基于高速加工的加减速控制方法研究及实现

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。     

梯形速度控制变插补周期的实时插补算法研究

提出了基于梯形速度控制的变插补周期实时插补算法.在固定插补步长条件下,依据直线加减速算法,确定出加速段、恒速段和减速段的插补次数,进而生成变化的进给速度和相应的插补周期;同时,形成各坐标轴的运动增量.仿真实例结果表明,该算法可有效地控制加工精度,充分发挥联动各轴的加速能力,有效缩短加减速过程时间,且易于在CNC系统中实现.     

基于四阶S曲线加减速的NURBS曲线插补算法

为提高NURBS曲线插补的运动平滑性，提出一种基于四阶S曲线加减速的NURBS曲线插补算法。该算法通过使用四阶S曲线加减速求解NURBS曲线节点上的速度，首先分析最大速度、最大加速度和最大加加速度的可达性，同时考虑非对称四阶S曲线加减速模型，并对较短弧长的采用二分法寻找实际最大速度，规划出31种速度曲线类型，然后根据NURBS曲线参数和约束条件生成对应的速度曲线。仿真结果表明，与三阶S曲线加减速控制的NURBS曲线插补算法相比，所提算法的插补精度更高，加速度曲线光滑且加加速度曲线连续无突变，降低其运动过程中的柔性冲击。     

基于NURBS曲线插补的五段S曲线加减速控制方法研究

为满足非均匀有理B样条曲线高速高精度插补加工的需要,针对目前参数曲线插补加减速控制方法的不足,常规直线加减速方法存在冲击,七段S曲线加减速方法算法复杂等问题,提出了基于NURBS曲线插补的五段S曲线加减速控制方法.该方法将高速加工中容易超限的弓高误差和机床所能承受的法向加速度等参数均考虑在内,而且合理地解决了插补前加减速控制中的减速点预测困难的问题.仿真结果表明,该方法能够保证加速度的连续,速度的平滑过渡,有效提高了系统的柔性,简化了算法.     

NURBS曲线插补算法及加减速控制研究

针对复杂零件高速高精密加工的需求,提出了一种基于阿当姆斯微分方程的NURBS曲线实时插补算法。通过对算法的合理简化与近似,保证了算法的实时性。此算法基于轮廓误差和法向进给加速度控制,使进给速度能随曲线曲率自适应调整。与之相适应,配合此插补算法,利用NURBS曲线的对称性预测减速点,提出了一种新的插补前抛物线-直线-抛物线S形加减速控制方法。该方法具有位置精度高、速度无突变、过渡平滑、计算简便等优点。通过采用MATLAB对插补轨迹仿真和实例分析,证明了插补算法和加减速控制方法的正确、合理、有效性。     

多项式加减速的NURBS插补控制方法

针对S曲线加减速方法中的加加速度(Jerk)阶跃变化,导致机床系统在运动过程中冲击和振动等问题,提出了多项式5段加减速的NURBS插补控制方法。该方法采用辛普森自适应积分方法计算曲线长度,并以最大向心加速度、最大弓高误差作为约束条件,将曲线自适应分段。计算出分段曲线各项参数值,对应于多项式加减速规划中的加减速类型和确定加减速时间。在相同插补周期下,与S曲线5段加减速控制方法进行仿真实验对比,结果表明所提方法满足了最大弓高误差、加加速度等限制条件,且规划后的加速度和加加速度曲线连续有规则变化,速度和加速度曲线表现更柔和,使得机床系统有良好的加减速柔性。     

基于De_Boor递推算法的速度自适应NURBS曲线分段插补算法研究

针对现有大多数NURBS曲线插补算法不能同时满足插补精度和机床加减速性能要求的问题,提出一种基于De_Boor递推算法的速度自适应NURBS分段插补算法。通过前瞻预处理完成插补分段和减速点确定,通过速度修正完成减速段最终插补。MATLAB仿真结果表明,该算法能够同时满足插补精度和机床加减速性能要求。     

数控加工小线段高速平滑衔接插补算法

文章导出了连续小线段高速平滑衔接的拐点速度及加速度约束条件,建立了S型曲线加减速算法模型。根据小线段的轨迹特征,对小线段速度进行插补预处理,获得加工过程中的最优进给速度。仿真验证,该算法可以满足CNC加工中连续小线段高速衔接的平滑过渡,提高了加工效率和精度。     

NURBS曲线插补的运动规划与自适应速度插补

文章整合了以基于曲率速度插补算法与自适应速度插补规划算法,分析了NURBS曲线的特点和NURBS曲线插补的参数值的求取方法;构建了基于曲线几何特性与动力学特征插补器,几何模块提出如何决定NURBS曲线的速度尖点,并根据速度尖点信息将NURBS曲线划分为曲线段,依据弓高误差及曲线曲率规划进给速度;机床动力学模块依据每段曲线长度对加加速度控制,对于每段曲线采取相应的加减速控制规划,实现了基于S形速度曲线的加速度平滑处理,与传统插补方法相比,该插补器能够保持高速度和高精度加工性能,而且能够抑制在插补过程当中产生的轮廓误差和速度波动.     

基于多轴运动控制方法的高速切削复合轨迹研究

为了解决复杂曲面数控加工中的高速数控加工问题,从过程集成控制的角度构建了多轴平滑运动模型、插补控制、位置跟踪等。速度优化模型采用数学方法,构造了加、减速控制。速度预处理中通过简化优化模型,提出了柔性加减速控制算法,并对其进行了优化设计。为了克服高速进给系统的非线性影响,通过引入新的加速度和速度的前馈控制,提出了高速位置跟踪算法;实现了基于双核处理器的嵌入式数控系统,且该结构能保证六轴插补周期的要求。现场数据显示该系统在高速运动平稳性好,能满足叶轮复杂轨迹控制要求等。     

采用CPLD技术实现数控系统精插补算法的研究

由于计算机软件运算速度的限制，使用脉冲增量插补算法所得到的数控机床进给运动的精度和速度都比较低。应用数据采样插补算法可得到较高的运动速度和精度，但通常应用此算法所得数字增量只适合于闭环控制系统。文中采用数据采样插补算法进行粗插补，使用大规模可编程逻辑器件CPLD实现了硬件精插补计算。该方法可应用于步进开环数控系统和脉冲式全数字交流伺服系统，大大提高了系统的性能指标，具有很大的实用价值。     

六轴联动电火花加工数控系统及机床

针对闭式整体涡轮叶盘的特殊加工要求,充分利用六轴联动所能提供的空间可达性．提出并实现了一些专门用于加工闭式涡轮叶盘的特殊功能,旨在大幅提高系统的加工效率与精度。降低加工成本。基于开源操作系统与可编程运动控制器,开发了六轴联动电火花加工数控系统．用于控制3个移动轴和3个回转轴的同时插补。该系统包括连续平滑的空间曲线路径及电极空间姿态角的六轴联动单位弧长增量法直接插补技术、曲线路径的六轴联动伺服进给与回退技术、曲线路径的六轴联动抬刀技术等。六轴联动极大地提高了加工柔性与自由度。使该系统可用于更多类型、更复杂曲面的加工。     

基于HPGL的数控裁床加工系统方案设计与实现

为提高数控裁床自动化生产水平,设计一种数控裁床加工系统方案。围绕数控裁床运动速度控制和轨迹插补算法等关键技术点,根据HPGL协议的数据特性,提出数控裁床CNC加工数据生成方法,设计一种基于线段分段的速度控制方法来生成速度列表,并基于微软基础类库MFC开发上位机,实现处理曲线中各线段的运动速度控制的功能。设计将加工插补算法与数据栈相结合的应用方法,并运用STM32F103开发下位机,实现计算各线段的插补步进量并进行轨迹控制的功能。通过样片测试,验证了所设计的数控裁床系统具有用于实际加工的可行性和高效准确性,能有效满足生产需要。     

基于差分插补原理的数控系统加减速规划

为了实现基于差分插补原理的数控系统加减速控制,以直线与圆锥曲线为研究对象,对差分插补运动进行研究。通过分析差分插补中基准轴与非基准轴的运动特点,制定详细的加减速控制策略。对圆锥曲线进行分区处理后,实现了差分插补加减速控制策略的统一。通过译码获得的速度参数能够应用到多种加减速模型中,实现准确地起停电机,保证插补加工位置的准确性。加工实验结果表明:差分插补加减速控制策略实现了数控系统的加减速功能,为保证数控系统的加工效率与质量、适应现代化生产加工要求奠定了基础。     

基于数字化编码-播放体系结构的电火花线切割加工数控系统

借鉴网络音视频制作与播放模式,提出了一种基于"数字化编码-播放"的新概念灵巧数控系统的体系架构及系统实现方法。该系统采用客户端/服务器模式,将复杂轨迹运动数字化,即插补过程与机床运动控制分离,以异步运行模式取代传统的同步运行模式。编码器负责将复杂运动轨迹通过插补算法进行数字化,生成运动比特流文件,而直接控制机床运动的数控终端则从服务器端下载运动比特流直接进行播放,实现机床的运动。该架构在大大简化控制系统终端的同时,显著提高了系统的实时性。此外,一个服务器还可连接多个数控系统终端,同时加工不同的零件。利用该架构构建的线切割数控系统证明了基于数字化编码-播放架构的数控系统原理的可行性。     

基于ASGSO的数控机床进给伺服系统分数阶控制

为满足数控机床对加工精度的要求,针对交流永磁同步电机驱动的进给伺服系统在不同工况下存在的扰动、摩擦、变负载、惯性力矩等非线性问题,设计一种自适应步长的萤火虫算法(ASGSO)优化的分数阶PID控制器(ASGSO-FOPID)。FOPID控制器相比传统控制器动态性能突出,能够对非线性环节进行更好的控制。利用ASGSO算法全局搜索能力,获得最优数控机床进给伺服系统分数阶PID控制器参数。建立数控机床进给伺服系统模型,分别采用PSO-FOPID、状态转移STA-FOPID、ASGSO-FOPID控制进给伺服系统进行对比。仿真和实验结果表明：提出的ASGSO-FOPID控制器具有跟踪速度快、抗干扰能力强、精度高等优点,该方法能够有效地提高数控机床的定位精度和加工精度。     

Parametric curve machining of a CNC milling EDM

A buffered digital differential analyzer (BDDA) algorithm in a computerized numerical controller (CNC) performs milling electric discharge machining (milling EDM'ing) of a curve constructed from a sequence of segments using a traditional computer-aided manufacturing (CAM) system. The proposed algorithm interpolates more than one segment in a sampling interval and supports the effective machining of a parametric curve when the electrode crosses the connection between the short segments. The accuracy of both the speed and the trajectory of motion can be ensured without the time function of the parameter specified by two terms of a Taylor expansion, such as in a real-time parametric curve interpolator. The proposed algorithm is compared with the reference–word interpolation and real-time polynomial interpolation used in a milling EDM to confirm improvements of erosion speed.     

基于西门子功能模块的伺服定位系统的研究

为提高某数控工作台的定位精度,以多数现代数控机床所采用的半闭环控制系统为研究对象,提出了一种基于西门子FM351定位模块的全闭环伺服定位控制系统.通过引入直接检测运动部件最终位移的数字测量环的方法,利用光电编码器检测旋转工作台的角位移,经反馈信号控制伺服驱动器,完成对交流伺服电机的转速控制,进而实现了对工作台的精确定位.并在低速大惯量转台上对本伺服定位系统进行了实验验证,实验结果表明该方法有效的消除了机械传动产生的误差对定位精度的影响,显示了全闭环伺服定位控制系统的优越性.     

基于USB总线的微型车床开放式数控系统研究与设计

针对微型车床数控加工系统,提出并初步实现了一种便捷的基于USB总线的开放式数控系统。开放式数控系统由上位机和STM32+FPGA组成的下位机构成。研究了数控系统实时多任务调度,译码、刀补、插补算法的软件实现,针对微型车床研究了下位机的功能要求并设计了硬件电路板,研究了下位机的内存管理及运动控制的实现。提出了一种基于USB串行总线的通信方式,验证了USB在开放式数控系统中的可行性。实验证明,USB总线可以便捷高效地运用在开放式数控系统中;通过软硬件结合的方式,保证了系统具有良好的开放性、实时性和同步性。