基于高速加工的加减速控制方法研究及实现
《数控加工中加减速控制及平滑算法的研究与实现》
《数控加工中加减速控制及平滑算法的研究与实现》一、引言随着现代制造业的快速发展，数控加工技术在各类工业领域中的应用日益广泛。
为了提高加工效率和精度，优化加工过程变得至关重要。
加减速控制和平滑算法是数控加工技术中重要的两个部分，直接影响着加工质量和效率。
本文旨在研究数控加工中的加减速控制及平滑算法，探讨其实现方法与优化策略。
二、数控加工中加减速控制的研究1. 加减速控制的重要性在数控加工过程中，加减速控制是保证加工精度和效率的关键因素。
合理的加减速控制可以减小机床的冲击力，降低机床的负荷，延长机床的使用寿命。
同时，良好的加减速控制可以优化切削路径，减少切削时间，提高生产效率。
2. 加减速控制的实现方法目前，数控加工中的加减速控制主要通过S曲线、梯形曲线等算法实现。
S曲线算法通过逐渐加速和逐渐减速的方式，使机床的加速度变化平稳，从而减小机床的冲击力。
梯形曲线算法则将速度分为若干个等速段，通过调整各段的速度来实现加减速控制。
三、数控加工中平滑算法的研究1. 平滑算法的重要性平滑算法是数控加工中优化切削路径的重要手段。
通过平滑算法，可以消除切削路径中的突变和振动，使切削过程更加平稳。
同时，平滑算法还可以减小切削力，降低工件的表面粗糙度，提高工件的加工质量。
2. 平滑算法的实现方法目前，常见的平滑算法包括B样条曲线、NURBS等。
B样条曲线具有优良的局部性质和较高的精度，适用于复杂的切削路径。
NURBS则具有较高的灵活性和通用性，可以适应各种不同的切削需求。
四、加减速控制及平滑算法的实现与应用1. 集成加减速控制和平滑算法的数控系统在数控系统中集成加减速控制和平滑算法，可以实现对切削过程的全面优化。
在数控系统中，通过编程或参数设置的方式，可以实现加减速控制和平滑算法的灵活应用。
同时，数控系统还应具备实时监控和调整功能，以便根据实际加工情况进行优化调整。
2. 加减速控制及平滑算法在数控加工中的应用实例以某数控铣床为例，通过集成S曲线加减速控制和B样条曲线平滑算法，实现了对切削过程的全面优化。
《面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术研究》
《面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术研究》一、引言随着现代制造业的快速发展，高速高精加工技术已成为制造业的核心竞争力之一。
而运动轨迹控制技术作为高速高精加工技术的关键环节，其研究对于提高加工精度、加工效率和加工质量具有重要意义。
本文将针对面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术进行研究，分析其现状、问题及发展趋势，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
二、研究现状与问题分析2.1 研究现状近年来，国内外学者针对运动轨迹控制技术进行了广泛的研究。
在控制算法方面，诸如PID控制、模糊控制、神经网络控制等被广泛应用于各种加工设备中。
在硬件设备方面，高性能的数控系统、高精度的传感器和执行器等为运动轨迹控制提供了良好的硬件支持。
然而，在高速高精加工过程中，仍存在一些问题需要解决。
2.2 问题分析(1) 轨迹规划与优化：在高速高精加工过程中，合理的轨迹规划对于提高加工效率和加工质量至关重要。
然而，目前的轨迹规划算法往往无法满足复杂零件的高精度加工需求。
(2) 运动控制算法：现有的运动控制算法在应对高速高精加工时，往往存在响应速度慢、控制精度低等问题。
因此，需要研究更加先进的控制算法以提高运动轨迹的控制精度和响应速度。
(3) 干扰因素：高速高精加工过程中，各种干扰因素如切削力、机床振动等会对运动轨迹产生不良影响。
如何有效地抑制这些干扰因素，提高运动轨迹的稳定性是亟待解决的问题。
三、关键技术研究3.1 轨迹规划与优化技术为了满足复杂零件的高精度加工需求，需要研究更加先进的轨迹规划与优化技术。
可以采用人工智能、优化算法等技术手段，对加工过程中的轨迹进行实时规划和优化，以提高加工效率和加工质量。
3.2 运动控制算法研究针对现有的运动控制算法存在的问题，可以研究更加先进的控制算法，如自适应控制、智能控制等。
这些算法可以根据加工过程中的实际情况，实时调整控制参数，以提高运动轨迹的控制精度和响应速度。
3.3 干扰抑制技术研究针对高速高精加工过程中的干扰因素，可以研究相应的干扰抑制技术。
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》一、引言在当今的木工雕铣加工行业中，数控系统已经成为不可或缺的核心设备。
对于数控系统而言，其性能的关键因素之一便是加减速控制算法。
本篇论文将深入探讨面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法的研究与实现，分析其重要性、应用场景以及当前面临的问题，为后续的算法研究提供理论基础。
二、加减速控制算法的重要性及应用场景在木工雕铣加工过程中，加减速控制算法对于提高加工效率、保证加工质量以及延长设备寿命具有重要意义。
一个优秀的加减速控制算法能够使数控系统在加工过程中快速达到稳定状态，减少加工过程中的振动和冲击，从而保证加工精度和设备稳定性。
此外，合理的加减速控制还能降低设备能耗，提高生产效率。
在木工雕铣领域，加减速控制算法的应用场景十分广泛。
例如，在雕刻复杂图案或进行高精度铣削时，需要数控系统具备快速响应和精确控制的能力。
此外，在加工大型木材或进行高速度切割时，也需要加减速控制算法来保证设备的稳定性和加工质量。
三、当前面临的问题与挑战尽管加减速控制算法在木工雕铣领域的应用已经取得了一定的成果，但仍面临一些问题和挑战。
首先，如何实现快速、平稳的加减速过程仍是一个难题。
其次，如何根据不同的加工需求和设备性能调整加减速控制参数也是一个重要问题。
此外，加减速控制算法的复杂性和实时性要求也对算法的实现提出了更高的要求。
四、加减速控制算法的研究与实现针对上述问题，本文提出了一种面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法。
该算法基于速度规划理论，结合设备性能和加工需求，实现了快速、平稳的加减速过程。
具体而言，该算法包括以下几个步骤：1. 速度规划：根据加工需求和设备性能，制定合理的速度规划曲线。
该曲线应能够保证设备在加工过程中快速达到稳定状态，同时减少振动和冲击。
2. 加减速策略设计：针对不同的加工阶段和设备状态，设计合理的加减速策略。
例如，在起始阶段采用慢速启动策略，以减少设备启动时的冲击；在加工过程中根据设备状态和加工需求调整加减速速率。
高速减速器研发生产方案(一)
高速减速器研发生产方案一、实施背景随着中国经济的持续增长，基础设施建设成为国家重点发展领域。
减速器作为机械系统中的重要组成部分，其性能与效率直接影响到整个机械系统的运行。
尽管中国在减速器领域取得了一定的成就，但与国际先进水平相比，还存在一定的差距。
为满足国内对高性能减速器的需求，提升国际竞争力，我们提出以下研发生产方案。
二、工作原理高速减速器主要由输入轴、行星轮、行星架、输出轴等组成。
其核心原理在于利用行星轮的差动运动，将高速旋转的输入轴速度降低，同时将扭矩放大，再通过输出轴输出。
行星轮的差动运动通过润滑油膜的摩擦力进行传递。
具体来说，高速旋转的输入轴带动行星轮旋转，行星轮将部分动能传递给行星架，使其与行星轮同步旋转。
同时，行星轮通过润滑油膜与固定内齿圈摩擦，将转速降低并传递给输出轴。
这种结构使得减速器能够在承受大扭矩的同时，实现高速旋转的减速。
三、实施计划步骤1.研发阶段：成立专门研发团队，进行产品设计和实验测试。
具体包括：设计行星轮、行星架、内齿圈等核心部件，选择合适的材料和加工工艺；进行性能实验，包括负载测试、耐久性测试等。
2.样品试制阶段：根据研发阶段的结果，进行小批量样品试制。
试制过程中需对每一道工序进行严格的质量控制，确保产品的一致性。
3.试验与验证阶段：对试制的样品进行全面的试验和验证，确保其性能达到预期。
同时对生产工艺进行优化和完善。
4.生产阶段：经过试验验证后，进入规模化生产阶段。
在此阶段需注重生产效率和质量稳定性的提升。
5.市场推广阶段：生产出的产品经过包装和宣传后，进入市场销售。
同时收集用户反馈，持续改进产品。
四、适用范围本方案的高速减速器适用于以下领域：1.风力发电：风力发电设备中需要使用高性能的减速器将风能转化为电能。
2.汽车工业：汽车的动力传动系统中需要使用减速器将发动机的高转速转化为低转速输出。
3.航空航天：航空航天领域中的一些机械系统中需要使用减速器来满足对高精度、高效率的要求。
一种用于数控机床高速加工的加减速控制方法[发明专利]
![一种用于数控机床高速加工的加减速控制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d45c2905524de518974b7d68.png)
专利名称：一种用于数控机床高速加工的加减速控制方法专利类型：发明专利
发明人：林浒,盖荣丽,郭锐锋,于东,胡毅
申请号：CN200910010982.1
申请日：20090401
公开号：CN101853013A
公开日：
20101006
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开一种用于数控机床高速加工的加减速控制方法，包括以下步骤：加减速控制参数初始化；计算当前待规划运动段的总长度；如果不对当前运动段的进给速度作修调操作，则判断是否是第一次对该运动段进行加减速控制；如是，则利用当前待规划运动段的总长度、加减速控制的起始速度、终止速度及数控系统的插补周期计算加减速控制加速、匀速及减速阶段的步数和三次函数的相关参数，并置插补周期计数为1；如果加减速控制具有匀速阶段，则计算滤波前速度输入滑动平均滤波器进行滤波，得到当前插补周期的速度规划值；对当前插补周期计数更新，作为下一个插补周期计数。
应用本发明方法得到的加速度曲线平滑性好，对机械系统造成的冲击小，且灵活性好。
申请人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司,沈阳高精数控技术有限公司
地址：110171 辽宁省沈阳市浑南新区南屏东路16号
国籍：CN
代理机构：沈阳科苑专利商标代理有限公司
代理人：许宗富
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高速加工中速度前瞻控制新算法研究_任锟
第40卷第11期2006年11月浙 江 大 学 学 报(工学版)Journal o f Zhejiang U niv ersity (Engineer ing Science)Vol.40No.11Nov.2006收稿日期:20050603.浙江大学学报(工学版)网址:w w w.journals.z /eng基金项目:国家/8630高技术研究发展计划资助项目(2002AA421150);国家教育部博士点基金资助项目(20030335091).作者简介:任锟(1979-),男,湖北钟祥人,博士生,从事数控系统方面的研究.E -mail:ren kun_2008@高速加工中速度前瞻控制新算法研究任 锟,傅建中,陈子辰(浙江大学机械工程学系,浙江杭州310027)摘 要:为了避免在高速加工中高曲率轮廓导致的工件过切和机床的异常振动,提出了一种实时的速度前瞻软件控制新算法.该算法基于S 型加减速方案,通过采用三次样条曲线拟合对离散加工路径的分析发现高曲率点,根据加减速特性预估高曲率点处的最优速度,最后对加工路径施加相应的运动学曲线规划,实现了加工速度自适应于加工路径的变化.应用该算法使得加工速度变化平稳,较之传统控制方法大大提高了加工效率.关键词:高速加工;前瞻算法;三次样条曲线拟合中图分类号:T H 161.6 文献标识码:A 文章编号:1008973X (2006)11198504New look -ahead algorithm for velocity control in high speed machiningREN Kun,FU Jian -zhong ,CH EN Z-i chen(D ep artment of M echanical Engineering ,Zhej iang Univer sity ,H angz hou 310027,China)Abstract:A novel realtime so ftw are contr ol algor ithm for loo k -ahead velocity control w as proposed to avo id gouging and m echanical vibratio n caused by hig h cur vature of to olpath in high speed machining.This algo -r ithm w as based on S type velocity acceleration and deceler ation.T he hig h curvature points w ere found thro ug h analyzing the toolpath by using cubic spline inter polation.T hen the optim al velocities at the high curvatur e points were estim ated acco rding to the characteristic of velocity.Finally a pr oper kinem atic pro -file w as impo sed o n the too lpath and the v elocity chang ing w ith the toolpath w as achieved.T he r esults show that the presented algor ithm m akes v elo city changing smoothly and improv es the productivity greatly com pared w ith the traditional co ntro l method.Key words:high speed machining;look -ahead alg orithm;cubic spline interpo lation 在传统的数控系统中,对每一单个数据段均进行加减速控制是普遍采用的控制方法.当加工速度不断提高时,如果碰到很短的线段就会出现来不及加减速而导致工件过切和频繁的加减速而导致机械出现异常振动.因此传统的速度控制方法无法适应高速加工.随着数控系统的不断发展,在数控系统中出现了缓冲区,即在数据段被加工之前对各数据段进行速度整体计算规划.这区别于传统的边执行边处理的控制方法,大大提高了加工效率,速度运动学曲线也更加光滑和符合高速加工的要求.缓冲区虽然保证了加工速度大小的恒定,但是在实际加工过程中,如果在加工路径中遇到高曲率的地方,由于速度过快,在没有加减速的情况下更加容易出现过切和机械振动.甚至由于加工速度过快和数据段过短而导致数据段下载速度跟不上加工速度,出现数据饥饿现象.因此高速加工并不是处处高速,加工速度应该自适应于路径的变化,这样才能保证加工效率和加工质量.国内外学者对此进行了大量的研究.Erkor k -m az 等人[1]以弦长为参数,采用五次样条曲线来拟合直线段生成新的光滑加工路径来解决上述问题.还可以采用近似弧长参数的五次样条曲线拟合方法[2].采用这些方法虽然能取得很好的加工质量和效率,但是显得很复杂且需要增加相应的硬件设备.王宇晗等人[3]提出了一个在高速加工过程中小线段速度衔接数学模型,但是仍局限于传统控制方法.本文结合三次样条曲线和系统的加减速控制特性,提出了一种新的速度前瞻软件控制算法.1 速度光滑衔接的加减速特性根据滤波器原理,将插补信号x [n]与脉冲响应函数h [n]进行卷积运算,则输出y [n]可以表示为y [n]=x [n]*h[n]=Enk =0x [k]h[n-k]=x [0]h[n]+,+x [k]h[n -k]+,+x [n]h[0].(1)当E h[k]=1时,可以得到一个线性加减速方案,即T 型曲线.同理,如果将输出y [n]与h [n]再次进行卷积,则输出z [n]可以表示为z [n]=y [n]*h[n]=E nk =0y [k]h[n -k]=y [0]h[n]+,+y [k]h[n -k ]+,+y [n]h[0].(2)这时就得到了S 型加减速方案.实践证明,在计算时间方面S 型曲线较T 型曲线花费更多,但是S 型曲线的控制精度比T 型曲线高出2倍以上[4].如果将输入到控制系统的路径数据段的速度命令事先规划好,S 型曲线计算所消耗的时间也会大大减少.综合考虑,将S 型曲线用于速度控制方案.经过加减速处理的插补信号将在保证最小加工误差的基础上由不连续变得光滑.这也使得运用光滑的速度曲线来进行速度规划变得可行.如何使数据点的命令速度自适应于路径变化,并且充分地与系统的加减速控制特性相符合将是下面的主要工作.2 前瞻控制算法的重要组成为了达到加工速度自适应于路径变化,要求对组成路径的数据段在未被执行前就进行分析,从而可以采取相应的措施.这就具体为如何发现高曲率点,如何确定前瞻数据段数目和如何确定高曲率点处最优速度这3个重要的问题.2.1 高曲率点的发现对离散点是不可能利用数学的方法直接求出各点的曲率的,在这里通过拟合离散点的三次多项式曲线来求出各节点曲率的近似值.设有n +1个点,Q (u)=A i u 3+B i u 2+C i u +D i .(3)式中:1[i [n -1,u 为相邻两点的直线距离.式(3)中有4个未知数,如果要求点i 的曲率,一次需要选择与其相邻的4个点(P i -1,P i ,P i +1,P i +2)来求出多项式(3).根据克莱姆法则和二阶连续条件,可以很快列出4个方程并求出各项系数值.得到三次样条曲线的表达式后,就可以求出点i 曲率的近似值,公式如下:N i =n xi n yi=d 2Q d u 2u =L i -1=(6A i u +2B i )u =Li -1,L i -1=P i -1P i .(4)式中:N i 表示加工路径上的第i 点的法向向量,L i -1=(x i -1-x i )2+(y i -1-y i )2为弦长.定义C i 为点P i 处的曲率,H 为两向量P i -1P i 和P i P i +1的夹角(见图1).给出判断高曲率点的标准如下:1)C i >C i -1和C i >C i +1;2)H \90b ;3)H <90b .如果点P i 同时满足标准1)和2),可以判定此点是一个尖锐拐角点;如果点P i 同时满足标准1)和3),可以判定此点是一个高曲率点但不是尖锐拐角点.为了下面讨论的方便,将点P i 称做加工路径中已发现的一个高曲率点或者是尖锐拐角点.图1 两直线向量P i -1P i 和P i P i +1Fig.1 T wo linear v ect ors P i -1P i and P i P i +12.2 前瞻数据段数目的确定首先设定点P i 处的速度为正常速度的h (0[h <1.0)倍,则根据运动学理论,从点P i 开始沿加工路径反方向,在加速度为a 的情况下沿直线段加速到正常加工速度F 的时间为t =F @(1-h)/a,走过的路径总长度为L =F 2@(1-h)2/(2a).定义连续线段长度为1986浙 江 大 学 学 报(工学版) 第40卷L i-k,i-1=Ei-kj=i-1L j ; 1<k [i.(5)设正被加工点为点P z ,随着L i -k,i -1的不断增加直至下列条件成立:L i -k,i -1\L ,(6)比较i -k 与z 的大小,如果i -k >z ,说明符合要求,加工至点P i -k 时将开始减速;如果i -k <z ,说明加工点P z 与P i 之间的距离不够减速,此时增大加速度直至满足要求.2.3 高曲率点处最大优化速度的确定在发现点P i 后,下一步要求出点P i 处的最大优化速度以使刀具平稳通过此点并保证最大的加工效率.根据路径的空间几何特点、运动学理论以及系统的控制特点可以得到各个约束条件.根据图1,定义v i 、v i -1、v i +1分别为点P i 、P i -1、P i +1处的速度;T s 为伺服采样周期.由于P i -1P i 是减速段而P i P i +1是加速段,可以给出如下约束方程:1)在P i -1P i 中,v 2i \v 2i -1-2aL i -1;2)在P i P i +1中,v 2i\v 2i +1-2aL i ;3)v i \0;4)加速度大小也给速度带来了约束:2v i sin (H /2)[aT s .运用上面4个约束方程和第2.2节讨论的结果,通过迭代运算可以得到点P i 处的最大优化速度v i .3 前瞻控制算法的实现在减速过程和随后的加速过程中各点速度的确定即是前瞻控制算法的实现.运动学曲线规划图如图2 运动学曲线规划图Fig.2 K inemat ic pr og ramming profile图2所示.根据速度变化过程将曲线分成6个区域.加速和减速过程是对称的,因此以减速过程为例.各区域的位移大小和速度曲线为S (t)=F S 1-16J S31, 0[t [T 1;S 1+F 1S 2-12a S 22,T 1[t [T 2,S 1=FT 1-16J T 31;S 2+F 2S 3-12a S 23+16J S 33,T 2[t [T 3,S 2=S 1+F 1T 2-12aT 22.F(t)=F -12J S 21, 0[t [T 1;F 1-a S 2,T 1[t [T 2,F 1=F -12J T 21;F 2-a S 3+13J S 23,T 2[t [T 3,F 2=F 1-aT 2,F 2-aT 3+12J T 23=v i .式中:J 为加加速度.现在需要根据加工的实际情况求出S(t)和F(t)的具体表达式,并确定与之相适应的加速度大小.1)加加速度条件设定J [a/T s .(7)如果给定的加加速度值不满足上述条件,则J =a/T s .(8)2)加速度条件首先根据S 型速度曲线可得T 1=T 3=a/J ,(9)T 2=(F -v i )/a -a/J \0.(10)从而可得加速度条件为a [J (F -v i ).(11)3)路径条件从第2.2节可知减速路径总长度为L i -k,i -1,因此可得2L i -k,i -1=F 2a +av i J -v 2i a +aFJ .(12)进而化简求得a =J L i -k,i -1+J L 2i -k,i -1(v i +F )2(F -v i )J(v i +F ).(13)根据式(13)可以通过调整J 的大小来调整a,但同时与之相关的式(7)和(11)也要得到满足.根据式(9)和(10)可求出各时间区域的大小T 1、T 2、T 3,带入S (t)方程组中则可以求出在每个时间区间的路径长度范围.从减速点P i -k 开始,根据路径长度范围确定每点所在的时间区域,并在S(t)方程组中选择相应的位移大小方程求解时间t,然后将t 带入相1987第11期任锟,等:高速加工中速度前瞻控制新算法研究应时间区域的速度方程即可确定每一点的速度.4 加工实例图3是从模具加工中常用的CAD/CAM 软件CIM ETRON 中导出的加工路径,该路径具有典型的尖锐拐角.根据本文方法依据尖锐拐角对加工路径进行分块控制,实现拐角前后的速度光滑平稳的减速和加速.实际加工初始参数如下:速度F =2000mm/min ,加速度a =200m m/s 2,脉冲当量为5@10-4mm ,加加速度J =20000mm /s 3,伺服采样时间T s =8ms ,减速预设倍率h =0.根据本文算法,将加工路径分成4段,计算以第一个拐角的减速过程为例,其他同理.具体步骤为:1)发现尖锐拐角位置为点(-1.5964,1.3258);2)预估减速长度为1.39mm ,因此在第一个尖角前减速起始点为(-2.1677,-0.1110);3)根据第2.3节介绍的方法,计算出尖角点最大优化速度为1233.596m m/min ;4)进行速度规划,根据条件(7)、(11)和(13)计算加速度大小为413m m/s 2,虽然这里加速度有变化,但是因为对加加速度有了限制,所以能够保证机床的平稳运行.方程的初始化条件为:T 1=T 3=20.65ms ,T 2=10.28ms ;S 1=0.67mm ,S 2=0.31mm ,S 3=0.41mm ;F 1=1744.15mm/min ,F 2=1489.41mm/min;v i 修正为1233.55mm/min.得到方程组后,只需根据减速的路径长度求出时间,然后将时间带入相应的速度方程即可.由于求解时间的方程最高次幂为3次,求解时间可采用牛顿迭代法快速算出.最后对于这条加工路径在相同的初始加速度下,分别给出传统控制和具有前瞻控制的速度曲线.在加工时间和速度衔接方面的对比如图4所示.图3 加工路径F ig.3 M achining path图4 速度曲线F ig.4 v elo city pro file5 结 语本文结合控制系统的速度控制特性,通过对加工路径的分析,根据高曲率点将加工路径进行分块控制,实现了速度变化自适应于加工路径的变化.在保证最大加工效率的情况下,通过平稳的加减速有效地解决了传统加工中高曲率点容易出现过切的问题.本文方法在自行研制的基于PC 的开放式数控系统的应用中,取得了较好的结果.参考文献(References):[1]ERK O RK M AZ K ,A LT IN T A S Y.H ig h speed CN Csy st em desig n.P art 1:Jerk limited tr ajacto ry genera -tion and quintic spline inter po lat ion [J].International Journal of Machine Tools &Manufacture,2001,41(9):13231345.[2]SCH U ET T T J.A closer look at lo ok -ahead [EB/OL ].1996-05-08.ht tp://ww w.creat.co m/.[3]王宇晗,肖凌剑,曾水生,等.小线段高速加工速度衔接数学模型[J].上海交通大学学报,2004,38(6):901904.WA N G Yu -han,XIA O L ing -jian,ZENG Shu-i sheng ,et al.An optimal feedrat e mo del and so lutio n fo r hig h -speed machining of small line blo cks w ith loo k -ahead [J].Journal of Shanghai Jiaotong University,2004,38(6):901904.[4]HA N G C,K IM D I,KI M H G,et al.A high speedmachining alg or ithm for CNC machine to ols [C]M IEC -ON .99Proceedings.California:IEEE,1999.1988浙 江 大 学 学 报(工学版) 第40卷。
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》一、引言随着科技的不断发展，木工雕铣技术已经逐渐从传统的手工操作转向了数控自动化。
数控系统作为木工雕铣的核心设备，其加减速控制算法的优劣直接影响到加工的精度、效率和表面质量。
因此，针对木工雕铣的数控系统加减速控制算法的研究与实现显得尤为重要。
本文旨在探讨面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法的研究背景、意义、方法及实现过程，以期为相关领域的研究提供参考。
二、研究背景及意义随着数字化制造技术的发展，木工雕铣加工正逐步走向数控自动化。
在这个过程中，数控系统的加减速控制算法显得尤为重要。
一个优秀的加减速控制算法可以保证加工过程中的稳定性和精度，同时提高加工效率，降低能耗。
因此，针对木工雕铣的数控系统加减速控制算法的研究与实现具有重要的现实意义和实用价值。
三、相关技术综述在木工雕铣的数控系统中，加减速控制算法主要涉及到电机控制、运动规划、路径优化等多个方面。
目前，常见的加减速控制算法包括S型曲线加减速、梯形加减速等。
这些算法在各自的领域内都有其独特的优势和适用范围。
然而，针对木工雕铣的加工特点，我们需要设计一种更为适合的加减速控制算法。
四、加减速控制算法研究针对木工雕铣的加工特点，本文提出了一种基于S型曲线与梯形曲线相结合的加减速控制算法。
该算法根据加工过程中的速度变化规律，将S型曲线与梯形曲线的优点相结合，实现了在保证加工稳定性和精度的同时，提高了加工效率。
具体而言，该算法在起始阶段采用S型曲线进行加速，以减小启动阶段的冲击力；在加工过程中采用梯形曲线进行匀速运动，以保证加工的稳定性和精度；在结束阶段再次采用S型曲线进行减速，以减小停止阶段的冲击力。
五、算法实现及实验分析在算法实现方面，我们采用了数字化编程的方式，将加减速控制算法融入到数控系统中。
通过编写相应的程序代码，实现了对电机运动的精确控制。
在实验分析方面，我们采用了多种实验方法对算法进行了验证。
CNC系统中几种加减速算法研究与比较
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＊ 收 稿 日期 ：０ ００ —６ ２ １—９０ 作 者 简 介 ： 明儒 （９ ６） 男 ， 肃 永 登 人 ， 把 １６ 一， 甘 工程 师
第 ５期
把 明 儒 ： Ｎ 系统 中几 种 加 减 速 算 法 研 究 与 比较 Ｃ Ｃ
时 系统 以新 的 瞬 时速 度 Ｆ 进行 插 补 计 算 ， 过 件 此
第 １ ７卷
第 ５ 期
兰 州 工 业 高等 专 科 学 校 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎ ｈ ｕ ｅ ｈ ｉ ｏ ｌ ｅ ｅ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ５ １１ ， ．
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２１ ０ ０年 １ Ｏ月
冲击 、 步 、 程 或振 荡 ， 须 对送 到 进 给 电 机 的 失 超 必
情况 下 ， 瞬时速 度计算 公式 为 Ｆ＋ 一 ＋ＡＴ． ｆ 。 减 速处理 ： 系统 每进 行 一 次插 补 运算 ， 要 进 都 行终 点判 别 ， 算 离终 点 的 瞬时 距离 并 由此 判 计 断系统 是 否进入 减速 区． 减速 区 的长 度 为 ｓ ＝ （ 一Ｆ ） （ Ａ） 式 中 Ｆ 是最 终的末 速度． ／２ ， 若 ≤ ， 表 明进 入减 速 区 ， 补 计算 需要 以减 速 方 则 插 式 进行 ， 时速 度计算 公 式为 Ｆ 。 Ｆ 一 Ａ了． 瞬 件 ＝ ’此
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》一、引言随着现代制造业的快速发展，数控技术已成为木工雕铣领域不可或缺的重要工具。
其中，数控系统的加减速控制算法对于提高加工精度、效率及设备寿命具有至关重要的作用。
本文旨在研究并实现一种面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法，以优化木工加工领域的数控技术应用。
二、研究背景与意义木工雕铣领域对数控系统的要求越来越高，传统的加减速控制算法已经无法满足现代加工需求。
因此，研究和实现一种适用于木工雕铣的数控系统加减速控制算法，对于提高加工质量、降低设备损耗、提高生产效率具有重要意义。
三、加减速控制算法研究（一）算法概述本文研究的加减速控制算法结合了速度规划及位置控制的理念，通过对电机运动过程中的速度进行合理规划，以达到优化加工效果的目的。
该算法通过分析木工雕铣加工过程中的特点，将速度规划分为加速、匀速和减速三个阶段，实现对电机运动的精确控制。
（二）算法原理1. 加速阶段：根据加工需求及设备性能，合理规划电机的加速过程，使电机迅速达到预定的工作速度。
2. 匀速阶段：在达到预定工作速度后，保持电机以恒定速度进行加工，以保证加工精度和效率。
3. 减速阶段：在加工结束前，根据加工需求及设备性能，合理规划电机的减速过程，使电机平稳地降低至停止状态，以降低设备损耗。
（三）算法实现本文研究的加减速控制算法采用数字化控制方式，通过数控系统对电机进行精确控制。
具体实现过程中，首先根据加工需求及设备性能设定速度规划参数，然后通过数控系统对电机进行实时控制，实现电机的加减速过程。
四、实验与分析（一）实验设计为验证本文研究的加减速控制算法的有效性，我们设计了一系列实验。
实验中，我们分别采用传统的加减速控制算法和本文研究的加减速控制算法进行木工雕铣加工，并对两种算法的加工效果进行对比分析。
（二）实验结果与分析通过实验对比分析，我们发现本文研究的加减速控制算法在木工雕铣加工过程中具有以下优势：1. 加工精度高：本文研究的加减速控制算法能够实现对电机运动的精确控制，从而保证加工精度。
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》一、引言随着现代制造业的快速发展，数控技术已成为木工雕铣领域不可或缺的一部分。
数控系统的加减速控制算法是影响木工雕铣机加工效率、加工精度以及机械稳定性的关键因素。
因此，针对木工雕铣的数控系统，进行加减速控制算法的研究与实现，具有非常重要的现实意义。
二、木工雕铣数控系统概述木工雕铣数控系统主要由控制器、伺服系统、机床本体等部分组成。
其中，控制器的核心算法之一便是加减速控制算法。
加减速控制算法的设计直接影响着整个数控系统的性能和效果。
在木工雕铣过程中，需要根据不同的加工需求和材料特性，灵活调整加减速控制算法，以达到最佳的加工效果。
三、加减速控制算法研究（一）算法分类与特点目前，针对数控系统的加减速控制算法，主要有线性加减速、S形加减速、指数型加减速等类型。
每种算法都有其独特的特点和适用场景。
例如，线性加减速算法简单易实现，但可能导致机械冲击较大；S形加减速算法则能实现平滑的加速度变化，但计算量相对较大。
在木工雕铣过程中，需要根据实际情况选择合适的加减速控制算法。
（二）算法优化研究针对传统的加减速控制算法存在的不足，研究者们进行了大量的优化研究。
其中，基于模糊控制、神经网络等先进控制理论的加减速控制算法受到了广泛关注。
这些算法能根据实时反馈的机床状态信息，智能地调整加减速策略，从而在保证加工精度的同时，提高加工效率和机械稳定性。
四、加减速控制算法的实现（一）硬件设计在实现木工雕铣数控系统的加减速控制算法时，需要合理的硬件设计。
主要包括高性能的控制器、高精度的伺服系统以及稳定的机床本体等。
此外，还需要考虑信号传输的稳定性和抗干扰能力等因素。
（二）软件设计在软件设计方面，需要根据实际的加工需求和材料特性，编写相应的加减速控制算法程序。
程序需要能够实现实时的数据采集、处理和反馈，以及根据实时状态信息智能地调整加减速策略等功能。
此外，还需要考虑程序的易用性和可维护性等因素。
高速加工数控系统的加减速控制研究
这是一篇高速加工数控系统开发方面的理论性较强的文章。
众所周知，加减速控制是CNC系统中插补器的一项十分重要的控制功能，它对加工精度和系统性能都有着十分重要的影响。
特别是在高速加工中，加减速就显得尤为重要。
文中，作者在分别分析了数控系统中直线形、三角函数形、指数形、S形、直线加抛物线形加减速控制曲线的基础上，对这几种控制方法各自的优缺点及适用场合进行了比较，并着重讨论了S曲线加减速算法。
加减速控制是数控系统插补器的重要组成部分，是数控系统开发的关键技术之一。
数控加工的目标是实现高精度、高效率的加工，因此，一方面要求数控机床反应快，各坐标运动部件能在极短的时间内达到给定的速度，并能在高速运行中快速准确地停止在预定位置，缩短准备时间；另一方面要求加工过程运动平稳，冲击小。
因此，如何保证在机床运动平稳的前提下，实现以过渡过程时间最短为目标的最优加减速控制规律，使机床具有满足高速加工要求的加减速特性，是研究中的一个关键问题。
一、加减速控制方式在CNC装置中，为了保证机床在起动或停止时不产生冲击、失步、超程或振荡，必须对进给电机的脉冲频率或电压进行加减速控制，即在机床加速起动时，保证加在伺服电机上的脉冲频率或电压逐渐增加，而当机床减速停止时，保证加在伺服电机上的脉冲频率或电压逐渐减小。
根据加减速控制在控制系统中的位置，加减速有前加减速和后加减速之分。
前加减速中加减速控制放在插补器的前面，后加减速中加减速控制放在插补器的后面，如图1所示。
图1 前加减速与后加减速前加减速的控制对象是指令进给速度V，它是在插补前计算出进给速度V′，然后根据进给速度进行插补，得到各坐标轴的进给量△X、△Y，最后转换为进给脉冲或电压驱动电机。
这种方法能够得到准确地加工轮廓曲线，但需要预测减速点，运算量较大。
后加减速的控制算法放在插补器之后，它的控制量是各运动轴的速度分量。
它不需要预测减速点，而是在插补输出为零时开始减速，并通过一定的时间延迟逐渐靠近程序段的终点。
数控系统的加减速控制及在高速加工中的应用
数控系统的加减速控制及在高速加工中的应用数控系统的加减速控制及在高速加工中的应用引言数控系统是现代制造业中的重要装备之一，其性能的优劣直接影响着加工效率和产品质量。
在数控系统中，加减速控制是其核心功能之一，尤其在高速加工中更为重要。
本文将重点讨论数控系统的加减速控制原理和在高速加工中的应用。
一、数控系统的加减速控制原理加减速控制是数控系统中的一项基本功能，其核心原理是控制伺服系统的加速度和减速度。
在进行加减速控制之前，需要先对系统进行参数设定，以确保系统能够按照预期的速度进行加减速。
1. 加速段控制在加速段控制中，主要是通过调整系统的加速度来控制加速过程的平稳性。
在数控系统中，通常使用S曲线进行加速。
S曲线的特点是开始和结束时加速度较小，中间时加速度较大，使得整个加速过程更加平滑。
2. 减速段控制在减速段控制中，主要是通过调整系统的减速度来控制减速过程的平稳性。
同样，数控系统中也使用S曲线进行减速。
减速段的加速度也是开始和结束时较小，中间时较大。
3. 加减速过程中的速度控制在加减速过程中，需要根据设定的加速度和减速度，通过数学计算来调整系统的速度。
通常使用速度闭环控制方法，通过与编码器反馈的速度值进行比较，根据误差进行调整，以实现精确的速度控制。
二、数控系统在高速加工中的应用高速加工是现代制造业中的重要工艺之一，其特点是加工速度快、效率高，可以大大提高生产效率。
数控系统作为高速加工的核心部分，发挥着重要的作用。
1. 高速切削加工高速切削加工是高速加工中的一种常见工艺，它通过提高切削速度和加工进给速度，实现对材料的高效率切削。
在高速切削加工中，数控系统的加减速控制能够确保机床在高速运动中的平稳性和精度，从而保证产品的质量和精度。
2. 快速换刀在高速加工中，快速换刀是提高生产效率的关键。
数控系统的加减速控制技术可以实现快速、精确的换刀动作，大大减少换刀时间，提高切削时间比例，从而提高生产效率。
3. 高速进给高速进给是高速加工的另一个重要工艺，它可以通过提高机床的进给速度，实现对工件的高速加工。
《面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术研究》
《面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术研究》一、引言随着现代制造业的快速发展，高速高精加工技术已成为制造业的核心竞争力之一。
而运动轨迹控制技术作为高速高精加工技术的关键环节，其研究对于提高加工精度、加工效率和加工质量具有重要意义。
本文将针对面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术进行深入研究，旨在为相关领域的研究与应用提供参考。
二、运动轨迹控制技术概述运动轨迹控制技术是指在加工过程中，通过控制机床的运动轨迹，实现对工件的高精度、高效率加工。
该技术涉及到多个领域，包括机械设计、控制理论、计算机科学等。
在高速高精加工中，运动轨迹控制技术的关键在于如何实现高精度、高速度、高稳定性的运动控制。
三、关键技术研究1. 高速高精运动控制算法研究高速高精运动控制算法是运动轨迹控制技术的核心。
目前，常用的控制算法包括插补算法、速度控制算法、加速度控制算法等。
为了提高加工精度和加工效率，需要研究更加高效、精确的控制算法。
例如，可以采用基于预测控制的插补算法，通过预测机床的运动状态，实现更加精确的插补；同时，结合速度和加速度控制算法，实现高速高精的运动控制。
2. 运动轨迹规划技术研究运动轨迹规划是运动轨迹控制技术的重要组成部分。
在高速高精加工中，需要根据工件的加工要求和机床的运动特性，制定合理的运动轨迹规划方案。
这需要深入研究工件的加工特点、机床的运动特性以及加工环境等因素，以制定出最优的运动轨迹规划方案。
同时，还需要考虑运动轨迹的平滑性和连续性，以避免加工过程中的振动和冲击。
3. 智能控制技术应用研究智能控制技术是提高运动轨迹控制精度和稳定性的重要手段。
在高速高精加工中，可以采用智能控制技术，如模糊控制、神经网络控制等，实现对机床运动的智能控制和优化。
这些智能控制技术可以根据机床的实际运行状态和加工环境的变化，自动调整控制参数，以实现更加精确和稳定的运动控制。
四、技术应用与发展趋势运动轨迹控制技术在现代制造业中具有广泛的应用前景。
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》
《面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法研究与实现》一、引言随着现代制造业的快速发展，数控系统在木工雕铣领域的应用越来越广泛。
为了提高加工精度和效率，研究并实现面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法显得尤为重要。
本文旨在探讨加减速控制算法的研究背景、意义及现状，并详细介绍所研究的算法及其实现过程。
二、研究背景与意义在木工雕铣过程中，数控系统的加减速控制算法直接影响到加工精度、表面质量以及设备寿命。
传统的加减速控制算法往往难以满足现代木工雕铣的高精度、高效率要求。
因此，研究并实现面向木工雕铣的数控系统加减速控制算法，对于提高木工制品的质量、降低生产成本、推动木工行业的技术进步具有重要意义。
三、相关技术研究现状目前，国内外学者在数控系统加减速控制算法方面进行了大量研究。
传统的加减速控制算法主要包括直线加减速、指数加减速等。
随着智能控制技术的发展，越来越多的研究者将模糊控制、神经网络等智能算法应用于数控系统的加减速控制。
此外，针对木工雕铣的特殊性，还需考虑加工路径的复杂性和材料的不均匀性等因素。
四、加减速控制算法研究本文研究的加减速控制算法主要针对木工雕铣的特点，采用智能控制技术，实现加工过程中的速度规划。
具体研究内容包括：1. 算法设计：根据木工雕铣的加工特点和要求，设计合适的加减速控制算法。
考虑到加工路径的复杂性和材料的不均匀性，采用模糊控制理论，实现速度的智能规划。
2. 算法实现：利用计算机编程技术，将加减速控制算法编程实现。
通过与数控系统进行集成，实现对加工过程的实时控制。
3. 算法优化：通过实验验证，对加减速控制算法进行优化，提高其适应性和稳定性。
针对可能出现的问题，如过冲、欠冲等，进行相应的调整和改进。
五、实现过程1. 硬件环境：搭建适用于木工雕铣的数控系统硬件平台，包括数控机床、驱动器、传感器等。
2. 软件编程：利用计算机编程技术，将加减速控制算法编程实现，并与数控系统进行集成。
在编程过程中，需考虑实时性、稳定性等因素。
《面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术研究》
《面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术研究》一、引言随着制造业的快速发展，高速高精加工技术在工业生产中占据着越来越重要的地位。
而运动轨迹控制技术作为高速高精加工的核心技术之一，其研究对于提高加工精度、加工效率和加工质量具有重要意义。
本文将针对面向高速高精加工的运动轨迹控制关键技术进行研究，分析其现状及存在的问题，并提出相应的解决方案。
二、运动轨迹控制技术现状及问题分析当前，运动轨迹控制技术在高速高精加工领域已经取得了一定的研究成果。
然而，在实际应用中仍存在一些问题。
首先，高速高精加工对运动轨迹的精度和稳定性要求极高，传统的控制算法难以满足这一需求。
其次，加工过程中的复杂性和多变性使得运动轨迹控制面临诸多挑战。
此外，现有控制系统的实时性和智能化程度还有待提高。
三、关键技术研究针对上述问题，本文将从以下几个方面对运动轨迹控制关键技术进行研究：1. 高速高精运动控制算法研究针对高速高精加工的需求，研究新型的运动控制算法。
通过对传统控制算法进行优化和改进，提高算法的精度和稳定性。
同时，结合现代控制理论，探索更适合高速高精加工的控制策略。
2. 运动轨迹规划与优化技术研究运动轨迹的规划与优化对于提高加工精度和效率至关重要。
研究合理的轨迹规划方法，使得加工过程中的运动更加平滑、连续。
同时，通过优化算法对轨迹进行优化，进一步提高加工精度和效率。
3. 实时性与智能化控制技术研究提高控制系统的实时性和智能化程度是解决运动轨迹控制问题的关键。
研究实时性控制技术，确保加工过程中的数据能够及时传输和处理。
同时，结合人工智能技术，实现控制系统的智能化，提高其自适应性和鲁棒性。
4. 多轴联动控制技术研究多轴联动控制在高速高精加工中具有重要作用。
研究多轴联动控制技术，实现各轴之间的协调运动，提高加工精度和效率。
同时，针对不同加工需求，探索适合的多轴联动控制策略。
四、实验与分析为了验证上述关键技术的有效性，本文将进行相关实验与分析。
《数控加工中加减速控制及平滑算法的研究与实现》
《数控加工中加减速控制及平滑算法的研究与实现》一、引言随着现代制造业的快速发展，数控加工技术已成为制造业中不可或缺的一部分。
在数控加工过程中，加减速控制和平滑算法是两个重要的技术环节。
它们不仅影响着加工的精度和效率，还直接关系到加工设备的使用寿命和操作人员的安全。
因此，对数控加工中加减速控制及平滑算法的研究与实现具有重要的理论和实践意义。
二、数控加工中的加减速控制1. 加减速控制的重要性在数控加工过程中，加减速控制是保证加工精度和效率的关键因素。
通过对加减速的精确控制，可以有效地减少设备的冲击和振动，从而延长设备的使用寿命。
同时，合理的加减速控制还能提高加工的稳定性和精度，降低废品率。
2. 加减速控制的实现方法目前，常见的加减速控制方法包括S曲线加减速、梯形加减速等。
S曲线加减速通过平滑地改变加速度，使设备的运动状态在起始阶段逐渐加速，达到最高速度后逐渐减速，从而实现平稳的加工过程。
梯形加减速则是在一定时间内以恒定的加速度进行加速和减速。
这些方法在实施时需要结合具体的设备特性和加工要求进行选择和调整。
三、数控加工中的平滑算法1. 平滑算法的重要性平滑算法主要用于处理数控加工过程中的信号噪声和干扰，使设备的运动更加平稳。
通过平滑算法的处理，可以有效地降低设备的振动和冲击，提高加工的稳定性和精度。
2. 平滑算法的实现方法常见的平滑算法包括移动平均法、指数平滑法等。
移动平均法通过计算一段时间内数据的平均值来消除噪声和干扰；指数平滑法则是根据时间序列的特性进行加权平均，以预测未来的数据趋势。
这些方法在实施时需要根据具体的信号特性和处理要求进行选择和调整。
四、研究与应用针对数控加工中的加减速控制和平滑算法，本文提出了一种基于PID控制的复合加减速控制策略和一种基于小波变换的平滑算法。
该策略通过引入PID控制算法，实现了对设备运动状态的精确控制，使设备在启动和停止过程中能够快速、平稳地达到预期速度；而小波变换平滑算法则能有效地消除信号中的噪声和干扰，使设备的运动更加平稳。
00)数控高速高精运动控制方法的研究
以往数控系统的加减速都在一个程序段内完成 , 每个程序段都由加速 、匀速和减速三部分构成。这种 方法加减速控制算法简单 ,但会导致控制器频繁起停 , 这对于模具加工等以短直线段为主的零件表面加工 , 不可能达到很高的加工速度 ;另一方面 ,频繁的起制动 会降低机床运行的平稳性 ,从而影响加工表面质量。 因此 ,高速高精加工时数控系统必须提前预测轨迹运 动的变化特性 ,使其能跨程序段进行加减速处理 ,见图 4。
设程序段最后一次插补理论输出值的向量为 ΔL ,前一次插补输出值向量为ΔI ,如果ΔL νΔI ,即 最后一次插补输出值很小 ,如图 6 。如果以ΔL 作为 输出 ,则虽然保证了位置精度 ,但进给速度发生了突 变 ,不利于高速高精加工 。 在此可先不输出ΔL ,当下一个 G代码程序段插
3. 1 工件几何形状的变化 提前预测 G 代码下一程序段和当前程序段之间
ΠΠ程序段连接标志
int iM- Code ,iS- Code ,iT- Code ; ΠΠMST 代码
long lInstru- Feed ;
ΠΠ命令速度
double dRadius ;
ΠΠ圆弧半径
Hale Waihona Puke double dLi ;ΠΠ直线长度 ,对于圆弧来说是角度
long lLproj [ 9 ] ;
因此高速高精加工时数控系统必须提前预测轨迹运动的变化特性使其能跨程序段进行加减速处理见图工件几何形状的变化提前预测g代码下一程序段和当前程序段之间的转折角度当转弯过大图5b时则需要保证到此段终点之前减速到零过了轮廓转弯处后再开始加速否则会使转弯处的向心加速度超过伺服的能力产生较大的轨迹误差
设计与研究 Design and Research
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ΔX = FX ( K1 T1 + K2 T2 )
(6)
ΔY = FY ( K1 T1 + K2 T2 )
(7)
式中 :ΔX —X 方向的误差 ;
ΔY—Y方向的误差 ;
K1 K2 ———伺服系统和加减速决定的参数 ; T1 T2 ———伺服滞后的时间常数和加减速引起滞 后的时间常数 。
T1 由伺服系统决定 , T2 由 CN C 系统决定 。 T1 、T2 既不能太快 ,也不能慢 , 过快则机械冲击大 , 容易造成
图 4 位置 、速度的前馈控制框图
412 采用数字伺服技术 高速加工要求伺服系统准确而快速地驱动机床的
工作部件 ,才能高速加工出满意的机械零件 。为此 , 伺 服系统必须具有快速响应的能力 、抑制扰动的能力 , 同
·52·
图 5 预先前馈控制
时要求伺服系统不产生振动 , 避免与机床可能产生的 共振 。
(1. Department of M echanical & Electrical Engineering, J inHua College of Profession & Technology, J inhua Zhejiang 321017, China; 2. W en Zhou Power Co. L td, W enzhou Zhejiang 325602, China) Abstract: Acceleration / deceleration control is a key technology of CNC system. This paper conducts a detailed analysis of the reasons of outline error and lag error caused by acceleration / deceleration in high2speed machi2 ning. B ased on the database, one method using different shapes of curve p re2interpolation acceleration / deceler2 ation control is put forward. The method is suitable for flexible automatic speed control of high2speed machi2 ning. In accordance w ith specific conditions, CNC changes the speed of curve p re2interpolation, effectively im 2 p roves the stability of operation of machines, and reduces the lag error caused by acceleration / deceleration in high2speed m achining. A ll of these help op tim ize the quality of machines operation. The paper is of great sig2 nificance to the development of CNC high2speed m achining system. Key words: computer numerical control; high2speed machining; lag error; acceleration and deceleration control
为了改善机械的冲击 , CNC 系统要对运动的速度 指令进行加 、减速控制 。数控系统的加减速控制也会 引起误差 ,如下图 2所示 。
图 1 轮廓误差与跟随误差
对于轮廓误差 :
在加工直线时 ,其轮廓误差为 ,如不计加减速引起
的滞后 ,可用式 (1)表示 :
ε = F sin2θ KX - KY
(1)
The Rea liza tion and Research on the Accelera tion /D ecelera tion Con trol M ethods Ba sed on the H igh2speed M ach in ing YU Hong2bin1 , W ENG X ian2jin2
·50·
2008年第 2期
部件较轻 。 (2)其次是 CNC数控系统 , CNC系统把输入的零
件程序转换成要加工的形状轨迹 、进给速度和其他的 指令信息 ,连续地把位置指令送给每个伺服轴 。为了 同时得到高速度和高精度 , CNC系统必须根据被加工 零件的形状轨迹选择最佳的进给速度 ,在允许的误差 范围内以尽量高的进给速度产生位置指令 ,特别在拐 角处和小半径处 , CNC应能判别在多大的加工速度变 化时影响精度 ,而在刀具到达这样的点前使刀具的切 线速度自动减速 。对于模具加工 , CAM 生成的程序段 很小 ,程序很长 ,必须利用特殊的变加减速结构控制方 法 ,来实现高精度和高速度的加工 [ 2 ] 。
T21
+
1 K2
(3)
在 KX = KY = K,直线加减速 ,加减速时间常数为 T1 时 #43;
1 K2
(4)
在 KX = KY = K,铃形加减速 ,加减速时间常数为 T3 时 ,
ε≈ F2 2R
T23 24
+
1 K2
(5)
由以上分析可见 ,对于圆弧加工 , 产生轮廓误差的
摘要 :加减速控制是 CNC系统开发的关键技术之一 ,文章通过对高速加工过程中轮廓误差和加 、减速引 起的滞后误差进行了详细分析 ,提出了一种基于数据库的采用不同形状的加 、减速曲线插补前加减速控 制方法 ,适合于高速加工的柔性自动加减速控制 , CNC能根据实际情况改变升降速控制曲线 ,有效改善 机床运行的平稳性 ,减少加减速引起的滞后误差 ,实现快速 、精确的位置伺服控制 ,使机床运动的动态特 性达到最佳 ,文章对高速 CNC系统开发具有重要的参考意义 。 关键词 : CNC;高速加工 ;滞后误差 ;加减速控制 中图分类号 : TP27315 TG659 文献标识码 : B
0 引言
高速加工技术是传统数控加工技术新发展 ,对于 高速数控加工 ,数控机床的目标是要求高速度地加工 出高精度的零件 。
在高速加工时 ,加工误差主要是由控制系统加 、减 速的滞后和伺服系统的滞后引起 ,因此 ,控制系统要设 法减少这两方面的误差 [ 1 ] 。本文首先对高速加工时控 制系统加 、减速的滞后误差的原因进行分析 ,然后研究
2
KX KY
式中 : F—进给速度 ;
图 2 由于加减速产生的误差
图中阴影的面积为由加工减速产生的位置误差 。 对于两轴联动加工拐角时 , 这个误差就会产生图 3 所 示的圆弧角 。
·51·
·控制与检测 ·
组合机床与自动化加工技术
设 X、Y轴带同样的伺服电动机 , 由于伺服的滞后
和加减速引起的误差为 :
了减少加减速滞后误差的措施 。最后提出一种基于数 据库的采用不同形状的加 、减速曲线变加减速结构控 制方法 ,适合于高速加工的柔性自动加减速控制 。
1 高速加工对数控系统要求
为了在保证精度的基础上进行高速加工 ,有三个 重要的因素要考虑 :
(1)首先是机械系统 。高速 、高精加工要求机床结 构具有高刚度 ,特别是主轴和进给部分 ,同时要求移动
不稳定 ;过慢则响应慢 ,也会引起较大的误差 。对于高
速加工 ,这点非常重要 。
图 3 由于加减速产生的拐角误差
4 高速数控加工前馈控制技术
411 前馈控制 采用前馈控制是一种有效减少稳态跟随误差的方
法 。为了进一步提高伺服系统对高速及高精加工的适 应能力 ,还可以进行“预先前馈 ”控制 ,“预先前馈 ”控 制是把产生前馈的数据提前 1个分配周期 ,也即提前 1 个 ITP的插补周期 ,因而可以减少由于平滑处理引起 的延迟 [ 4 ] 。这种控制可以在一般的前馈控制中提升高 速的加工功能 ,在一般的前馈控制中 ,为了消除每个插 补周期产生的速度误差 ,增加了平滑环节 ,见图 4～图 5。它作为前馈数据 。产生了延迟 。而新的先进的“预 先前馈 ”控制 ,提前 1个 ITP的周期产生前馈作用 。
补后加减速与补前加减速不同 , 它是对各种运动 轴分别进行的加减速控制 ,所以在加减速后 , 不要专门 预测减速点 ,而是在插补输出为零时开始减速 , 并通过 一定的时间延迟逐渐靠近程序段终点 。补后加减速的 缺点是 ,由于它对各种运动坐标轴分别进行加减速 , 所 以在加减速控制以后 , 实际的各坐标轴的合成位置就 可能不准确 。不过这种影响只在加速或减速过程中才 出现 ,在系统进入匀速状态时就不存在 。
采用数字伺服技术 , 伺服系统的速度增益和位置 增益可以提高 , 减少了伺服滞后产生的误差 。优点 : ①无温度漂移 ,稳定性好 ; ②基于数值计算 , 精度高 ; ③ 通过对系统进行参数设定 , 可减少调整 ; ④容易做成 ASIC电路 ; ⑤由于采用软件控制 , 柔性好 , 容易增加功 能。
5 高速数控加工加减速控制技术
主要原因是 :伺服的滞后 ; 加 、减速控制产生的滞后 。
因此 ,当要求系统进行高速加工时 ,由于进给速度 F增
大 ,其轮廓误差 ε明显变大 。为了保证精度的前提下
提高加工速度 ,在提高机床的进给速度时 , 如果要求保
持与低速一样的加工精度 ,必须采用更先进 、更快速的
控制系统 。
3 加 、减速引起的滞后误差分析
2 高速加工轮廓误差分析
轮廓误差是指期望的路径与运动实际值之间的距 离 ,对于直线数控系统和轮廓数控系统都可能产生轮 廓误差 。所谓跟随误差是坐标轴运动的期望与它运动 的实际值位置之间的差见图 1。