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圓周測試

從同步的實現方式看，同步指令僅僅保證從軸與主軸的位置關系；從同步的結果上看，也jinxian于對同步的偏差進行監控，并不進行進一步的調節。所以說，從軸本身的動態特性與位置控制精度是衡量同步效果的關鍵，如果是多個從軸以一個虛軸作為主軸的同步應用，要保證多個從軸位置或者速度同步，必須要求各個從軸本身的動態響應能力一致。

例如，結合調試軟件Scout，西門子運動控制器Simotion為用戶提供了測量兩個軸動態特性是否一致的圓弧測試手段。圓弧測試是指系統自動地向兩個軸發送正/余弦信號的位置給定，然后采集兩個軸的實際位置，并根據以下公式來繪制兩個軸合成的運行軌跡，即圓弧。

下圖1所示為圓周測試信號。下圖2所示為圓周測試結果。

圖1 圓周測試信號

圖2 圓周測試結果

通過以上圓弧測試的結果，可以得到兩個獨立軸的動態特性一致性。如果兩個軸的動態特性不一致，可以通過優化使得二者達到一致。另一方面，從主軸實際值到從軸的設定需要傳遞時間，時間的長短取決于通信周期以及采樣周期。主從同步的時間延遲引起的同步偏差，可以通過從軸外推或者是主軸設定值延遲的方式來消除。

凸輪

凸輪（Cam）事實上也屬于同步的范疇，與齒輪同步Zui大的區別在于，齒輪同步主從軸之間的位置或速度關系是直線關系，而凸輪可以任意插補這種位置關系，也可以通過多次函數來定義二者之間的關系。在Simotion中，一段Cam插補曲線可以由12個點構成。Cam曲線設定如下圖所示。

Cam曲線設定

如果采用多次函數來定義從軸與主軸之間的位置關系，可以通過多項式來完成。

與齒輪同步一樣，Cam的幅值與偏置也是可以在運行過程中實時調整的，這一點在實際應用中極其重要。另外，也可以在運行過程中增加插補點來修改Cam曲線。

路徑插補功能

數控裝備加工對象的輪廓形狀往往是各種各樣的，這些輪廓一般都是用直線、圓弧、螺旋線、拋物線和自由曲線等典型的線形來描述的。

數控裝置中一般都或多或少地具有上述線形的控制方法，即插補控制算法，其中Zui基本的是直線和圓弧插補。例如，汽車活塞的加工屬于非圓加工，其加工文件可以由橢圓界面以及錐形曲線插補完成。在具有某線形插補算法的數控裝置中，零件加工程序的編制可大大簡化。一般僅提供描述該線形所必需的相關參數，如對直線，提供其起點和終點；對圓弧，提供起點和終點、順圓或逆圓以及圓心相對于起點的位置。因此，為了實現軌跡控制，必須在運動過程中實時計算出滿足線形和進給速度要求的若干中間點（在起點和終點之間），這就是數控技術中插補（Interpolation）的概念。據此，可對插補定義如下：所謂插補，就是根據給定進給速度和給定輪廓線形的要求，在輪廓的已知點之間確定一些中間點的方法，這種方法稱為插補方法或插補原理。而對于每種方法（原理）又可能用不同的計算方法來實現，這種具體的計算方法稱之為插補算法。對于輪廓控制系統來說，Zui重要的功能便是插補功能，這是由于插補運算是在機床運動過程中實時進行的，即在有限的時間內，必須對各坐標軸實時地分配相應的位置控制信息和速度控制信息。輪廓控制系統正是因為有了插補功能，才能加工出各種形狀復雜的零件。可以說，插補功能是輪廓控制系統的本質特征。因此，插補算法的優劣，將直接影響CNC系統的性能指標。

Simotion為用戶提供了基于3軸以下的路徑插補。三維以下包括三維的位置控制都可以通過插補的方式來確定路徑。路徑可以有直線、圓弧以及多項式曲線3種方式，如下圖所示。

3種路徑插補方式

下面比較一下Path Interpolation與Cam的異同。與Cam一樣，路徑插補的功能是為了生成位置軸的profile文件，但Cam利用軸與軸之間的函數關系式來完成插補，軸與軸之間并不確定平面或空間的概念，用到的所有數據都是標量。例如，通過提供的幾個（x,y）點的坐標來完成兩個軸位置軌跡之間的線性同步關系。再如，通過多項式y＝1－4x＋4x2 ＋0.5sin（x＋0.5）確定從軸y與主軸位置x之間的跟隨關系，如下圖所示。

而Path Interpolation功能更突出體現空間路徑的概念。如三維空間的多項式插補，并不需要確定軸之間的直接函數關系，直接定義幾個軸的合成運動，所合成的運動軌跡上的每一個點都是一個三維或者二維矢量，可以借助矢量矩陣來設定三維變量同第4變量P的關系，即

其中，在編程時需要提供的數據有目標位置以及4個空間矢量坐標：A2 、A3 、A4 、A5 ，方程又可以寫成如下形式：

如下圖所示，Simotion為用戶提供了方便的路徑定義界面，利用此界面可以選擇二維或三維插補，可以設定曲線或圓弧插補等。

插補程序

當在Simotion的系統任務中調用此命令時，系統會自動計算此路徑在二維或三維空間的投影，以此作為各個軸的位置給定與速度給定。