三次多项式型微段高速自适应前瞻插补方法

为实现微段的高速加工,提出一种三次多项式型高速自适应前瞻插补方法,该方法的实现包括前瞻插补预处理和实时参数化插补两部分。插补预处理时,按轨迹转接点最高速度确定、减速点位置自适应前瞻确定和整体跨段转接点速度校核三个步骤建立连续微段的高速自适应前瞻控制策略。实时插补时,基于三次多项式加减速控制模型为被前瞻插补多微段建立整体跨段参数化插补算法。结果表明,提出的方法能实现连续微段间进给速度的高速衔接与高速加工时减速点位置的前瞻确定,从而大大缩短加工时间并提高加工效率。该方法已成功应用于多坐标数控高速微细加工系统中。     

高质量加工中四次多项式速度规划算法研究

通过分析数控机床加工时常用的速度规划算法,针对加工过程中由于加速/减速时速度不平滑、加速度及加加速度突变导致数控机床振动的问题,提出一种四次多项式加减速控制方法,并给出了四次速度方程的详细推导步骤,然后介绍了基于四次多项速度规划的参数曲线插补方法。该方法能保证数控机床在高速加工过程中的速度、加速度及加加速度实现连续变化,缓解高速加工产生的过冲。仿真实验表明,四次多项式速度规划算法能够使机床实现柔性加减速控制,从而满足高质量加工的要求。     

基于动态轮廓误差的微段速度规划并行算法

为提高数控高速加工精度,使算法更加高效,提出了微段速度规划动态轮廓误差约束模型,该模型针对微段轨迹建立了轮廓误差对拐点速度的约束条件,并给出了一种基于图形处理器的并行规划算法,引入速度规划单元概念将轨迹均匀划分,在提高并行计算负载平衡的同时,使各并行线程可以进行相对独立的计算。实验表明,该算法加工速度连续平滑,能有效保证轮廓精度要求,并行算法比串行算法计算效率成倍提高。     

高速装备前瞻自适应速度优化算法

为了实现高速加工中进给速度的高速衔接,避免因加速度突变导致对数控设备的冲击,提出了一种基于插补前S曲线加减速的前瞻自适应速度优化算法。该算法能够根据加工段的过渡情况自动调节预读段数。以进给速度最大化为目标,在预读段衔接进给速度限制和加工过程平滑减速的约束条件下,根据离散化S曲线加减速规律求解最优衔接进给速度。将求得的最优衔接进给速度作为相应加工段的实际末速度,来实现加工段的速度控制。给出了该算法在高速数控系统中的实现方法,并在管切割数控系统中得到了应用。实验结果表明,该算法能够实现进给速度的高速、平滑衔接,满足高速加工的要求。     

面向连续短线段高速加工的圆弧转接前瞻控制算法

针对连续短线段高速加工中速度和加速度突变会引起机床运动不平稳的问题,提出在相邻线段间构建满足精度且曲率连续的NURBS圆弧过渡路径,以实现拐角平滑转接的方法。在此基础上,提出一种圆弧过渡前瞻控制算法,采用7段和5段混合的双向S形加减速控制算法进行速度规划,旨在满足弦高误差和机床动力学条件下获得最大转接速度,避免电机频繁启停,实现速度、加速度的连续高速平滑转接,大大减少了对机床的冲击。算例表明,该算法能获得更高更平稳的转接速度,可有效提高加工效率和加工质量,满足高速加工的需求。     

基于新型柔性加减速控制算法的前瞻插补研究

为解决数控系统处理连续微线段时启停频繁以及插补过程中加速度突变等问题,通过建立圆弧过渡转接模型,根据转折点处的约束条件规划出过渡圆弧处的最优衔接速度,基于新型柔性加减速控制算法对多轨迹段进行速度前瞻规划。经过实验验证,该前瞻插补算法输出的轨迹误差不超过系统给定的最大值,且速度和加速度曲线连续平滑,在满足加工要求的同时能最大限度地提高加工效率,达到了实验最初设计目的。     

面向高速加工的样条曲线实时插补算法

数控加工追求更高的加工效率和光洁的加工表面,但大多数样条曲线插补算法是根据进给速度、最大合加/减速度和合加加速度来设计的,并没有考虑如何充分利用单轴的最大加减速能力。提出一种时间近似最优的样条曲线实时插补算法,它面向数控系统对高速加工的需求,在考虑机床动态性能的基础上,充分利用单轴的最大加减速能力,以达到理论上近似最优的加工效率。同时该算法通过预处理求速度限制曲线、速度曲线反向链接和平滑处理三个步骤求出满足加工精度以及机床单轴的最大加速度、加加速度等约束条件的加工速度曲线,能有效提高加工表面的粗糙度。仿真结果表明,该算法在有效提高加工效率的同时,能实现对减速点的精确定位,得到光滑的加工速度曲线。     

基于规划单元的连续微小直线段在线规划算法

为提高数控系统中连续微小直线段的规划效率/解决跨段插补问题,提出规划单元的概念,通过将诸多微小直线段划分为规划单元进行速度规划,根据规划单元内部各控制点的加速度约束、加工误差约束、跨段插补约束和指令速度约束等速度约束条件,计算出规划单元的进给速度和终点速度。为了实现微小直线段加工的连续变速过程,提出线速度前瞻算法,并结合规划单元定义给出前瞻规划单元的最小理论长度,建立前瞻缓存区,通过速度回溯算法实现缓存区内部规划单元速度规划过程。结合口腔修复体数控机床的加工代码轨迹对基于规划单元的连续微小直线段速度规划算法进行验证,结果表明该算法能够满足口腔修复体高速连续加工。     

基于双向扫描算法的小线段速度规划

为提高数控系统加工产品的速度,提出了基于双向扫描算法的小线段速度规划方法.以直线加减速为例,导出小线段加工过程中进给速度的关键约束条件,建立了小线段高速加工的衔接速度规划数学模型,提出一种以最大进给速度为目标的双向扫描算法,以获得路径段衔接点处的最优进给速度.该方法通过对加工路径的正反向扫描,得到满足小线段路径的几何特性和机床的物理限制等多种约束的衔接点进给速度可行域.仿真和加工结果表明,该方法能实现衔接点进给速度的高速衔接,大大提高了加工效率.     

基于曲线重构的微段插补算法

针对传统微段加工中由于频繁加减速产生的机床振动大、加工效率低及微段节点处速度方向不连续的问题,在计算机数控中采用微段曲线重构技术,对连续微段进行实时样条重构,以实现对曲面的高速高精度插补加工.应用微段插补技术进行的样件数控加工实验中,在保证原曲线加工精度的同时,提高了加工速度.实验结果表明了算法的有效性.     

三次多项式加减速算法的应用研究

为减少加工过程中速度突变对加工精度和效率的影响,数控系统应具有速度控制的功能。采用三次多项式加减速控制方法,并结合时间分割法插补原理,给出了直线段、圆弧段以及两者间的过渡轨迹的详细加减速控制算法,并提供了微小线段的加减速控制策略。文中提及的算法应用在笔者参与研发的桌面型开放式数控车床上,可以保证进给速度的柔性变化,从而验证了算法的可行性。     

LOOK-AHEAD ALGORITHM FOR VELOCITY CONTROL BASED ON PARAMETERIZED CURVE INTERPOLATOR

To avoid suffering gouge and transient overshooting in high speed cutting machining, a novel parametefized curve interpolator model with velocity look-ahead algorithm is proposed. Based on a prearrangement step interpolation algorithm for parameterized curves and considering high curvature points, parameterized curve tool path is divided into acceleration segments and deceleration segments by look-ahead algorithm. Under condition of characteristics of acceleration and deceleration stored in control system, deceleration before high curvature points and acceleration after high curvature points are realized in real-time in high speed cutting machining. Based on new parameterized curve interpolator model with velocity look-ahead algorithm, a real cubic spline is machined simulativly. The simulation results show that velocity look-ahead algorithm improves velocity changing more smoothly.     

凸轮轴磨削加工速度优化调节与自动数控编程研究

为进一步提高凸轮轴的加工精度、表面质量和加工效率,根据X-C轴联动磨床的运动原理,建立了凸轮轴恒线速加工理论数学模型,依据该数学模型采用三次样条拟合插值法,建立了凸轮转速优化调节的数值计算模型。结合具体凸轮轴零件及其磨削加工工艺方案的具体参数,计算出机床各运动轴加工过程的运动数据,在确保无工艺故障的前提下,最终把各轴的运动数据自动转换为对应数控控制系统的数控加工程序,从而实现了凸轮轴磨削的自动数控编程。最后在CNC8312A数控高速凸轮轴磨床上,对钱江32F型号凸轮轴的进气凸轮和排气凸轮分别进行磨削加工试验,得到了预期加工效果。试验验证表明,该加工速度优化调节及其自动数控编程方法在理论上和实践上都是可行的,完全满足实际生产的需要。     

往复运动速度规划算法对曲线磨削的影响研究

往复加工常见于磨削和刨削等金属切削中,加工过程的平稳性直接影响到产品的加工质量、能源效率乃至机床的寿命。首先探究往复（冲程）运动速度规划对运动过程平稳性的影响,在分析了常见速度规划运动学性能的基础上,针对磨削冲程运动的特点,提出通过改变急动度空间分布来降低柔性冲击对加工表面质量的影响,并设计了两种基于急动度连续的速度规划算法。在此基础上,研究了速度规划算法和磨削力平稳性、加工表面粗糙度和加工能耗间的关系,提出了通过改变加速度空间分布来降低加工能耗的方法。试验结果表明,往复运动速度规划和磨削力平稳性、加工表面粗糙度以及加工能耗均相关,通过改变急动度和加速度空间分布提高了磨削力平稳性和加工表面质量,降低了加工能耗。所提出的Ⅱ型速度规划综合表现优于其他规划,与梯形速度规划相比,切削力波动、加工表面粗糙度和电机驱动能耗均有较为显著的下降。     

基于NURBS曲线拟合的微段高速自适应加工算法

为了满足加工精度的要求,消除以微小直线段离散化自由曲线加工路径的微段加工方式的加工程序量过大和需要频繁加减速的两大弊病,实现微小直线段的高速平滑加工,提出了带权因子和一阶导数约束的NURBS曲线最小二乘逼近算法,并在此基础上给出了基于NURBS曲线拟合的微段平滑加工算法。该微段平滑加工算法将离散的微段数据点拟合成一条NURBS曲线并将其作为新的加工路径,然后利用NURBS曲线实时插补,从而实现微小直线段的平滑加工。验证结果表明,该算法使加工更平滑和高效。     

A local smoothing interpolation method for short line segments to realize continuous motion of tool axis acceleration

In traditional processing, a large number of G01 blocks are adopted to discretize free surface or curve for NC machining. But, the continuity of G01 line segments is only C⁰, which may lead to discontinuity of axis acceleration, resulting in the frequent fluctuation of tool motion at the junctions in high-speed machining, deteriorating the quality of work piece, and reducing processing efficiency. To solve this problem, a local smoothing interpolation method is proposed in this paper. At first, the analytic relationship between the continuity of the trajectory and the continuity of the axes motion is first systematically described by formula. Based on this relationship, a local smoothing algorithm and a feed-rate scheduling method are proposed to generate a C² continuous tool path motion with axis-acceleration continuity. The local smoothing algorithm smoothes the corners of G01 blocks by the cubic B-spline according to the cornering error tolerance specified by the user. After the feed rate at critical points of smoothed tool path was determined by a modified bidirectional scanning algorithm by considering constrains of chord error and kinematic property, an iterative S-shape feed rate scheduling is employed to minimize residual distance caused by round of time while ensuring the continuity of feed rate and acceleration. Then, a look-ahead interpolation strategy combined with smoothing algorithm and feed-rate scheduling as mentioned is proposed for real-time interpolation of short line segments. At last, simulations are conducted to verify the effectiveness of the proposed methods. Compared with the traditional G01 interpolation, it can significantly improve the processing efficiency and shorten the processing time within error tolerance.     

基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法

为了提高离散小线段的加工效率和质量,提出一种实时柔性加减速控制算法。该算法由三部分组成：前瞻处理部分利用加减速可行性判断条件,保证加减速可达和实时前瞻;速度规划部分在保证速度和加速度连续变化的条件下,实时计算下一插补周期的进给速度;动态修调部分对当前速度规划结果进行调整,及时响应加工中机床参数的改变。实验结果表明,该算法能够实现数控系统的实时柔性加减速控制,支持动态修调,满足实际加工的要求。     

我国高速加工技术现状及发展趋势

高速加工是以较快生产节拍进行加工 ,提高切削和进刀速度是高速加工技术的重要环节。高速加工技术的发展涉及到零件毛坯、刀具、机床、自动控制与检测等多种技术的综合优化 ,需要变革传统的机加工工艺路线。我国引进的轿车零部件数控自动生产线上已广泛应用高速加工技术 ,其主要目的是在确保产品质量的前提下 ,尽量缩短零件的机加工工艺路线 ,加快生产节拍 (轿车发动机生产节拍已缩短为 30秒 ) ,满足轿车高质量、高速率、低成本、大批量、社会化生产的技术要求。高速加工技术必将带动零件毛坯制造、刀具 (工具 )、数控机床、自动控制、在线检测、材料等技术的发展与进步。随着我国制造业加快融入全球化生产制造体系 ,预计高速加工技术将在信息化、柔性化机械加工领域得到进一步发展和推广应用