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。     

连续轨迹段平滑过渡的前瞻插补算法

针对数控机床处理连续轨迹段时启停频繁、加工过程中因加速度突变所引起的冲击振动,进而导致加工效率及精度降低等问题,以多项式为基础,构建一种柔性加减速控制的前瞻插补算法。首先,在相邻轨迹转折点处建立圆弧过渡模型,根据轨迹误差及加速度等约束条件求得过渡圆弧处的最大转接速度;其次,为实现加加速度可导、加速度连续可导,提出一种基于多项式的柔性加减速算法;再次,基于柔性加减速算法和前瞻控制实现对连续轨迹圆弧衔接处速度的规划;最后,在运动平台上进行对比试验验证。试验结果表明,提出的前瞻插补算法满足系统的轨迹精度要求,速度和加速度曲线连续平滑且没有突变,保证了加工过程中的平稳性并提高了效率。     

基于S型加减速的自适应前瞻NURBS曲线插补算法

为实现加工过程中进给速度和加速度的平滑过渡,减小其突变时对机床的冲击,更好地保证加工精度,提出一种基于S型加减速的前瞻自适应非均匀有理B样条曲线插补算法.该算法根据弓高误差的要求,确定出各插补点的自适应进给速度及位置参数,然后找出速度改变点及其等速区间.为避免相邻速度改变点间加减速过程的互相影响,分别在插补前瞻距离和预前瞻距离内,根据设备允许的最大加速度、加加速度以及S型加减速算法对各速度改变点参数进行分析,筛选出决定加减速过程的关键点,再进行S型加减速控制,使进给速度和加速度得以平滑过渡,从而满足机床加减速能力的要求.仿真结果表明,该算法能够满足高速高精度的要求,验证了其可行性.     

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FIR滤波的拐角轮廓误差精确插补算法

在加工短线段时,可以采用高阶样条曲线进行插补来平滑拐角,使得机床在加工路径的拐角处实现连续不间断进给运动,但无法精确控制拐角轮廓误差.针对该问题,进行基于有限脉冲响应(FIR)滤波的拐角轮廓误差精确插补算法研究.利用FIR滤波器,对速度和加速度滤波进行三次滤波,生成平滑的高阶参考轨迹,通过调节进给脉冲的重叠时间,精确控制拐角轮廓误差.通过与点对点插补算法实验进行对比分析,结果表明基于FIR滤波控制连续拐角轮廓误差的插补算法加工时间相比传统点对点插补算法减少8.4％,加工质量得到了提高.     

基于Muller法的NURBS曲线插补算法

在分析NURBS曲线插补原理的基础上,提出了一种基于Muller法的NURBS曲线实时插补算法。该算法首先进行速度控制,由最大进给速度约束、最大弓高误差约束和最大法向加速度约束得到希望进给步长,保证了加工精度。然后利用Muller法迭代计算满足进给步长要求的插补参数,避免了传统方法的复杂求导运算。该算法稳定性好,运算量小,能够对速度波动进行有效控制,并且能够满足实时插补的要求。     

连续多类型曲线段进给速度前瞻规划

为解决由直线、圆弧与参数曲线形成的多类型曲线段混合插补过程中的进给速度前瞻规划问题,提出一种连续多类型曲线段进给速度前瞻规划算法。该算法以预读的加工路径作为进给速度规划单元,通过曲线段划分生成连续多类型曲线段;根据插补几何误差与机床动力学参数建立段间衔接点进给速度约束;使用三次多项式型进给速度曲线,利用解析法精确计算各曲线段在曲线长度约束下的进给速度参数,以充分发挥机床的动力学性能;使用回溯重规划策略进行全局规划,实现段间速度连续性;通过进给速度规划残差补偿策略降低残余长度、提高终点精度。实例分析表明,该算法能显著提高终点精度、生成平滑的进给速度曲线、降低加工时间。通过加工实验验证了该算法有效、可行,并能充分发挥机床的动力学性能。     

一种三次均匀B样条曲线的轨迹规划方法

针对复杂曲线的数控加工,提出一种新的插补方法。首先采用一种三次B样条曲线的重叠拼接算法实时地对复杂曲线进行拟合,进而综合弓高误差、速度和加速度等因素,给出具有自适应调整能力的插补步长确定算法,该算法在提高轮廓加工精度的同时,可减小加工过程中的冲击。最后,对插补周期内节点的轨迹进行了规划,以确保运动轨迹满足速度、加速度以及加加速度的平滑约束条件。仿真实验结果表明,该方法在实时插补过程中,可以保证复杂曲线插补加工的高速与高精度,且具有很好的速度、加速度以及加加速度平滑性。     

基于传动系统动力学的NURBS曲线插补算法

对机床传动系统、伺服驱动系统和数控插补模块进行动力学建模和求解。提出一种新的NURBS插补算法,按照进给率自适应轨迹规划算法进行当前插补周期的速度设定,并且根据曲线当前位置的曲率特性,进行基于曲率的最大速度限定,通过求解动力学模型,获得按照这一速度进行插补时系统需要的最大驱动力,若该驱动力超过系统能够提供的最大驱动力,则再次按照用户设定的加速度进行减速,获得的速度作为指令速度,按照一阶泰勒展开近似进行插补点的计算。该算法不仅在NURBS曲率较大的区域自动降低进给速度,保证要求的弦误差,而且使输出的插补速度指令区域平滑,保证不会出现插补输出的位置值系统无法进行位置控制造成更大的加工误差。     

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。     

非均匀有理B样条曲线直接插补进给速度规划

在非均匀有理B样条直接插补算法中,为了提高插补实时性、克服前瞻规划算法的缺点,提出了基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法.该方法在插补前,通过建立进给速度预处理曲线来取代非均匀有理B样条曲线实时插补进给速度规划的前瞻算法.在速度规划过程中,为了防止进给加速度和加加速度超过机床性能要求,在曲线曲率变化较大的区域,采用基于逐点比较计算的方法规划每个参数点处的进给速度.通过MATLAB仿真表明所提方法具有较高的加工精度、良好的进给速度平滑效果和实时插补性能.     

一种参数预估-校正的NURBS曲线插补算法研究

提出了Milne-Simpson参数预估-校正的NURBS曲线插补算法.详细阐述了参数插补预估及校正机理.采用最大弓高误差、最大进给速度和最大法向加速度约束,以便实时调整插补进给步长,从而满足了NURBS曲线插补的高速和高精度要求.     

高强钢变截面辊弯成形轮廓曲线插补算法与速度规划

针对进给步长为单位短直线逼近实际曲线会引起弓高误差,提出一种限制弓高误差和根据曲率半径变化调整插补步长的轮廓曲线插补算法。鉴于单纯考虑轮廓曲线时,可能会导致单道次的最大速度,最大加速度超出设备极限值,综合分析多道次速度分布规律,找出速度敏感点,分析最佳加减速控制点,并考虑曲线连接点和变速距离等,提出加减速前瞻控制算法。回弹是板材成形内应力的释放结果,为了保证尺寸精度提出回弹补偿算法,试验结果表明,新的算法显著提高了轮廓曲线的插补精度、速度协调性和尺寸精度。     

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。     

小线段高速加工的速度模型研究和实现

针对数控插补中离散化进给速度控制的特点，导出了在直线加减速情况下的小线段长度和轨迹形状误差对进给速度的约束条件；完善了小线段高速加工速度衔接数学模型，形成了能实际应用的工程化方法，该方法以给定的最大预处理段数为条件，根据小线段路径的具体形状和长短、速度变化的平滑性和位置误差精度的要求，求解出离散化的进给速度值。同时提出了在指令进给速度实时变化的情况下进给速度的求解方法。仿真结果表明，此数学模型及离散速度的求解方法能实现进给速度的高速衔接，从而大大提高加工效率。     

基于de Boor算法的NURBS曲线自适应插补研究

在现代数控加工中已普遍使用NURBS曲线插补,但大多数NURBS曲线插补都致力于取得恒定的进给速度而不是轮廓精度,对此,提出了基于de Boor算法的NURBS自适应插补算法.将de Boor算法应用于NURBS曲线插补中,并用限定弓高误差对插补的进给速度实行自适应调节,实现了数控加工中进给速度的平滑过渡,减少速度急剧变化时对机床的冲击,保证了NURBS曲线实时插补和轮廓加工的精度.通过仿真证明了这种插补算法的实时性和实际应用的可行性.     

临界曲率值分割曲线尖角的NURBS曲线插补

为兼顾插补含尖角NURBS曲线的精度与速度,提出尖角分割且速度修正插补算法。由插补弦高误差限、法向加速度及其导数约束,得满足插补精度及机床动力学性能的临界曲率;用大于临界曲率的局部极大曲率及临界曲率分割NURBS曲线为是否包含尖角的若干子段;用S曲线加减速算法规划各子段进给速度,并用段间速度及位移协调关系修正各段加速度及其导数,使各段加减速时间为整数倍插补周期。在相同约束条件下,分别用曲率单调无速度修正、尖角分割无速度修正及尖角分割有速度修正算法,规划一条含大曲率尖角NURBS曲线插补速度,并用一阶泰勒级数展开算法插补该曲线。对比结果表明尖角分割且有速度修正算法可稳定得到较高插补精度,因此该算法可用于含大曲率尖角NURBS曲线高速度高精度加工。     

数控系统高性能微段插补技术研究与应用

针对在复杂曲线曲面加工时,由CAM产生的连续微段在加工中由于频繁加减速所带来的加工精度和速度的矛盾问题.在CNC中采用微段插补技术对连续微段进行实时样条重构及递推插补以实现对曲面的高速高精度加工.给出的微段插补技术包括新设计的代数指数样条函数,结合速度规划给出的样条重构及样条曲线的递推插补算法.应用微段插补技术进行的样件数控加工实验中,在保证原曲线加工轮廓误差的同时,加工轨迹以μm级精度逼近原曲线,并且加工速度提高了5～5.4倍.实验结果表明,算法在加工轨迹的整体上实现了进给速度的平滑衔接,在加工过程中避免了频繁的加减速,机床运行平稳,加工精度高,表面质量好的同时提高了加工效率.     

基于冗余误差控制的非均匀有理B样条曲线插补算法研究

提出了一种能有效控制冗余误差的非均匀有理B样条曲线插补算法.该算法综合了等弓高误差插补算法和恒定进给速度插补算法的优点,小曲率情形时在保证加工精度的前提下,通过引入进给倍率因子,增大进给速度以改善误差过度冗余;同时在大曲率情形下,可控制弓高误差在限定的误差范围以保证轮廓精度.这样既可保证轮廓精度,又可提高加工效率.仿真实例证实了该插补算法的有效性和可行性.     

基于Hamming法的新型NURBS曲线插补算法研究

针对零件曲线曲面加工过程中,传统插补方法逼近误差大和速度进给波动大等众多缺点,对NURBS曲线的插补原理、速度规划、插补参数计算等方面进行了研究,对弓高误差、法向加速度、进给加速度过大的情况进行了考虑,提出了一种基于Hamming法的新型NURBS曲线插补算法,对基于Hamming法线性递推得到的参数预估公式进行了具体说明,对基于Lagrange的参数校正机理进行了详细阐述,最后使用Matlab软件对此插补算法进行了实例仿真。研究结果表明,该算法简化了参数插补的计算,保证了插补的实时性;同时提高了插补精度,在限制加速度及速度波动方面具有很好的效果。