第7章 加减速控制原理

60 60 0.1 60 1 T 0.002( s ) 2(ms ) f
程序计时时间：tj＝T－tch＝1.9(ms) 循环次数：n=tj/ty＝19
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
基准脉冲法进给速度控制和加减速度控制 基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环 数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电 机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是 根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。 • 程序计时法（软件延时法） 程序计时法比较简单，但占用CPU时间较长，适合 于较简单的控制过程。 • 时钟中断法
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
（进给速度控制方法和所采用的插补算法有关） 基准脉冲法进给速度控制和加减速度控制 基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环 数控系统中。 数据采样法进给速度控制和加减速控制 数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为 执行元件的闭环和半闭环数控系统中。

系统每插补一次都要进行稳定速度、瞬时加速和加速/减速处理。
7.2 CNC装置的常见加减速控制方法
前加减速控制—线性加减速处理
加速处理 当计算出的稳定速度f ’s大 于原来的稳定速度fs时， 则要加速，瞬时速度为： fi+1=fi+T 新的瞬时速度fi+1参加插补 计算，即计算△L，然后对 各坐标轴进行分配。
– 前加减速控制：插补前进行 插补前沿轨迹方向对速度进行加减速控制。 – 后加减速控制：插补后进行 插补后根据各轴到终点的坐标方向上的差值，对速度进行 加减速控制。
7.1 进给速度的控制方法
前加减速控制—基本概念
原理：插补前沿轨迹方向对速度进行加减速控制。 根据速度确定一个插补周期T的轮廓步长△L 1 L FT 60 特点：
7.1 进给速度的控制方法
进给速度控制的必要性
对进给速度进行控制，不仅直接影响到加工零件的表 面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效 率密切相关。 在进给过程中，还可能发生各种不能确定或没有意料 到的情况，需要随时改变进给速度，因此还应有操作 者可以手动调节进给速度的功能。数控系统能提供足 够的速度范围和灵活的指定方法。 在进给状态的变化，如启动、停止、轨迹转折、速度 变化处保持平滑过渡，防止产生冲击、失步、超程或 振荡等，保证运动平稳和准确定位，必须按一定规律 完成升速和降速的过程。
现代数控技术
第1章 数控系统概述 第2章 数控系统控制信号的构成 第3章 控制信号的输入 第4章 点位控制与点位/直线控制 第5章 连续轮廓控制 第6章 刀具补偿原理 第7章 加减速控制原理 第8章 数控系统的软硬件
现代数控技术
第7章 加减速控制原理
第7章 加减速控制原理
进给速度的控制方法
7.1
速 度 频 率
B
A 加速
恒速
减速 C 低速
O
x
时间或距离
f F 1 f
60
T
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
数据采样法进给速度控制
• 数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件 的闭环和半闭环数控系统中。 • 数据采样插补是根据用户程序的进给速度F，将给定轮廓曲线 分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长△L： 1 L FT 60 式中，F — 程编给出的合成进给速度（mm/min）； T — 插补周期（ms）； ΔL — 每个插补周期小直线段的长度（µm）。
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
基准脉冲法进给速度的 加减速控制
• 步进电机的启动频率比其 最高运行频率低得多，为 了减少定位时间，通过加 速使电机逐渐接近最高速 度运行。 • 随着目标位置的接近，为 使电机平稳停止，需使频 率降下来。 • 步进电机开环控制系统过 程中，运行速度都需要有 一个加速-恒速-减速-低恒 速-停止的过程。
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
基准脉冲法进给速度控制 基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环 数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电 机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是 根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。
F＝60f
f F
60
— 脉冲当量(mm/脉冲)；
插补周期一般一定（System-7系统T=8ms）。为保证 不超差，一定的圆弧半径，与之对应的最大进给速度 限定。
7.2 Cຫໍສະໝຸດ BaiduC装置的常见加减速控制方法
前加减速控制—基本概念
稳定速度和瞬时速度
• 稳定速度：指系统处于进给状态时，一个插补周期的进给量。
fs
TKF 60 1000
ƒs －稳定速度，表示单位插补周期内的进给的长度，mm T－插补周期，ms F－命令速度，mm/min K－速度系数，包括快速倍率、切削进给倍率等 • 瞬时速度(ƒi )：系统在每个插补周期的进给量。 – 稳定状态时：ƒi= ƒs – 加速时：ƒi< ƒs – 减速时：ƒi＞ ƒs
入口 ƒ’s> ƒs Y ƒi+1= ƒi+ T Y 清加速状态标志 N
加速结束否 N
置加速状态标志
出口
图7-4 线性加速处理原理框图
7.2 CNC装置的常见加减速控制方法
前加减速控制—线性加减速处理
减速处理 减速时的瞬时速度为： fi+1=fi-T 新的瞬时速度fi+1参加插补计 算，对各坐标轴进行分配。 减速区域S：
P0 Z
ΔZ γ ΔX
X Pi FT
Pe Pi+1
α
β
ΔY
Y
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
数据采样法进给速度的加减速控制
• 当设备起动、停止或加工过程中改变进给速度时，系统 应自动进行加减速处理。 • 在CNC系统中，加减速控制多采用软件实现。软件实现 的加减速控制可以放在插补前，也可放到插补后。
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
基准脉冲法进给速度控制 基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环 数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电 机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是 根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。 • 程序计时法（软件延时法） 程序计时法比较简单，但占用CPU时间较长，适合 于较简单的控制过程。 • 时钟中断法 精密、实时、并行，适合于较复杂的控制过程。
7.2
CNC装置的常见加减速控制方法
7.2 CNC装置的常见加减速控制方法
数控设备的进给速度要求
稳定 有一定的调速范围 启动快而不失步 停止的位置准确 不超程
7.1 进给速度的控制方法
进给速度控制的必要性
对进给速度进行控制，不仅直接影响到加工零件的表 面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效 率密切相关。
7.1 进给速度的控制方法
程序计时法（软件延时法）
根据要求的进给速度F，求出与之对应的脉冲频率f：
f F
60
f
计算出两个进给脉冲的时间间隔（插补周期）T：
T 1
在控制软件中，只要控制两个脉冲的间隔时间T，就可 以方便地实现速度控制。 插补周期T通常由插补运算时间tch和程序计时时间tj两 部分组成。
• 稳定速度：指系统处于进给状态时，一个插补周期的进给量。
fs
TKF 60 1000
ƒs －稳定速度，表示单位插补周期内的进给的长度，mm T－插补周期，ms F－命令速度，mm/min K－速度系数，包括快速倍率、切削进给倍率等
7.2 CNC装置的常见加减速控制方法
前加减速控制—基本概念
1 Si X e X i cos
y E(xe ,ye) A(xi ,yi)

x
7.2 CNC装置的常见加减速控制方法
前加减速控制—线性加减速处理
减速处理 • 圆弧插补的Si计算 圆弧插补时Si的计算分圆弧所对应圆心角小于 和 大于 两种情况。 y y A(xi,yi) A M B C x x O α
P0 Z
ΔZ γ ΔX
X Pi FT
Pe Pi+1
α
β
ΔY
Y
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
数据采样法进给速度控制
• 数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件 的闭环和半闭环数控系统中。 • 数据采样插补是根据用户程序的进给速度F（mm/min） ，将 给定轮廓曲线分割为每一插补周期T（ms）的进给段，即轮廓 步长△L（µm） ： 稳定状态下的进 1 L FT 给速度处理关系 60 • 根据△L计算出下一个周期各 个坐标的进给量，如△x、△y 等，从而得出下一插补点的指 令位置。
S＝ F
2
入口 离终点瞬时距离Si 计算减速区域S Si ≤ S ? Y N
置减速状态标志 减速状态否 N Y fi+1=ƒi-T 出口
2
S
△S：提前减速量，预先设置参数
图7-5 线性减速处理原理框图
7.2 CNC装置的常见加减速控制方法
前加减速控制—线性加减速处理
减速处理 在每次插补运算结束后，系统都要根据求出的各轴的 插补进给量，来计算刀具中心离开本程序段终点的距 离，进行终点判别，并需检查是否已达到减速区域并 开始减速。 • 直线插补的Si计算
7.1 进给速度的控制方法
时钟中断法
用中断的方法，每隔规定的时间（插补周期）向CPU 发出中断请求，在中断服务程序中进行一次插补运 算，并发出一个进给脉冲。因此改变中断请求信号的 频率，就等于改变了进给速度。 中断请求信号可通过F指令控制的脉冲信号源产生，也 可通过可编程计数器／定时器产生。
T＝tch＋t j
7.1 进给速度的控制方法
程序计时法（软件延时法）
举例：已知系统脉冲当量＝0.01mm/脉冲，进给速度 F＝300mm/min，插补运算时间tch＝0.1ms，延时子程 序延时时间为ty＝0.1ms，求延时子程序循环次数。 解： F 300 500( 1 ) 脉冲源频率： f s 插补周期：
• 优点：仅对合成速度F 进行控制， 不会造成额外的轨迹误差；不影 响插实际插补输出的精度 • 缺点：需要较复杂的沿弧长方向的 路径计算；要根据实际刀具位置 与程序段终点之间的距离预测减 速点，预测工作的计算量较大。
7.2 CNC装置的常见加减速控制方法
前加减速控制—基本概念
稳定速度和瞬时速度
7.2 CNC装置的常见加减速控制方法
前加减速控制—线性加减速处理
v(t) vc A B
O
C t
启动时，速度按一定斜率直线上升；停止时，速度按一定斜率直 线下降； 加减速速率 作为机床的参数预先设置好。 ＝1.67×10-2F/t 式中： F — 进给速度（mm/min）； t — 加速时间（ms）； — 加速度（m/(ms)2）。
稳定速度和瞬时速度
• 稳定速度：指系统处于进给状态时，一个插补周期的进给量。
fs
TKF 60 1000
• 稳定速度计算后，进行速度的极限检验，如果稳定速度超过由 系统参数设定的极限速度，则取设定的极限速度为稳定速度。
对于圆弧插补，一个插补周期运动的直线段以弦线逼 近圆弧，带来轨迹误差。
(TF ) 2 2 er r (1 cos ) r 2 8 8r
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
数据采样法进给速度控制
• 数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件 的闭环和半闭环数控系统中。 • 数据采样插补是根据用户程序的进给速度F（mm/min） ，将 给定轮廓曲线分割为每一插补周期T（ms）的进给段，即轮廓 步长△L（µm） ： 1 L FT 60 • 根据△L计算出下一个周期各 个坐标的进给量，如△x、△y 等，从而得出下一插补点的指 令位置。
f — 脉冲源频率(Hz)； F — 进给速度(mm/min)。
7.1 进给速度的控制方法
进给速度的控制方法
基准脉冲法进给速度控制 基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环 数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电 机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是 根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。 • 程序计时法（软件延时法） • 时钟中断法