数控加工微小线段平滑过渡及速度前瞻控制研究
发布时间：2022-01-15 13:13
高速高精数控技术是装备制造业的关键技术,对制造业整体水平的提升起着至关重要的作用。在数控加工中,加工零件的复杂型面广泛将用连续微小线段描述。针对连续微小线段加工路径几何不连续,引起加工过程中机床进给速度、加速度突变的问题,本文在现有技术的基础上,围绕加减速控制算法、微小线段间的平滑过渡算法以及速度前瞻控制展开研究。论文首先研究了几种常见的加减速控制算法（直线加减速控制算法、指数加减速控制算法、三角函数加减速控制算法、三次多项式加减速控制算法以及S型加减速控制算法）的原理及函数表达式,并比较了它们的优缺点,讨论了如何根据需求选择合适的加减速控制算法。其次,研究了直接过渡算法、线段过渡算法、圆弧过渡算法以及三次Bezier曲线过渡算法实现原理。针对这几种过渡算法存在的缺点,提出轴速度调节过渡算法,在各轴的速度、加速度以及加加速度限制在系统约束范围内,实现微小线段间的高速平滑过渡。继而,为了得到全局最优转接速度,实现速度整体的优化,提出一种自适应速度前瞻控制算法,采用非固定前瞻段数的形式,确保面对复杂多变的加工路径时具有更好的适应性。通过前后修正调整转接速度,保证了每个加工线段两端进给速度的...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直线加减速控制算法曲线
第2章加减速控制算法研究11完整直线加减速控制首先在匀加速阶段以最大加速度从初始速度匀加速至最大速度；随后在匀速阶段维持最大速度运动；最后在匀减速阶段以最大加速度减速至结束速度，并达到目标位置完成加工。其运动学关系如图2.1所示。直线加减速控制算法加速度函数表达式如下：max112max230()0tattatttattt(2.1)速度函数表达式为：max11max12maxmax3230()svattvtvtttvattt(2.2)位移函数表达式为2max112max1max212222max1323312320.50()0.540.522attstaTatttaTTTTttt(2.3)其中，maxa为最大加速度，maxv为最大进给速度，sv为初始速度，T1、T2和T3分别表示匀加速时间、匀速时间和匀减速时间，(1,2,3)iti为各阶段的过渡时间，(1,2,3)ii表示i1tt。图2.2直线加减速控制算法速度模型
第2章加减速控制算法研究132.2(c)所示，此时各阶段时间为：221222322420224essessevvaLvTaaTvvaLvvTa(2.8)将根据不同情况下求得的各阶段花费时间代入式(2.1)-(2.3)中即可得到其函数曲线。由上述分析直线加减速控制的过程可知，此算法的计算过程简单，运算时间少，响应迅速。但在另一方面，其整个加工过程中加速度跳跃变化即加速度不连续，将会造成机床的运动轴驱动系统产生不同程度的热振动以及噪声。此外，速度的过渡不平滑，影响加工精度。因此，在实际加工过程中，直线加减速控制算法常常用于启停、进退刀等辅助操作当中。2.2指数加减速控制算法研究指数加减速控制算法是一种从起始速度加速至最大速度与最大速度减速至结束速度的过渡皆为指数规律的加减速控制方法。一个完整的指数加减速控制有三个阶段：加速阶段、匀速阶段以及减速阶段[44]，其运动学关系如图2.3所示。图2.3指数加减速控制算法曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PC与Linux的开放式数控系统配置功能研究[J]. 林靖杰,林述温. 电气开关. 2019(01)
[2]中国机床工业40年[J]. 陈惠仁. 经济导刊. 2019(02)
[3]数控技术的国内外分析与发展趋势的展望[J]. 周晓枫,王子伟,张天赋,张兆夕. 中国设备工程. 2018(16)
[4]基于Bézier曲线的小直线段局部转接光顺研究[J]. 张勇,叶佩青,肖建新,张辉. 机械工程学报. 2018(19)
[5]基于圆弧过渡的五段S型加减速算法[J]. 司慧晓,吴文江,李浩. 组合机床与自动化加工技术. 2017(03)
[6]智能制造新模式下“中国制造”面临的机遇和挑战[J]. 伏琳. 机床与液压. 2016(09)
[7]国内外数控系统技术研究现状与发展趋势[J]. 蔡锐龙,李晓栋,钱思思. 机械科学与技术. 2016(04)
[8]数控技术发展状况及策略综述[J]. 叶佩青,张勇,张辉. 机械工程学报. 2015(21)
[9]一种小线段平滑过渡轨迹控制算法的实现[J]. 林峰,郑力新. 成都大学学报(自然科学版). 2015(03)
[10]聚焦俄罗斯国际机床展览会[J]. 单希强,周敏森,符祚钢,李继运,王黎明. 世界制造技术与装备市场. 2014(04)
博士论文
[1]微小线段高速加工的轨迹优化建模及前瞻插补技术研究[D]. 金永乔.上海交通大学 2015
[2]基于特征的复杂工件数控加工关键技术研究[D]. 彭健钧.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2012
[3]CNC系统运动平滑处理与轮廓误差研究[D]. 孙建仁.兰州理工大学 2012
[4]数控系统速度前瞻控制算法及其实现[D]. 王海涛.南京航空航天大学 2011
[5]高平稳数控运动控制算法与系统软件开发方法研究[D]. 何均.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]基于开放式数控的智能换刀系统研究[D]. 李宏宇.哈尔滨理工大学 2019
[2]基于Cardinal样条曲线的微小线段间平滑过渡算法的设计与实现[D]. 袁家兰.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2018
[3]数控系统的加减速控制及在高速加工中的应用[D]. 赵翔宇.兰州交通大学 2015
[4]数控加工前瞻控制技术及应用[D]. 金越.哈尔滨工业大学 2009
[5]数控系统柔性加减速控制方法研究及软件开发[D]. 李晓辉.浙江大学 2007
[6]CNC数控系统加减速控制方法研究与实现[D]. 商允舜.浙江大学 2006
本文编号：3590677
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直线加减速控制算法曲线
第2章加减速控制算法研究11完整直线加减速控制首先在匀加速阶段以最大加速度从初始速度匀加速至最大速度；随后在匀速阶段维持最大速度运动；最后在匀减速阶段以最大加速度减速至结束速度，并达到目标位置完成加工。其运动学关系如图2.1所示。直线加减速控制算法加速度函数表达式如下：max112max230()0tattatttattt(2.1)速度函数表达式为：max11max12maxmax3230()svattvtvtttvattt(2.2)位移函数表达式为2max112max1max212222max1323312320.50()0.540.522attstaTatttaTTTTttt(2.3)其中，maxa为最大加速度，maxv为最大进给速度，sv为初始速度，T1、T2和T3分别表示匀加速时间、匀速时间和匀减速时间，(1,2,3)iti为各阶段的过渡时间，(1,2,3)ii表示i1tt。图2.2直线加减速控制算法速度模型
第2章加减速控制算法研究132.2(c)所示，此时各阶段时间为：221222322420224essessevvaLvTaaTvvaLvvTa(2.8)将根据不同情况下求得的各阶段花费时间代入式(2.1)-(2.3)中即可得到其函数曲线。由上述分析直线加减速控制的过程可知，此算法的计算过程简单，运算时间少，响应迅速。但在另一方面，其整个加工过程中加速度跳跃变化即加速度不连续，将会造成机床的运动轴驱动系统产生不同程度的热振动以及噪声。此外，速度的过渡不平滑，影响加工精度。因此，在实际加工过程中，直线加减速控制算法常常用于启停、进退刀等辅助操作当中。2.2指数加减速控制算法研究指数加减速控制算法是一种从起始速度加速至最大速度与最大速度减速至结束速度的过渡皆为指数规律的加减速控制方法。一个完整的指数加减速控制有三个阶段：加速阶段、匀速阶段以及减速阶段[44]，其运动学关系如图2.3所示。图2.3指数加减速控制算法曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PC与Linux的开放式数控系统配置功能研究[J]. 林靖杰,林述温. 电气开关. 2019(01)
[2]中国机床工业40年[J]. 陈惠仁. 经济导刊. 2019(02)
[3]数控技术的国内外分析与发展趋势的展望[J]. 周晓枫,王子伟,张天赋,张兆夕. 中国设备工程. 2018(16)
[4]基于Bézier曲线的小直线段局部转接光顺研究[J]. 张勇,叶佩青,肖建新,张辉. 机械工程学报. 2018(19)
[5]基于圆弧过渡的五段S型加减速算法[J]. 司慧晓,吴文江,李浩. 组合机床与自动化加工技术. 2017(03)
[6]智能制造新模式下“中国制造”面临的机遇和挑战[J]. 伏琳. 机床与液压. 2016(09)
[7]国内外数控系统技术研究现状与发展趋势[J]. 蔡锐龙,李晓栋,钱思思. 机械科学与技术. 2016(04)
[8]数控技术发展状况及策略综述[J]. 叶佩青,张勇,张辉. 机械工程学报. 2015(21)
[9]一种小线段平滑过渡轨迹控制算法的实现[J]. 林峰,郑力新. 成都大学学报(自然科学版). 2015(03)
[10]聚焦俄罗斯国际机床展览会[J]. 单希强,周敏森,符祚钢,李继运,王黎明. 世界制造技术与装备市场. 2014(04)
博士论文
[1]微小线段高速加工的轨迹优化建模及前瞻插补技术研究[D]. 金永乔.上海交通大学 2015
[2]基于特征的复杂工件数控加工关键技术研究[D]. 彭健钧.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2012
[3]CNC系统运动平滑处理与轮廓误差研究[D]. 孙建仁.兰州理工大学 2012
[4]数控系统速度前瞻控制算法及其实现[D]. 王海涛.南京航空航天大学 2011
[5]高平稳数控运动控制算法与系统软件开发方法研究[D]. 何均.南京航空航天大学 2010
硕士论文
[1]基于开放式数控的智能换刀系统研究[D]. 李宏宇.哈尔滨理工大学 2019
[2]基于Cardinal样条曲线的微小线段间平滑过渡算法的设计与实现[D]. 袁家兰.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2018
[3]数控系统的加减速控制及在高速加工中的应用[D]. 赵翔宇.兰州交通大学 2015
[4]数控加工前瞻控制技术及应用[D]. 金越.哈尔滨工业大学 2009
[5]数控系统柔性加减速控制方法研究及软件开发[D]. 李晓辉.浙江大学 2007
[6]CNC数控系统加减速控制方法研究与实现[D]. 商允舜.浙江大学 2006
本文编号：3590677
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