快速入门 篇十七：运动控制器多轴插补运动指令的使用

  插补是机床数控系统依照一定方法确定刀具运动轨迹的过程，插补是一个实时进行的数据密化的过程，不论是何种插补算法，运算原理基本相同，其作用都是根据给定的信息进行数据计算，不断计算出参与插补运动的各坐标轴的进给指令，然后分别驱动各自相应的执行部件产生协调运动，以使被控机械部件按理想的路线与速度移动。

  插补最常见的两种方式是直线插补和圆弧插补。插补运动至少需要两个轴参与，进行插补运动时，将规划轴映射到相应的机台坐标系中，运动控制器根据坐标映射关系，控制各轴运动，实现要求的运动轨迹。

  插补运动指令会存入运动缓冲区，再依次从运动缓冲区中取出指令执行，直到插补运动全部执行完。

  直线插补方式中，两点间的插补沿着直线的点群来逼近。首先假设在实际轮廓起始点处沿X方向走一小段(给一个脉冲当量轴走一段固定距离)，发现终点在实际轮廓的下方，则下一条线段沿Y方向走一小段，此时如果线段终点还在实际轮廓下方，则继续沿Y方向走一小段，直到在实际轮廓上方以后，再向X方向走一小段，依此类推，直到到达轮廓终点为止。这样实际轮廓是由一段段的折线拼接而成，虽然是折线，但每一段插补线段在精度允许范围内非常小，那么此段折线还是能近似看做一条直线段，这就是直线插补。

  假设轴需要在在XY平面上从点(X0,Y0)运动到点(X1,Y1)，其直线所示。

  给轴发送一个脉冲运动的距离由电机的特性决定，不同的轴单个脉冲运动距离有所不同。

  圆弧插补与直线插补类似，给出两端点间的插补数字信息，以一定的算法计算出逼近实际圆弧的点群，控制轴沿这些点运动，加工出圆弧曲线。圆弧插补可以是平面圆弧(至少两个轴)，还可以是空间圆弧(至少三个轴)。假设轴需要在XY平面第一象限走一段逆圆弧，圆心为起点，其圆弧插补的工艺流程如下图2所示。

  控制器的空间圆弧插补功能是根据当前点和圆弧指令参数设置的终点和中间点(或圆心)，由三个点确定圆弧，并实现空间圆弧插补运动，坐标为三维坐标，至少需要三个轴分别沿X轴、Y轴和Z轴运动。

  1.二轴直线两轴参与直线，二轴直线插补运动从平面的A点运动到B点，XY轴同时启动，并同时到达终点，设置轴0的运动距离为∆X，轴1的运动距离为∆Y，主轴是BASE的第一个轴(此时主轴为轴0)，插补运动参数采用主轴的参数。

  若插补主轴运动速度为S(主轴轴0的设置速度)，各个轴的实际速度为主轴的分速度，不等于S，此时：

  2.三轴直线三轴参与直线轴直线插补运动从A点运动到B点，XYZ轴同时启动，并同时到达终点，设置轴0的运动距离为∆X，轴1的运动距离为∆Y，轴2的运动距离为∆Z。

  若插补主轴轴0的运动速度为S，各个轴的实际速度为主轴的分速度，不等于S，此时：

  1)相对运动指令：插补运动的距离参数为与当前插补起点的相对距离。例如MOVE，MOVECIRC。

  2)绝对运动指令：插补运动的距离参数为相对于原点的绝对距离，在相对运动指令后方加上ABS后缀。例如MOVEABS，MOVECIRCABS。

  3)SP运动指令：带SP的指令运动速度采用FORCE_SPEED、ENDMOVE_SPEED、STARMOVE_SPEED参数运动，不带SP的运动指令，如上面两类，指令运动速度采用SPEED参数，SP运动指令在相对运动指令或绝对运动指令后方加上SP后缀。例如MOVESP，MOVEABSSP。

  单轴直线运动或多轴直线插补运动，相对运动距离。绝对运动使用MOVEABS指令，SP运动使用MOVESP指令。插补运动参数采用主轴参数，插补运动缓冲在主轴的运动缓冲区。

  两轴圆弧插补，起点、终点、圆心三点画弧，起点使用轴当前坐标，相对运动。绝对圆弧插补使用MOVECIRCABS指令。SP圆弧插补使用MOVECIRCSP指令。MOVECIRC2指令使用当前点、中间点、终点画弧。

  圆弧相关的指令要保证给出的圆心和终点坐标与当前点一起能正确的描述一段圆弧，否则会报错，无法画弧，错误码1006。

  圆弧插补合成轨迹如下图11：上方相对运动指令和绝对运动指令的运动轨迹相同。

  圆心螺旋插补，相对运动。BASE第一轴和第二轴进行圆弧插补，第三轴进行螺旋，相对于起始点。绝对运动MHELICALABS指令，使用自定义速度的连续插补运动能够正常的使用SP后缀的指令。可完整螺旋一圈，从Z方向看为一整圆。

  椭圆插补，可选螺旋，相对运动。BASE第一轴和第二轴进行椭圆插补，可选第三个轴同步螺旋。绝对运动使用MECLIPSEABS指令，自定义速度的连续插补运动能够正常的使用SP后缀的指令。可画整椭圆。只能画长轴(短轴)与X平行或垂直的椭圆。

  bdis：第二轴的椭圆半径，半长轴或者半短轴均可，半长轴和半短轴相等时自动为圆弧或螺旋

  值 描述0 当前点，中间点，终点三点定圆弧 end指定圆弧终点，centre指定圆弧的中间点

  1 当前点，圆心，终点定圆弧 走最短的圆弧 end指定圆弧终点，centre指定圆弧的圆心

  2 当前点，中间点，终点三点定整圆 end指定圆弧终点，centre指定圆弧的中间点

  3 当前点，圆心，终点定整圆 先走最短的圆弧，再继续走完整圆 end指定圆弧终点，centre指定圆弧的圆心

  distane4：第四轴螺旋的功能，指定第4轴的相对距离，此轴不参与速度计算

  distane5：第五轴螺旋的功能，指定第5轴的相对距离，此轴不参与速度计算

  渐开线圆弧插补运动，相对运动，可选螺旋。当前点和圆心的距离确定起始半径，当起始半径0时角度无法确定，直接从0角度开始。

  circles：要旋转的圈数，可以为小数圈，负数表示顺时针，每圈终点位置为起点和圆心连线上的一点，见例二

  distance3：第3轴螺旋的功能，指定第3轴的相对距离，此轴不参与速度计算

  distance4：第4轴螺旋的功能，指定第4轴的相对距离，此轴不参与速度计算

  (一)轨迹前瞻的作用在实际工艺流程中，为追求加工效率会开启连续插补，运动轨迹的拐角处若不减速，当拐角较大时，会对机台造成较大冲击，影响加工精度。若关闭连续插补，使拐角处减速为0，虽然保护了机台，但是加工效率受到了较大影响，所以提供了前瞻指令，使在拐角处自动判断是否将拐角速度降到一个合理的值，既不可能影响加工精度又能提高加工的速度，这就是轨迹前瞻功能的作用。

  运动控制器的轨迹前瞻能够准确的通过用户的运动路径自动计算出平滑的速度规划，减少机台的冲击，来提升加工精度。自动分析在运动缓冲区的指令轨迹将会出现的拐点，并依据用户设置的拐角条件，自动计算拐角处的运动速度，也会依据用户设定的最大加速度值计算速度规划，使任何加减速过程中的加减速都不超过ACCEL和DECEL的值，防止对机械部分产生破坏冲击力。

  轨迹前瞻的主要指令CORNER_MODE，用于拐角处的速度规划，常用的三种模式，根据加工的轨迹的实际要求选不一样的模式。

  减速角度定义查看DECEL_ANGLE和STOP_ANGLE指令，根据减速角度是设置值判断拐角处是否减速。

  减速拐角参考速度以FORCE_SPEED速度为参考，一定要设置合理的FORCE_SPEED。

  半径小于设置值时限速，大于限制值时不限速，限制速度按FORCE_SPEED，限速半径FULL_SP_RADIUS设置。

  开始减速角度与结束减速角度的单位是弧度，配合CONER_MODE指令模式2使用。

  减速拐角参考速度以FORCE_SPEED强制速度为参考，一定要设置合理的FORCE_SPEED。

  小圆限速的最大圆弧半径，单位是UNITS，配合CONER_MODE指令使用。

  当圆弧半径大于FULL_SP_RADIUS时，速度是用户程序指定的速度值，当半径小于FULL_SP_RADIUS时，控制器会按比例减小速度。

  MERGE=0N/OFF，设为ON开启连续插补，多段插补运动的之间速度连续，不发生减速;设为OFF关闭连续插补，上一条插补运动执行完减速为0后再开始运行下一条插补运动。

  开启的连续插补，所以插补主轴的速度一直为VP_SPEED(0)=100，从下方曲线的加速度过大，远大于设置值500，这样就会给机台带来较大冲击。

  单位均为UNITS/S，在使用SP运动指令中生效，会被SP运动指令带入运动缓冲区。

  自定义速度的SP运动的强制速度，使用了带SP的运动指令和轨迹前瞻时才生效。

  如果要求进入本段的时候FORCE_SPEED已经降为对应的速度，请设置STARTMOVE_SPEED参数。

  自定义速度的SP运动的开始速度，只有使用了带SP的运动指令才生效。SP运动起始速度小于STARTMOVE_SPEED时，STARTMOVE_SPEED无效。

  自定义速度的SP运动的结束速度，只有使用了带SP的运动指令才生效。后面没有运动指令时直接减速停止，ENDMOVE_SPEED无效。

  速度变化曲线开始运动，第一段的STARTMOVE_SPEED = 20不起作用，第一段结束速度ENDMOVE_SPEED=10，表示速度降为10后第一段运动完成;第二段运动实际从速度10开始运动，到ENDMOVE_SPEED=40结束;第三段的起始速度STARTMOVE_SPEED=30，小于第二段结束速度40，第二段完成后速度会降到30，第三段完成后后面没有运动指令了，所以速度降为0，ENDMOVE_SPEED不起作用。