高速高精轨迹控制解决方案 - 1月1

如上表所示， 在实际的加工过程中，效率和精度不可能都达到最优，只能 根据不同工艺特点及要求而有所侧重或保持效率和精度的平衡。 在系统中存在一 系列对加工效率和加工精度其主要作用的控制参数， 通过这些控制参数的组合应 用以满足不同的加工要求。
二、控制参数作用原理
1. 指令速度平滑周期数 参数类型 通道参数 参数编号 040082 数据单位 ms 取值范围 0~50 缺省数值 0
样条曲线是指给定一组控制点而得到一条曲线， 可以用于描述自由曲线和曲 面，被国际标准化组织规定为 CAD/CAM 的数据交换标准，样条曲线插补时通 常利用弦线来逼近圆弧，其精度取决于逼近弦线段的段数。如下图所示；系统插 补周期为 1ms，规定系统 8ms 走一个整圆，则其将圆近似逼近为一个正 8 边形， 而伺服位置控制周期为 0.2ms，开启样条平滑功能（设定为 100）后，则可将整 圆样条逼近为一个正 40 边形。
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可以根据具体加工要求调整拐角降速比例因子，在精度优先的情况下，其值 越小越好； 在效率优先的情况下， 其值越大越好； 对于效率与精度兼顾的情况下， 其值在 50~80 之间。 5．圆弧是否离散为直线 参数类型 通道参数 参数编号 040079 数据单位 取值范围 0~1 缺省数值 0
由牛顿第二定律，力的作用会使物体产生一个加速度。向心力产生的加速度 就是向心加速度。 向心加速度是反映圆周运动速度方向变化快慢的物理量。向心 加速度只改变速度的方向， 不改变速度的大小。最大向心加速度用于设定向心加 速度的最大值的限制， 如下图所示， 向心加速度 （ an ） 与线速度 （v） 及半径 R ， 满足如下关系：
7348.47 9486.83 10392.3
2683.28 3286.33 4242.64 4647.58
当给定进给速度 F 大于当前半径下的圆弧减速速度时，速度将降至该半径下 的圆弧减速速度； 当给定进给速度 F 小于当前半径下的圆弧减速速度时， 以给定 速度 F 执行圆弧进给切削。 由加速度原理图可知，对于半径（R）一定的圆弧，其半径误差（△R）与向 心加速成正比关系。因此，在精度优先情况下，可通过降低加速度来限制圆弧进 给速度；在效率优先模式下，通过增大加速度来提高圆弧进给速度，但需根据实 际情况调整向心加速度满足效率和精度要求。 例：向心加速度设定为 1000 mm/s2，给定进给速度为 3000mm/min 时，对于 半径为 5mm 的圆弧， 以 3000mm/min 执行圆弧进给切削；对于半径为 1mm 的圆 弧，以 1897.36mm/min 执行圆弧进给切削。 3．拐角平滑最小内角 参数类型 通道参数 参数编号 040071 数据单位 度 取值范围 0~180 缺省数值 160
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目录
一、需求分解................................................................................................................................... 2 二、控制参数作用原理................................................................................................................... 2 1. 指令速度平滑周期数 .......................................................................................................... 2 2. 向心加速度.......................................................................................................................... 3 3．拐角平滑最小内角 ............................................................................................................. 4 4．拐角降速比例因子 ............................................................................................................. 5 5．圆弧是否离散为直线 ......................................................................................................... 6 6．样条平滑功能..................................................................................................................... 6 7.加工加减速时间常数 ............................................................................................................ 7 8．加工加减速捷度时间常数 ................................................................................................. 7 9．加工加速度时间系数 ......................................................................................................... 8 10．加工捷度时间系数 ........................................................................................................... 8 二、参数组合应用示例................................................................................................................... 9 1．清根加工参数组合应用 ..................................................................................................... 9 2、激光加工参数组合应用 ................................................................................................... 11 四、应用方法................................................................................................................................. 12 附录一 ............................................................................................................................................ 15
通过指令速度平滑窗口，实现指令速度的平滑过渡，减小速度波动，保证高 速控制中的速度平稳性， 减小机床振动， 提高加工效率。 其作用原理如下图所示， 对于很小的正方形（边长<0.5mm） ，随着平滑周期数的增大，正方型的 90°边 角会逐渐变为圆弧过渡，直至变为一个整圆；其合成速度变化量逐渐减小，直至 变为恒速段，单轴速度亦逐渐变为平滑过渡。
连续线段插补时可以根据编程轨迹的实际情况进行局部降速， 对于需要凸显 轮廓尖角的锐度的情况时，就要在尖角顶端时将降速到 0。该参数用来设置该角
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度的值， 如果加工的角度小于该角度则作准停处理，如果大于该值则使用其他判 定方法来规划该角度处的降速处理，如下图所示；
开启圆弧离散为直线功能，可以将圆弧离散为微小线段的连接，那么对于直 线与圆弧相接或圆弧与圆弧相接的情况就可以等效为直线与直线相接， 如下图所 示，对此，可用拐角降速方式处理二者衔接处的速度。
直线与圆弧相接
圆弧与圆弧相接
6．样条平滑功能 参数类型 轴参数（伺服参数） 参数编号 100209 数据单位 取值范围 -32767~32767 缺省数值 0
如满足 >设定值 则在尖角顶端速速不降到0
例：当拐角平滑最小内角设置为 90°时，其 45°(<90°)和 135°(>90°)拐 角路径及速度曲线如下图所示：
F 45° F 45°
F
合成速度
F
合成速度
t
t
4．拐角降速比例因子 参数类型 通道参数 参数编号 040074 数据单位 % 取值范围 0~150 缺省数值 20
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0 F
指令速度平滑周期数 50
F
F
F
合成速度
F
合成速度
F
合成速度
t F X轴速度 F X轴速度
t F X轴速度
t
t
t
t
F
Y轴速度
V
Y轴速度
V
Y轴速度
t
t
t
由上述原理可知，指令速度平滑周期数有助于提高加工速度平稳性，减少机 床振动提高效率的同时会对加工精度产生影响， 指令平滑周期数越大， 精度越低。 即在精度优先时，其值要越小越好；在效率优先时，其值要越大越好；在考虑光 顺性（效率和精度有所兼顾）时，其值在 10~30 之间。 由于指令速度平滑功能的开启，会造成圆弧指令位置误差。其圆弧半径误差 与指令速度平滑周期数的对应关系表见附录一。 2. 向心加速度 参数类型 通道参数 参数编号 040084 数据单位 mm/s2 取值范围 1.0~100000.0 缺省数值 1000.0
an v 2 R
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△R 指令轨迹 R一定时，
an
实际轨迹 R
V(进给速度F)
△R an
可通过向心加速度限制圆弧的进给切削速度，其一定半径（R）圆的最大进 给速度与向心加速度的对照组表如下： 向心加速度 (mm/s2) R5mm 圆弧减速 速度（mm/min） R1mm 圆弧减速 速度（mm/min） 500 3000 1341.64 1000 4242.64 1897.36 2000 6000 3000 5000 6000
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一、需求分解
现代数控系统中，在进行轮廓加工时，为了保证加工质量，除了数控装备具 有良好的机械精度外， 还需要具有高速加工程序处理能力和高速高精功能的数控 系统。 对于实际轮廓加工，按其零件加工工序一般可分为粗加工、半精加工、精加 工。 但不论是哪种加工方式， 针对其实际加工过程及成品质量要求可做如下需求 分解： 加工要求 高效率 效率和精度平衡 高精度 特点 注重加工时间，提高自由曲线的加工速度，工件尺 寸精度要求不高，一般为粗加工或中间加工工序要求。 要求加工的平顺性， 对加工时间和精度没有高质量 的要求，但二者都需控制在一定范围之内。 注重工件尺寸精度，表面质量要求高，不考虑加工 效率，一般为精加工。
对于拐角角度大于拐角平滑最小内角的折线段，即其在拐角处采用圆弧过渡 方式执行进给，可通过拐角降速比例因子来控制拐角减速速度。设定值越小，拐 角减速速度越小，拐角圆度越小，理论上精度误差越小，但在拐角处铣削时间会 变长，效率降低。
d1 F 合成速度 F 合成速度
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