三次多项式型微段高速加工速度规划算法研究

为满足高速数控加工的要求,提出了一种三次多项式加减速控制模型.该模型能保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生大的冲击.针对连续微段的高速加工,建立了满足最大速度、最大加速度、几何运动轨迹及长度约束条件下的轨迹速度规划策略,并给出三次多项式型速度规划算法的实现流程图.试验结果表明,该算法能实现连续微段间进给速度的高速衔接,大大缩短加工时间并提高加工效率.该算法已成功应用于多坐标数控高速微细加工系统中.     

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。     

基于曲线长度自调整速度方程的非均匀有理B样条插补算法

针对非均匀有理B样条(NURBS)曲线加工过程中速度规划复杂、效率低以及机床震颤剧烈的问题,提出一种高效规划进给速度的NURBS插补算法。预处理过程计算出待加工NURBS曲线插补参数及误差速度,根据误差速度曲线分析加工路径的加减速情况,并基于加/减速区间长度自动调整三次多项式速度方程,实现平滑的速度与加速度曲线;实时插补过程采用基于Adams-Moulton方法计算初始参数,然后采用二分法对参数进行寻优,将插补过程中速度波动控制到加工要求精度范围内,从而降低机床的振动。通过MATLAB仿真,验证了所提算法加减速规划的高效性和参数计算的精确性,表明该算法在复杂曲线曲面加工领域可以提高机床加工效率与精度。     

三次S曲线加减速算法研究

针对直线加减速和指数加减速算法中加速度不连续,易对机床产生冲击的问题,提出了一种三次S曲线加减速算法,给出了相应的加加速度、加速度、速度和位移的计算表达式。利用最优化原理,对加减速控制中可能出现的各种情况进行了速度规划。仿真结果表明:该算法能保证加速度和加加速度的平稳变化,避免产生大的冲击,提高了数控系统的运动稳定性;算法简单智能,可根据路径长度自适应地重新规划速度,提高了加工效率。     

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.     

基于滤波技术的数控系统加减速研究

针对数控系统在启动／停止时由于速度不平滑,加速度存在突变现象导致机床产生剧烈振动问题,结合滤波技术和直线加减速规划方法提出了一种新的数控机床的加减速控制方法,该方法基于离散采样模型推导了滤波后的速度、加速度、加加速度的数学表达式,证明了该方法与常规S形加减速算法等价,并给出了该方法的实现步骤,实验结果证明了该算法的有效性。     

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。     

通用型前瞻速度规划算法

为优化进给速度曲线,节约加工时间并提高加工质量,提出一种通用的前瞻速度规划算法.该算法可以在满足进给速度约束条件的前提下,对加工路径进行预读,实现进给速度的前瞻规划处理.算法以规划元为单位对加工路径进行划分,通过对加减速算法的抽象和封装实现不同种类的前瞻速度规划,以及对进给速度控制功能算法的重构.仿真和实验表明,该算法在几种不同加减速方式下都可以正确重构,实现进给速度的实时前瞻规划,改善数控机床的加工效率和运动平稳性.     

NURBS曲线高速高精度插补及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,提出了一种新的控制方法.该方法考虑了高速高精度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因素,使进给速度既符合加减速的要求,又能随曲线曲率自适应调整,因而可在提高轮廓加工精度同时,显著地减小加工过程对机床的冲击.同时,采取了改进、简化算法,实现了快速、实时自适应的非均匀有理B样条曲线插补的加减速控制.实例表明,该方法在实时插补过程中,满足了速度和加减速的要求,保证了插补加工的高速与高精度,且实现了速度的平滑过渡.     

NURBS曲线插补技术在CNC中的应用

为了提高数控机床的加工精度和效率,在分析传统机床加工轮廓控制方案不足的基础上,提出了一种改进的NURBS曲线插补算法,该算法实现了基于S型速度曲线的加减速控制,并提出时间顺延法,加减速对称法等方法,合理解决了加减速点的预测问题,实现了在线实时自适应的加减速控制。     

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.     

基于分数次幂多项式的NURBS曲线快速插补方法研究

为减小NURBS曲线插补过程中对机床产生的柔性冲击,针对目前常用的S型速度控制策略中加加速度不连续以及速度变化相对缓慢的问题,在满足加加速度最大值限制的前提下,提出了一种基于分数次幂多项式的速度控制方法。结合加工路径曲率变化设计了前瞻算法计算加减速位移,自适应确定减速点。仿真结果表明,该方法可以快速提高进给速度,实现加加速度的平滑过渡。     

B样条曲线柔性加减速前瞻控制算法的研究

针对B样条曲线插补过程中存在的柔性冲击、过切问题,采用四次多项式加减速与三角函数加减速相结合的方法对B样条曲线进行前瞻速度规划控制。首先,根据曲线曲率的变化情况找出速度规划中的速度敏感点。其次,在对前瞻路径进行四次多项式速度规划时,若遇到曲率频繁变化的曲线段,为了降低柔性冲击,使用三角函数加减速方法进行速度规划控制。最后,为了保证加工精度将弓高误差约束条件引入到速度规划分析中。仿真结果及实例表明,该方法能在保证加工精度的同时降低柔性冲击。     

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。     

5轴联动数控系统速度控制方法

高速加工过程中,在刀具路径上容易产生过冲,影响加工精度,因此必须提前对加工速度进行优化处理.基于数据采样法,利用当量位移和坐标轴方向系数实现了5轴联动线性插补;利用直线加减速原理进行插补前加减速控制;对速度前瞻控制方法进行了深入探讨,实现了相邻程序段转接处速度优化、连续微小程序段速度计算、减速点提前预测及前瞻程序段数动态选择等.仿真结果表明,速度平滑连续,有效地解决了5轴联动线性插补中的速度控制问题,提高了加工精度和加工效率.     

基于Bézier曲线的小直线段局部转接光顺研究

连续小直线段轨迹(G01)是实际加工过程中最常见的轨迹形式,而直线拐角处的几何不连续性势必会带来速度和加速度的突变,严重影响加工质量和加工精度。为提高G01轨迹的加工效率和加工质量,提出一种基于三次Bézier曲线的小直线段转接光顺算法,并建立拐角转接控制模型,实现轨迹连续性的提升。同时,为进一步提高加工效率,所提算法保证转接曲线曲率极值点出现在Bézier曲线中点处,并能够实现曲率极值的解析计算,并以拐角曲率最优为目标实现转接光顺控制。在加减速方面,基于柔性加减速控制方法,提出一种切向跃度连续的加减速曲线形式,并以此为前提,应用双向扫描算法实现速度前瞻过程,完成速度规划和插补。最后与现有算法进行对比,试验结果表明所提算法能够在保证相似加工精度的前提下显著提升加工效率。     

数字卷积加减速控制算法研究

数控系统的加减速控制是其关键技术之一。提出了一种新颖的基于数字卷积的加减速控制算法,可使数控系统在加工过程中实现平滑连续的运动,保持加速度连续变化,避免急速的运动带来的机构磨损、系统冲击、共振等问题,保证加工精度。推导了连续数字卷积规划方法的数学表达式,并给出了算法的具体实现步骤,实验结果证明了算法的有效性及实用性。相比于传统的S曲线加减速规划,该算法的计算效率大为提高。     

基于跳度约束的连续短线段高速加工运动学平滑算法

针对连续短线段刀具路径加工过程中,机床进给轴速度和加速度突变引起刀具振动,影响加工质量等问题,提出适用于高速、高精数控机床的新型运动学平滑算法。对连续短线段刀具路径,利用跳度约束加速度曲线,对其附加速度、加速度、位移边界条件,并结合最大轮廓误差和驱动器的运动学限制,推导出拐角处的最佳转接速度和短线段路径的最大进给速度,实现进给轴速度和加速度平滑转接。通过实验对比直线型加减速算法验证分析表明,在加工具有29个拐角的连续短线段刀具路径时,加工时间减少了11%,刀具路径达到G3连续,速度曲线达到G2连续,加速度曲线达到G1连续,有效减少了刀具振动,提高了加工质量。     

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。     

连续小直线段速度控制算法研究

针对服装加工中切割路径为连续小直线段的情况,研究了相邻直线段夹角与路径段长度对连续小直线段运行速度的约束,并提出了一种新的速度控制算法。在相邻直线段夹角对拐点速度的约束条件下,提出并应用倒推算法计算各个拐点最大通过速度;小直线段内根据每段的始末速度以及路径段长度按照五段S加减速控制方式进行段内加减速规划,最终获得了加工过程的最优进给速度。最后,通过仿真验证该算法能够实现连续小直线段切割速度的平稳过渡和高速衔接,有效提高了加工效率。