一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法
【專利摘要】一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法，包括數(shù)據(jù)輸入模塊、譯碼模塊、速度規(guī)劃模塊、插補(bǔ)模塊和輸出模塊。數(shù)據(jù)輸入模塊將數(shù)控加工代碼傳給譯碼模塊，由譯碼模塊提取加工路徑信息，將該信息傳給速度規(guī)劃模塊，采用一種復(fù)合式加減速模型進(jìn)行柔性速度規(guī)劃得到速度值，將該值傳給插補(bǔ)模塊，由插補(bǔ)模塊完成插補(bǔ)計算，得到插補(bǔ)數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)通過實時以太網(wǎng)總線傳給伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而完成數(shù)控加工。本發(fā)明計算效率高、算法實現(xiàn)簡單，降低數(shù)控機(jī)床在高速加工過程中產(chǎn)生的振動與沖擊，提高速度規(guī)劃效率，有效地實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性和插補(bǔ)算法的高效性，可應(yīng)用于高速高精度的數(shù)控加工機(jī)床。
【專利說明】一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】中數(shù)控系統(tǒng)的速度規(guī)劃方法，具體地說是一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控系統(tǒng)的速度規(guī)劃方法對零件的加工質(zhì)量會產(chǎn)生很大影響，如果速度規(guī)劃不合理，速度和加速度瞬間發(fā)生較大的變化，容易導(dǎo)致機(jī)床產(chǎn)生振動，從而影響加工精度。常用的速度規(guī)劃方法主要有傳統(tǒng)的加減速控制方法和柔性加減速控制方法，傳統(tǒng)的加減速控制方法主要是指梯形加減速控制方法，柔性加減速控制方法主要是指S曲線加減速控制方法。
[0003]傳統(tǒng)的梯形加減速控制方法模型簡單，算法容易實現(xiàn)，機(jī)床響應(yīng)速度快，加工效率高，但是在加減速過程中加速度存在階躍變化，對機(jī)床運動產(chǎn)生沖擊，影響運動平穩(wěn)性和加工精度，因此不適合用于高速高精度數(shù)控機(jī)床。S曲線加減速控制方法加速度連續(xù)變化，加加加速度為常數(shù)，通過對加加速度進(jìn)行約束，從而限制對數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生沖擊和振動，數(shù)控運動平穩(wěn)性好，加工精度高，適用于高速高精度數(shù)控機(jī)床。一個完整的S曲線加減速控制模型由七個部分組成:加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段和減減速段。傳統(tǒng)的解決方法是根據(jù)模型進(jìn)行分段討論，但求解過程中可能要求解無理方程或高階方程，在處理時通常采用Newton-Raphson方法進(jìn)行求解(Μ.T.Lin, M.S.Tsai, H.T.Yau.Development of a dynamics-based NURBS interpolator with real-time look-aheadalgorithm.1nternational Journal of Machine Tools&Manufacture.(2007) 47:2246-2262)，這種采用搜索算法進(jìn)行求解方法，其算法效率取決于求解精度，精度要求越高，效率就越低，高精度的數(shù)值解增加算法的迭代次數(shù)，從而影響求解效率。因此，這種S曲線加減速控制模型比較復(fù)雜，運算量較大，對運動控制器的性能提出更高要求，同時大幅度地增加速度規(guī)劃的復(fù)雜性，算法運算時間長，速度規(guī)劃效率低，從而影響算法實現(xiàn)的實時性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠有效地降低數(shù)控系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床高速加工過程中產(chǎn)生的振動和沖擊，縮短S曲線加減速的速度規(guī)劃周期，實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床高速加工中的柔性加減速控制的復(fù)合式柔性速度規(guī)劃方法。該方法計算效率高、算法實現(xiàn)簡單，能夠有效地實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的運動平穩(wěn)性和插補(bǔ)算法的高效性，可應(yīng)用于高速高精度的數(shù)控機(jī)床。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明包括:數(shù)據(jù)輸入模塊、譯碼模塊、速度規(guī)劃模塊、插補(bǔ)模塊、輸出模塊，其中:數(shù)據(jù)輸入模塊將待加工零件的數(shù)控加工代碼傳給譯碼模塊，由譯碼模塊提取待加工零件的加工路徑信息，將該路徑信息傳給速度規(guī)劃模塊，在速度規(guī)劃模塊中對加工路徑采用梯形加減速進(jìn)行速度規(guī)劃，對梯形加減速規(guī)劃的速度再進(jìn)行柔性加減速處理，得到一種復(fù)合式加減速速度值，將該速度值傳給插補(bǔ)模塊，完成插補(bǔ)計算，將得到插補(bǔ)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線傳給伺服驅(qū)動器以控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工。
[0007]所述的數(shù)據(jù)輸入模塊是指數(shù)控加工代碼文件操作單元，通過數(shù)控加工代碼文件操作單元，將所選擇的數(shù)控加工文件傳遞給譯碼模塊的數(shù)控加工代碼文件讀取單元。
[0008]所述的譯碼模塊包括:數(shù)控加工代碼文件讀取單元、加工路徑信息提取單元，其中:數(shù)控加工文件讀取單元根據(jù)數(shù)控加工代碼規(guī)則對數(shù)控加工程序進(jìn)行錯誤檢查；加工路徑信息提取單元從檢查后的數(shù)控加工程序數(shù)據(jù)中提取待加工零件的加工路徑信息。
[0009]所述的梯形加減速速度規(guī)劃單元采用梯形加減速控制方法對加工路徑進(jìn)行速度規(guī)劃，根據(jù)每段加工路徑實際長度判斷梯形加減速類型，如包含加速段、勻速段和減速段。根據(jù)線段起點速度、終點速度和系統(tǒng)的最大速度確定加減速狀態(tài)，梯形加速階段的位移為:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法，包括:數(shù)據(jù)輸入模塊、譯碼模塊、速度規(guī)劃模塊、插補(bǔ)模塊、輸出模塊，其中:數(shù)據(jù)輸入模塊將待加工零件的數(shù)控加工代碼傳給譯碼模塊，由譯碼模塊提取待加工零件的加工路徑信息，將該路徑信息傳給速度規(guī)劃模塊，在速度規(guī)劃模塊中對加工路徑采用梯形加減速進(jìn)行速度規(guī)劃，再對梯形加減速規(guī)劃的速度進(jìn)行柔性加減速處理，得到一種復(fù)合式加減速的速度值，將該速度值傳給插補(bǔ)模塊，由插補(bǔ)模塊完成插補(bǔ)計算，得到插補(bǔ)數(shù)據(jù)，將插補(bǔ)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線傳給伺服驅(qū)動器以控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工； 所述的速度規(guī)劃模塊包括梯形加減速速度規(guī)劃單元和柔性處理單元，其中:梯形加減速速度規(guī)劃單元采用梯形加減速控制方法對加工路徑進(jìn)行速度規(guī)劃，柔性處理單元是對梯形加減速速度規(guī)劃的結(jié)果進(jìn)行柔性加減速處理，在梯形加減速的加速階段和減速階段分別采用柔性加減速處理，梯形加減速的勻速階段保持不變，得到一種復(fù)合式加減速控制模型，該模型由5個部分組成:加加速段、減加速段、勻速段、加減速段和減減速段，原梯形加減速的勻加速段經(jīng)處理變?yōu)樵撊嵝约訙p速的加加速段和減加速段，原梯形加減速的勻減速段經(jīng)處理變?yōu)樽兂稍撊嵝约訙p速的加減速段和減減速段，該柔性加減速的勻速階段與原梯形加減速的勻速階段保持一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法，其特征是，所述的數(shù)據(jù)輸入模塊是指數(shù)控加工代碼文件操作單元，通過數(shù)控加工代碼文件操作單元，將所選擇的數(shù)控加工文件傳遞給譯碼模塊的數(shù)控加工代碼文件讀取單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法，其特征是，所述的譯碼模塊包括:數(shù)控加工代碼文件讀取單元和加工路徑信息提取單元，其中:數(shù)控加工文件讀取單元根據(jù)數(shù)控加工代碼的規(guī)則對數(shù)控加工程序進(jìn)行錯誤檢查；加工路徑信息提取單元從檢查后的數(shù)控加工程序數(shù)據(jù)中提取待加工零件的加工路徑信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法，其特征是，所述的梯形加減速速度規(guī)劃單元采用梯形加減速控制方法對加工路徑進(jìn)行速度規(guī)劃，根據(jù)每段加工路徑實際長度判`斷梯形加減速類型，如包含加速段、勻速段和減速段；根據(jù)線段起點速度、終點速度和系統(tǒng)的最大速度確定加減速狀態(tài)，梯形加速階段的位移為:
Iv2 -V2Hf⑴ 式中S1為梯形加速階段的位移，Vfflax為系統(tǒng)的最大速度，Vs為線段的起點速度，a為梯形加減模型的加速度，梯形減速階段的位移為:(2) 式中S2為梯形減速階段的位移，Ve為線段終點速度，Vfflax為系統(tǒng)最大速度，a為梯形加減模型的加速度；根據(jù)線段的長度Slim與S2+S2的關(guān)系確定梯形加減速的運動狀態(tài)，當(dāng)sline>s2+s2時，梯形加減速具有加速段、勻速段和減速段三個運動狀態(tài)；當(dāng)slim=s2+s2時，具有加速段和減速段兩個運動狀態(tài)；當(dāng)Slim〈s2+s2時，具有加速段一個運動狀態(tài)；對梯形加減速進(jìn)行離散化處理，確定加減速過程中插補(bǔ)時間和插補(bǔ)次數(shù)，并重新計算離散插補(bǔ)所需的實際加速度和最大加速度，確定依據(jù)如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法，其特征是，所述的柔性處理單元是對梯形加減速規(guī)劃速度進(jìn)行柔性加減速處理，在梯形加減速模型的加速階段和減速階段，采用柔性加減速處理方法，得到一種復(fù)合式柔性加減速模型，根據(jù)梯形加減速模型和復(fù)合式加減模型之間的關(guān)系，兩種速度模型在A點的速度滿足如下關(guān)系:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法，其特征是，所述的插補(bǔ)模塊是指根據(jù)速度規(guī)劃單元得到每個插補(bǔ)周期的進(jìn)給速度，計算出每個插補(bǔ)周期內(nèi)合成的移動距離，并分解到參與運動的伺服軸，每個伺服軸得到每個插補(bǔ)周期的運動長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效高平穩(wěn)的數(shù)控系統(tǒng)柔性加減速控制方法，其特征是，所述的輸出模塊是指每個參與運動的伺服軸的每個插補(bǔ)周期的運動長度通過RTEX實時以太網(wǎng)總線傳給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動數(shù)控機(jī)床的運動，完成待加工零件的數(shù)控加工任務(wù)。`
【文檔編號】G05B19/41GK103728923SQ201310755342
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】張禮兵, 吳婷 申請人:嘉興學(xué)院