(13)

此时问题的关键就是计算出 , , , ,如果直接按三角函数计算,会耗费CPU宝贵的时间。因此,为了减少计算时间,可采用近似计算来求出。
我们知道当 很小时, ,令2 = ,根据三角函数公式可知:

(14)
, 的值只是将上式中的 用 代替即可得到。
2.2 终点判别
次摆线的插补的终点判别非常简便。设次摆线加工终点为 ,其所对应的参数为 ,其插补终点的判别条件为:

在实际插补过程中,很难保证所求的最后一个插补点与曲线实际终点完全重合,为此,可作如下处理:
当 时,下一插补点即为终点。
2.3插补流程图
时间分割是基于二次插补的思想提出来的,其插补、控制功能以定时中断方式进行,在每一个插补周期T内产生一次定时中断,CPU响应中断后进行一次插补处理。次摆线的插补流程图如下图所示。
N

Y
3插补误差分析
时间分割法次摆线插补的实质是用弦长来逼近弧,这必然会产生弦高的误差。计算插补点时 时,为了减少计算机的计算时间, , , , 采用了近似计算公式,这有可能会使 偏离次摆线,产生径向误差,在由(6)式的超越方程求解 时,也采用了近似计算,求解的 也就存在误差,但不会对径向误差产生影响,径向误差完全由 , , , 的计算所确定; 的误差只会影响到每次插补的进给步长,引起插补进给速度的变化,这个变化也是很小的;而由此引起的弦高误差的变化就更小。
3.1弦高误差
次摆线插补是用弦来代替弧,因而存在弦高误差。当进给步长f一定时,曲率半径最小处的弦高误差最大。对于本文这种情况,不用计算我们都可以知道在t=0的附近弦高误差最大,设其为 ,由前面的分析可以知道,第一插补点P1的参数为: = ,设其弦方程为: ,则与弦平行的次摆线的切线方程为: (15)
将 代入次摆线方程,可求得P1的坐标 ,代入上面的弦线方程,可求得 = 。
次摆线上任意一点的斜率为:
=
令:
=
可得切线与摆线的切点的参数t,可以看出切点处的t只与 、两圆半径、和偏心距有关,将其代入(2)式,可得此时的x、y坐标值,将x、y代入方程(15),就得出了最大弦高误差得 = 。我们可以看出 是一个与进给步长相关的,根据允许的最大弦高误差和次摆线方程,我们就可以控制进给步长。
3.2径向误差
由插补点计算过程我们可以知道,因为本算法中引入了公式(14),保证了插补点都落在了次摆线上,即插补点径向误差为0。 , , , 的近似计算只会引起f的微小变化。论文参考网。
4 插补仿真
本文所提出的次摆线插补算法已用C语言编制程序在微机上进行了插补仿真,证明了该算法的正确性和有效性。且插补步长变化不大,可认为该算法的插补进给速度是均匀的。
在插补仿真中测得该算法每次插补仅耗时0.041ms,相对插补周期8ms或4ms来说是一个很短的时间,完全可以满足高性能数控系统的实时性要求。而且,计算机的处理速度正在快速提高,插补程序的时间还会进一步缩短,对一般的复杂曲线来说,完全可以实现实时性插补。论文参考网。论文参考网。
5 结束语
(1)本文所提出的次摆线插补算法具有二阶近似精度,插补误差小。
(2)将三角函数计算进行近似转换,插补速度快。
(3)次摆线的插补仿真轨迹与理论曲线非常吻合,表明了建立插补算法的完全正确。
(4)运用于数控系统中,简化加工程序的编制,提高次摆线加工的效率。
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