Для работы ЧПУ необходим интерполятор – вычислительное устройство, которое передаёт информацию от PC, преобразуя в координаты. Есть два вида интерполяторов: линейные и линейно-круговые. Работают оба по принципу подачи импульса (интерполяции). Шаг, осуществляемый от одного импульса, называется дискретностью. Интерполяторы имеют важнейшее качество поддерживать заданную подачу между опорными точками неизменной.

Один из главных узлов контурных УЧПУ – это интерполятор (специальное вычислительное устройство). Интерполятор преобразует программа заданную от PC информацию непосредственно в управляющие действия на двигатели приводов подач для обеспечения требуемой траектории и скорости движения инструмента вдоль заданного контура.

Траектория перемещения инструмента относительно детали/заготовки в программе задается значениями координат отдельно взятых точек А, В, С..., так называемыми – опорными точками. Характер движения инструмента между этими опорными точками определяется естественно видом интерполяции, которую непосредственно и выполняет – интерполятор.

Сегодня в современных системах ЧПУ в основном применяются интерполяторы двух типов:

• линейные (обеспечивают перемещение инструмента между соседствующими опорными точками по прямым линиям, которые расположены под любыми углами):
• линейно-круговые (реализуют характер управления, то есть инструмент между соседствующими опорными точками способен перемещаться и по прямым линиям и по дугам окружностей).

 Для осуществления кругового движения в программе помимо координат опорных точек обязательно должны быть заданы еще и координаты центров дуг окружностей. Как правило, в большинстве современных контурных системах ЧПУ, рабочие органы для перемещения получают команды дискретно, то есть в виде единичных кратковременных управляющих импульсов (управляющих воздействий).

Использование интерполятора в новейших системах ЧПУ

 Интерполятор в свою очередь обеспечивает распределение поступающих импульсов между приводами подач, чтобы инструмент перемещался максимально близко к дуге окружности (в случае круговой интерполяции) или к заданной прямой (в случае линейной интерполяции) с обусловленными шагами движений. Меньше всего контролируется шаг в процессе управления в перемещении рабочего органа, который осуществляется от одного управляющего импульса и называется дискретностью отработки перемещений («разрешающая способность СЧПУ»). Между опорными точками схема движения инструмента выглядит так: А, В, С, Д, Е при линейной интерполяции (а) и опорными точками А, В, С при круговой интерполяции (б) при токарной обработке.

На один управляющий импульс, который выдается интерполятором, дискретность отработки перемещений формулируется в миллиметрах. В большинстве своем современные системы ЧПУ имеют дискретность отработки передвижений, равную 0,01 мм/имп. В свою очередь новые СЧПУ, осваиваемые сегодня, рассчитаны уже на дискретность в 0,001 мм/имп. Конструкция УЧПУ, двигатели подач и датчики обратной связи, обеспечивают четкое выполнение станком необходимых значений дискретности, сюда же относится передаточное отношения механизмов подач станков.

Аппроксимация контура

Во время разработки программ для станков непосредственно с линейными интерполяторами криволинейный контур, который заданный на чертеже, замещают ломаной линией. Данная замена называется «аппроксимацией контура». Во время аппроксимации, точки ломаной линии должны отклоняться от заданного контура – как можно меньше. Однако уменьшение таких отклонений приводит к неизбежному увеличению числа опорных точек, к увеличению числа кадров непосредственно в самой программе и соответственно к увеличению объема вычислений определяющих их координат.

На практике же число опорных точек принимается минимально допустимым, чтобы максимальное их отклонение от заданного контура ни в коем случае не превышало допуска δ непосредственно на аппроксимацию контура. Этот допуск принимается равным: δ= (0,1—0,3)Δ, где Δ, то есть – на размеры заданного контура чертежный допуск.

Поскольку в кадре программы записывается лишь только координаты конечных точек дуги исключительно каждого радиуса и соответственно координаты центров этих дуг (к примеру, такие точки как, В и С и O1 и O2), то программирование для станков, имеющих линейно-круговые интерполяторы – считается более простым.

Круговая интерполяция

Однако круговая интерполяция может быть использована, причем достаточно, просто, только в том случае, когда обрабатываемый контур задан участками исключительно дуг окружностей известных ей радиусов. Но если участок дугой окружности не является, то приходится использовать, либо линейную интерполяцию с аппроксимацией контура ломаной линией, либо выполнять аппроксимацию криволинейного контура (к примеру, параболы) участками дуг окружностей.

Наибольшие преимущества при токарных обработках дает круговая интерполяция, потому как контуры осевых сечений вращения тел в большинстве своем очерчиваются дугами окружностей. Если сравнивать с токарными обработками, обычно при которых программируется траектория движения вершины резца, как правило, при фрезеровании, программируется только траектория движения центра фрезы. Траектория движения центра фрезы непосредственно с радиусом Rф при создании контура ABC, который состоит из двух дуг окружностей с радиусом R1 и R2 (А1, В1, В1', С1 — то есть, опорные точки траектории движения самой фрезы).

Чтобы обеспечить правильное формирование обрабатываемой поверхности, данная траектория по отношению исключительно к заданному контуру основывается в виде эквидистантной кривой. Эквидистантной называется кривая, у которой все точки удалены на одно расстояние от заданного контура. При фрезеровании таким расстоянием основным, конечно же, является радиус фрезы. Размеры и форма эквидистантной кривой существенно отличаются от контура детали, именно поэтому программирование для фрезерных станков зачастую связано с достаточно резким увеличением объема вычислений.

Преимущества интерполяции

Преимуществ от использования круговой интерполяции во время фрезерования меньше, чем во время токарной обработки, потому что многие детали, которые изготавливаются на фрезерных станках, обязательно очерчиваются контурами, которые в свою очередь составлены из более сложных кривых, нежели дуги окружностей. Кроме этого, современные линейно-круговые интерполяторы четко обеспечивают относительное движение инструмента исключительно по окружностям, расположенным следующим образом: в плоскости стола, а также в плоскости перпендикулярно направлению продольной подачи стола, а также в плоскости перпендикулярно направлению поперечной подачи стола.

Именно это действие не позволяет рационально аппроксимировать достаточно сложные фасонные поверхности дугами окружностей. Посему на фрезерных станках с (числовым программным управлением) наиболее широко применяется более простая и в тоже время универсальная линейная интерполяция, соответственно при ее воздействии инструмент перемещается по прямой линии из точки М, например, в точку N. При этом траектория перемещения концевой сферической фрезы непосредственно в опорную точку N из опорной точки М при линейной интерполяции осуществляется с одновременным управлением исключительно по трем координатам.

Технологические качества интерполяции

Абсолютно все интерполяторы обладают важнейшим технологическим качеством: при линейной интерполяции они отлично поддерживают заданную системой контурную скорость движения инструмента (т. е. подачу) в промежутке между соседствующими опорными точками неизменной (т. е. стабильной). Это обеспечивается благодаря постоянству частоты выдачи управляющих импульсов, формирующиеся интерполятором в соответствии с необходимой информацией о величине подачи, которая записана в кадре управляющей программы.

Если возникает необходимость, то в автоматическом режиме эта подача может быть изменена на другую абсолютно в любой опорной точке на наиболее рациональную. Если подачу нужно изменить в промежутке между главными опорными точками, то назначают промежуточные опорные точки. Также необходимо учесть, что при круговой интерполяции заданное постоянство частоты управляющих импульсов (их выдачи) приводит подачи вдоль дуги окружности к некоторой неравномерности.