多坐标曲面加工中进给速度的优化控制1)

介绍了基于曲面CNC(Computer Numerical Control)直接插补方式的多坐标曲面加工中进给速度的控制原理.综合考虑刀具相对零件表面切削进给速度的恒定,曲面形状引起的各运动轴速度及其变化率不超过伺服驱动能力,以及机床在启动、停止和速度变化时的平滑加减速运动控制等因素,实现了进给速度的合理确定与控制,可有效提高曲面加工质量和加工效率.     

空间曲线的六轴联动控制算法研究与测试

针对六坐标空间的复杂曲线的加工,提出六轴联动的控制算法。根据六轴之间的运动关系,合成其进给速度,由之推导出插补变量值,得出相应的六轴插补坐标值,实现动点的稳速控制。采用该控制算法在自主研制的六轴嵌入式数控工具磨削系统中进行锥刃磨削的多轴联动插补测试,根据锥刃铣刀的数学模型得出插补算式。仿真与实际磨削测试表明,该六轴联动控制算法切实高效,实现复杂曲线的六轴联动控制,进给的合成速度控制恒定,能确保高质量加工。     

NURBS曲线实时插补中的速度规划算法

大多数现有的NURBS曲线实时插补算法并未考虑速度方向的变化给各运动轴带来的影响,这会导致加工过程中单轴速度的剧烈变化.提出一种能保证各运动轴平稳运行的速度规划算法,它在满足精度要求的前提下,通过控制切向加速度和加加速度进行速度平滑,并根据各运动轴的当前速度和机床的实际性能再次调节进给速度,保证了机床的平稳运行.模拟实验证实了该算法的有效性.     

NURBS曲线高速插补中的前瞻控制

利用二次遗传算法对NURBS曲线进行预处理,找到曲线上的曲率极大值点集--刀具进给方向突变点集;建立机床动力学性能和曲线几何性能的混合约束条件,生成曲线插补的前瞻控制信息,包括进给方向突变点的安全进给速度与加速度,以及极大值降速点.在NURBS曲线的插补中,利用前瞻控制信息实时优化进给速度,以提高插补的精度、效率以及稳定性.     

数控加工会话式两坐标自动编程系统(MPAPT)

一、引言微型计算机的不断发展促进了数控技术的发展,用微机控制数控机床和进行自动编程已势在必行。在数控加工中,控制两坐标联动加工的工件,占有很大的比重,为了提高国内数控机床特别是数控线切割机的使用效率,本文介绍了数控加工会话式两坐标自动编程系统,取名为MPAPT(Make of Piano-Part Automatically Programmed Tools)系统,其主要特点如下:     

五坐标高速铣削机床及其数控加工仿真技术的应用

该文简略介绍了常见五坐标铣削机床的类型、五坐标机床加工的仿真模拟、数控机床功能扩展途径等方面的内容.系统讲述了数控多坐标机床加工仿真模拟技术应用的必要性及其优势,并以UGNX环境下的五坐标机床加工仿真模拟应用和基于Vericut环境下的五坐标机床加工仿真模拟技术应用为实例,充分说明了仿真加工技术对于企业数控能力提高的促进作用,希望该文对读者有一定的参考借鉴作用.     

跳度限制的拐角运动学平滑算法

针对数控系统在高速加工过程中由于速度或加速度曲线不平滑导致惯性振动等问题,提出一种适用于高速、高精加工的新型拐角运动学平滑算法.该算法通过分析拐角附近的进给参数和跳度限制加速度曲线来精确计算进给运动在拐角处的最大转接速度和持续时间,生成可以精确控制拐角轮廓误差的光顺轮廓轨迹;该轮廓轨迹所组成的刀具路径可达到G3连续,加速度曲线可达到G1连续,实现在拐角处不间断进给运动,显著减少惯性振动和进给冲击.在Windows7系统(2 GHz,i5处理器)下,RTX8.0控制的X-Y实验平台中对比Bézier曲线插补算法,该算法在加工414.2 mm长的刀具路径时,拐角转接运动的持续时间减少近30%,在减少加工时间和提高加工质量方面潜力很大.     

多坐标曲面加工中进给速度的优化控制

介绍了基于曲面CNC(Computer Numerical Control)直接插补方式的多坐标曲面加工 中进给速度的控制原理.综合考虑刀具相对零件表面切削进给速度的恒定,曲面形状引起的各运 动轴速度及其变化率不超过伺服驱动能力,以及饥床在启动、停止和速度变化时的平滑加减速运 动控制等因素,实现了进给速度的合理确定与控制,可有效提高曲面加工质量和加工效率.     

电熔爆机床单片机控制系统研制

本文给出了结合现行数控系统通用规范而自行开发设计的数控系统控制程序、通讯接口及硬件电路。该系统具有工作电流闭环控制、工作电压闭环调节、计算机辅助编程等功能,不仅满足电熔爆机床自动加工时的控制要求,而且可用于普通的二坐标联动机床作为控制系统,对进给速度和位移实现开环控制。     

五轴联动数控加工中的微小程序段插补方法

针对五轴联动数控系统在加工微小程序段时频繁启动/停止导致机床产生剧烈振动的问题,提出一种五坐标微小程序段插补方法.该方法能够对多个微小程序段进行统一加减速处理,在保证加工精度的同时,实现对微小程序段的连续加工.五轴联动数控系统上的仿真实验结果表明该方法减少了加工微小程序段时的加减速频率,提高了加工速度.     

A study on a generalized parametric interpolator with real-time jerk-limited acceleration

The impossibility of exact arc length computation for ‘standard’ parametric curves such as Bézier/B-spline curves makes it difficult to generate a feedrate profile with desired accelerations in real-time. This paper presents a new recursive trajectory generation method that estimates an admissible path increment and determines the initiation of the final deceleration stage according to the distance left to travel estimated at every sampling time, resulting in exact feedrate trajectory generation through jerk-limited acceleration profiles for the parametric curves. The proposed approach allows the feedrate profile to be dynamically adjusted according to geometrical path constraints for the curved path. The simulation result has been also provided to illustrate the generation of smooth feedrate profile encompassing a sequence of mixed NC blocks including traditional linear and circular blocks.     

A look-ahead command generator with control over trajectory and chord error for NURBS curve with unknown arc length

There are currently no analytical methods available which determine the exact arc length for NURBS curves and for this reason, a smooth feedrate profile with desired trajectory cannot be achieved. Numerical methods used to calculate the arc length are time-consuming processes which make generating a feedrate profile with desired accelerations difficult in real-time. This paper introduces a look-ahead trajectory generation method which determines the deceleration stage according to the fast estimated arc length and the reverse interpolation of each curve at every sampling time. This results in a feedrate trajectory generation with jerk-limited acceleration profiles for the NURBS curves. The feedrate profile is adjusted dynamically according to the geometrical path constraint determined by chord error for the curved path. A NURBS curve by two different kinematics conditions was used as a means to test the feasibility of the developed interpolation scheme and command generator.     

A greedy algorithm for feedrate planning of CNC machines along curved tool paths with confined jerk

In this paper, the problem of optimal feedrate planning along a curved tool path for 3-axis CNC machines with the acceleration and jerk limits for each axis and the tangential velocity bound is addressed. It is proved that the optimal feedrate planning must be “Bang–Bang” or “Bang–Bang-Singular” control, that is, at least one of the axes reaches its acceleration or jerk bound, or the tangential velocity reaches its bound throughout the motion. As a consequence, the optimal parametric velocity can be expressed as a piecewise analytic function of the curve parameter u. The explicit formula for the velocity function when a jerk reaches its bound is given by solving a second-order differential equation. Under a “greedy rule”, an algorithm for optimal jerk confined feedrate planning is presented. Experiment results show that the new algorithm can be used to reduce the machining vibration and improve the machining quality.     

Generalized algorithm for computing the 4-3-4 N-axis robotic trajectory

A generalized inversion technique and algorithm is presented for the purpose of computing the 9n coefficients pertaining to the three segments—i.e., liftoff, transitory, and setdown—of a motion trajectory of an n-axis robot manipulator. The technique and the computer program presented is general enough to be immediately applicable to an n-axis robot manipulator if only the desired initial and final position, velocity, acceleration, as well as the intermediate “via” positions are given. A number of examples are presented for a wide spectrum of these constraint conditions on the desired motion trajectories.     

运行时间周期化工业机器人模型迭代寻优NURBS轨迹插补

为满足工业机器人高精度复杂曲线运动的需求,本文提出运行时间周期化工业机器人模型迭代寻优NURBS轨迹插补算法.首先,根据轨迹最大轮廓误差和机器人动力学特性对曲线分段.随后,提出优化回溯算法,使各子曲线段均可用S曲线加减速规划.之后,为保证机器人在进给速度极小值处不超速,将各加减速阶段运行时间调整为插补周期的整数倍,并对子曲线段衔接处速度平滑处理.最后,提出模型迭代寻优曲线插补,大大降低了速度波动率.仿真试验表明,该方法插补轨迹的各项指标均满足要求且最大速度波动率仅为0.000099%.真机试验也验证了该方法可有效减小轨迹误差.     

空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制方法

讨论了载体位置不受控制的漂浮基空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制问题. 对系统的运动学、动力学分析表明, 结合系统动量守恒关系得到的系统动力学方程及协调运动的增广广义Jacobi矩阵可以表示为适当选择的组合惯性参数的线性函数. 以此为基础, 对于系统存在未知参数的情况, 设计了本体姿态与机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案. 上述控制方案的显著优点在于: 不需要测量、反馈飞行器本体的位置、移动速度及移动加速度. 仿真运算, 证实了上述控制方案的有效性.     

基于运动性能分析的双臂冗余度机器人协调运动研究

为了提高双臂冗余度机器人在其交互工作空间中的协调运动能力,以ABB YuMi为例,提出了一种计算简便并且能够有效反映双臂协调运动灵活性的性能指标。利用D-H法建立了YuMi机器人的运动学模型,分析了双臂可操作度的分布情况,分别研究了两种协调运动方式的运动学约束关系以及相应的运动控制规律,基于灵活性分析构建了双臂协调装配电机转子与轴承以及字母绘制的任务,通过仿真和实验验证了本文双臂可操作度指标的有效性及协调运动规划方法的正确性。