激光切割速度规划算法研究

发布时间：2020-06-02 13:27

【摘要】：激光切割数控系统工作过程中,由于路径曲线中尖角点和高曲率点的影响,若进给速度控制不当,则会引起加工零件表面打孔、机床抖动或过切现象。因此,本文提出了一种改进型的前瞻速度规划算法,实现了这些危险点处的速度平稳过渡,取得了加工效率提高近四成的成果。本文针对加减速速度控制算法、连续小线段连接点速度约束算法和自适应前瞻速度规划算法这三个方面展开了研究。加减速速度控制算法是前瞻速度规划算法的基础。本文首先研究了传统加减速控制算法的实现原理,并分析比较了其优劣性。基于实际数控系统减速度特性,在传统梯形加减速速度控制算法的基础上创造性地提出了一种非对称梯形加减速速度控制算法。加工路径曲线往往要处理成离散的首尾相连的连续小线段,本文阐述了线段连接点处的不同过渡形式及对应的速度约束方程,选取了连接点的直接过渡形式的速度约束算法,并且对该算法的误差做了简明的分析。详细阐述了自适应前瞻速度规划算法的具体设计和实现过程,包括速度前瞻策略的基本原理分析、自适应前瞻过程中前瞻段数的自动捕获、连续小线段起始速度和终止速度的优化和修正。实现了进给速度的动态前瞻,可以准确预知减速点位置,实时对进给速度进行加减速处理。论文最后通过对局部加工曲线采取自适应速度规划算法进行处理得到的计算数据和实验仿真。与未采取前瞻速度规划算法和前瞻段数固定为两段的前瞻策略进行对比分析,验证了本文提出的改进型速度前瞻速度规划算法的正确性。
【图文】：

过程图,数控系统,过程,速度规划

图 1-1 数控系统的加工过程此外，由于激光功率大，能量高，如果切割速度过小，轻则只是影响加工效率，重则将会对工件造成不可逆的损伤，如果切割速度过大，可能会产生过切现象。综上所述，合理的速度规划是五轴激光切割数控系统中一个至关重要的内容。1.1.3 课题来源本课题以实习单位合作项目为背景，课题源于南京世奥自动化有限控制公司合作项目五轴联动水切割数控系统的开发。目的是通过本课题的研究，开发出一套适合于激光切割的速度规划算法。1.2 数控系统的发展趋势随着机械制造技术、电子工程技术、计算机技术等的快速发展，以及家居市场、汽车行业、煤炭挖掘、航天工业等的迫切需求，数控机床的舞台越来越大。

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者圆弧组成的，刀具的加工轨迹不是严格的按照原始的曲线运行，而是用大量的小线段构成的折线来逼近原始的加工路径曲线，这实际上是一个数据密化的过程，称之为插补[34][35][36]。在数控机床的运动控制原理中，主要包括速度规划算法和数控插补算法这两个方面。根据两者之间的先后次序，我们把速度规划算法划分为插补前速度规划控制和插补后速度规划控制两种。如果在数控插补之前做速度控制，则称之为插补前速度规划，即前加减速速度控制算法。如果在数控插补之后做速度规划，则称之为插补后速度规划，即后加减速速度控制算法。2.1 前加减速速度控制算法在数控系统加工过程中，每个插补周期都有对应的瞬时速度，其工作状态稳定时，即匀速运动时每插补一个周期时的进给量称为稳定速度。这两个速度也是我们做速度规划是需要计算出来的。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN249

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