控插补原理与伺服控制实验指导书
数控插补原理与伺服控制实验一、实验目的1．通过实验，使学生理解数控插补原理；2．通过数控插补算法的可视化，使学生熟悉数控插补原理及其常用插补算法；3．通过实验，使学生掌握数控G代码及插补算法的简单实现方法。
二、实验内容1．系统测试实验：学习和使用数控插补教学软件，熟悉常用的插补算法；2．二维插补实验：通过插补算法编程，实现逐点比较法的直线和圆弧插补算法；3．G代码实验：利用编写的插补程序，在运动控制开发平台上实现简单的二维插补实验。
三、实验设备1．计算机；2．数控插补原理实验教学软件；3．固高x-y伺服控制平台：GT-400运动控制器、驱动器、编码器、伺服电机、XY工作台。
四、实验步骤1．打开 GT-400-SV 模拟量+脉冲(默认)2. 参数设置a)密码：GOOGOL 模拟电压（伺服）；b)轴数：7轴，每一轴进行设置；c)保存后重启软件。
3. 系统测试实验a)检查轴专用信号，全部绿色；b)卡初始化；c)轴开启；d)X+ X- Y+ Y-；e)回零测试；f)复选OUT1，控制笔架的降落。
4．二维插补实验a)插补方式：XY直线插补、圆弧插补等；b)映射不改；c)定义V,a；d)单击坐标映射生效----开启轴----运行。
5． G代码实验a)打开文件(G代码文件)，G00,G01；b)坐标映射；c)编译（G代码转识别码）；d)运行。
五、思考题1．简述数控机床插补原理。
2．画出实现逐点比较法直线插补的流程图,结合流程图说明如何实现第一象限的直线插补。
3．结合固高运动控制开发平台及其实验软件，列举10项数控G代码常用指令及其功能。
1。
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《机电控制工程技术》数控代码及插补算法综合实验
班级：
学号：
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2016-6-12
目录
一、设计题目 (1)
二、设计目的 (1)
三、设计任务 (1)
四、实验思路及过程 (1)
4.1插补算法介绍 (1)
4.2直线插补流程 (2)
4.3圆弧插补流程 (3)
4.4 GUI界面以及操作说明 (4)
4.5 G代码编写 (6)
4.6手工编写G代码 (7)
4.7 CAXA工程师生成G代码 (7)
五、实验感想 (8)
六、课程建议 (8)
一、设计题目
插补算法及数控编程综合实验
二、设计目的
1.学习使用matlab或VC编程环境进行逐点比较插补算法（直线、圆弧）仿真。
2.了解基本的G代码指令并完成编写简单的图形的G代码。
三、设计任务
1.使用mat lab GUI界面进行逐点比较插补算法（直线、圆弧）仿真。
2.设计一个图案进行G代码编程并仿真。
四、实验思路及过程
4.1插补算法介绍
在数控机床中，刀具不能严格地按照要求加工的曲线运动，只能用折线轨迹逼近所要的加工曲线，这种逼近过程即为插补。
插补分为直线插补和圆弧插补，分别实现刀具的直线和圆弧运动。
本实验中，将采用逐点比较法以实现插补算法的仿真，编程完成一个GUI 界面以及其相应的M-file。
逐点比较法的基本原理为计算机在控制加工过程中，逐点地计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，该法运算直观，插补误差不大于一个脉冲当量，脉冲输出均匀，调节起来比较方便。
4.2直线插补流程
直线插补中所用到的控制变量为起点、终点以及步长。
步长控制了插补精度，步长越小，插补精度越高。
本实验中，采用坐标变换的方法，即将X-Y坐标轴原点平移到起点（Xs，Ys），然后判断终点坐标（Xe，Ye）所处的象限，即判断走刀方向，然后通过实际坐标点与理论直线的斜率偏差来生成走刀轨迹。
最后在平移后的坐标轴中计算出走刀轨迹并进行终点判别，到达终点以后，利用画图命令，将走刀轨迹呈现在编写的GUI界面中。
其程序流程图如下（见附图1）：
4.3圆弧插补流程
圆弧插补中所用到的控制参数为：起始点（Xs，Ys）圆心（Xe，Ye），以及圆心角。
圆弧插补亦采用了坐标变化，即将原点平移至圆心求得半径值，并根据增量角的正负确定走刀方向（规定逆时针为正），然后根据步长生成插值点，判断方式为实际点到左边原点的距离与理论圆弧半径大小比较。
到达终点后还原绝对坐标然后作图
其程序流程图如下（见附图2）：
附图 1 圆弧插补流程图
4.4 GUI界面以及操作说明
GUI界面如附图3所示
图3
在直线插补中，起点框中输入起点坐标，在终点框中输入终点坐标，在步长框中输入步长，点击插补按钮即可。
仿真结果如下图：
在圆弧插补中，圆心框中输入圆心，角度框中在起始角位置输入起始角度，在增量角位置输入增量角度，R为插补圆弧的半径，step为步长。
仿真结果如附图4：
附图 2 GUI圆弧插补
具体GUI（图形界面）以及M-file（插补代码）请见插补算法附件文件夹。
4.5 G代码编写
G代码的基本指令
表格 1 G代码基本指令
4.6手工编写G代码
手工编写G代码完成附图5所示图形绘制，其内容为剪刀。
详细代码以及注释见数控编程附件文件夹。
附图 3 自己编写的G代码在固高界面仿真界面
4.7 CAXA工程师生成G代码
因为个人喜欢红楼梦，所以选择红楼梦的梦字，同时选用比较难的字体，然后通过平面轮廓加工、轨迹仿真以及生成G代码等操作得到了初步的G代码，然后经过自己的修改完成了能输进固高平台的G代码，并成功完成了仿真，此过程中仿真图片见附图7，详细的G代码见数控编程附件文件夹。
附图 4 仿真截图
五、实验感想
本以为掌握了理论知识后会简单很多，但真正操作起来全花了半天的时间，同时出现各种各样的错误，但通过实际的操作进一步明白了matlab和G代码的用法。
同时也对工程实际更加了解
六、课程建议
讲解内容与理论课重复，可适度删减讲解内容。