CN102419570B - 数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法 - Google Patents
数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法。其操作步骤如下:(1)由CAD/CAM模型的曲线数据,根据轮廓误差,截成NC曲线数据模型;(2)在NC代码的基础上,输入***参数,如插补周期T,最大速度Vmax等;(3)在此基础上进行微段整体S形速度规划及确定各段在S形速度曲线上相对应的速度(i=1:N,N为前瞻段数,即确定从第一段至第N段的速度值);(4)确定微段转接角允许通过速度(i=1:N);(5)确定转角允许速度小于规划速度的点;(6)输出加工插补点;(7)运动控制***执行以上信息,完成零件的加工。步骤(5)是在比较S形速度曲线上的速度与转接角允许通过速度的基础上确定微段加工所能通过的合理速度,进而得出一条效率最高的S形速度曲线,最后输出加工插补点至运动控制***。本发明在保证加工精度的同时,大大提高了加工的效率,而且有效地避免了机床的柔性冲击,延长了机床和刀具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种数控机床高速加工的加减速控制方法,属于数控技术领域。具体地说是一种在保证加工精度和在微段衔接点所允许通过的速度的前提下计算出一条效率最高的S形速度曲线。
背景技术
高速高精度是数控***当前的发展趋势,加减速控制是高速数控***的核心技术之一。
传统的速度规划方法是以每段小路径为研究对象, 通过假设路径段起点和终点速度为零来保证加工精度。该方法虽能保证刀具经过路径的衔接点,对于普通曲面来说加工精度和速度均可满足要求,但随着实际应用中加工曲面的日趋复杂,加工路径越来越短, 造成伺服电机频繁启停, 加大冲击与振动, 降低了加工效率, 影响了加工质量。在这种情况下,采用S形加减速规律进行前加减速插补已逐步成为数控***的主流方案。S形加减速具有加速度均匀变化的特点,兼顾了运动效率和平稳性,因更具有实用价值而日益受到青睐。但由于其模型是分段连续函数,计算量大,不易求解, 使其使用范围受到了极大的限制。因此, 如何有效地减小计算量,兼顾加工路径的几何特性等的制约,合理地进行S形速度规划就成为数控机床高速加工乃至高档数控***研发的关键问题。
发明内容
针对现有技术中数控***速度规划在加减速阶段存在圆整度突变使数控机床运动时产生剧烈机械振动,S形曲线加减速规划计算复杂的问题,本发明的目的在于提供一种在保证加工精度的同时,大大提高了加工的效率,而且有效地避免了机床的柔性冲击的数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法。
为实现上述目标,本发明的技术方案如下:
一种用于数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法,包括以下步骤:(1)由CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)模型的曲线数据,根据轮廓误差,截成NC(数字控制)曲线数据模型;(2)在NC代码的基础上,输入***参数,如插补周期T,最大速度Vmax等;(3)在此基础上进行微段整体S形速度规划及确定各段在S形速度曲线上相对应的速度 (i=1:N,N为前瞻段数,即确定从第一段至第N段的速度值);(4)确定微段转接角允许通过速度(i=1:N);(5)确定转角允许速度小于规划速度的点;(6)输出加工插补点;(7)运动控制***执行以上信息,完成零件的加工。步骤(5)是在比较S形速度曲线上的速度与转接角允许通过速度的基础上确定微段加工所能通过的合理速度,进而得出一条效率最高的S形速度曲线,最后输出加工插补点至运动控制***。
所述步骤(1)中的由CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)模型的曲线数据,根据轮廓误差,截成NC(数字控制)曲线数据模型是在经过CAD中建模之后,将模型送至CAM中进行加工,并按照一定的加工轮廓误差,本发明中取值为0.025mm,截成NC曲线数据模型。
所述步骤(2)中的在NC代码的基础上,输入***参数是在截成的NC曲线数据模型基础上,输入数控机床***参数,本发明中所需***参数为:插补周期T,最大速度Vmax,最大加速度Amax,最大加加速度Jmax,前瞻段数N。
所述步骤(3)中的微段整体S形速度曲线及各段在S形速度曲线上相对应的速度(i=1:N,N为前瞻段数)是在***生成的NC曲线数据模型基础上,根据模型上数据点值以及相邻两坐标点之间段长的计算公式计算出段长L的值,根据已知段长L、初速度vs、末速度ve模型可对前瞻段内进行计算,得到整体S形速度曲线,并得到段长L得相对应的在S形速度曲线上的速度值,具体推导如下:
完整的 S曲线加减速实现方法中,加减速的过程被分为加加速、匀加速、减加速、匀速、加减速、匀减速、减减速七个阶段,如图2所示,为了得到整段加减速曲线的模型,需要确定 到 各个阶段的时间,计算量较大,程序实现复杂,为此,本发明提出将七阶段 S曲线加减速简化为五个阶段, 即加减速过程由加加速、减加速、匀速、加减速和减减速阶段组成,如图3所示,由图可看出,与七阶段 S曲线加减速实现方法相比,虽然省略了匀加速段和匀减速段,但五阶段 S曲线加减速同样能始终保证加速度连续、速度与时间关系一阶连续、位移与时间关系二阶连续,满足柔性加减速的要求。
所述步骤(4)中的转接角允许通过速度(i=1:N)是在***生成的NC曲线数据模型基础上,根据模型上数据点值以及相邻两坐标点之间夹角的计算公式计算出夹角的值,考虑到数控***加工的插补周期T及机床所允许的最大加速度的限制,转接角允许通过速度模型如图4所示,刀具沿路径段AB加工到终点B时的进给速度为,然后进入下一个路径段BC的加工,在BC段起点处的进给速度,其与的夹角为,大小相同。由此计算在该相邻路径段连接处的加速度大小为:
(4)
上式中T为插补周期。由于数控***一般有最大的加速度限制,即:
由上式可得出对相邻路径段连接处进给速度大小的限制为:
所述的输出加工插补点是在上述计算的插补点输出至运动控制***。
运动控制***执行以上信息,完成零件的加工。
本发明与现有技术相比较,具有如下显而易见的实质性特点和优点:
附图说明
图1是本发明速度规划流程图。
图2是完整的7段S形速度曲线图。
图3是本发明所采用的5段S形速度曲线图。
图4是转接角所允许通过速度模型示意图。
图5是本发明确定速度差异点的流程图。
图6是本发明的一个实例。
图7是截成的NC曲线数据模型。
图8是所得的S形速度曲线图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图说明如下:
实施例一:
参见图1,本数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法,包括以下步骤:由CAD/CAM模型的曲线数据,截成NC曲线数据模型,在NC代码的基础上,进行微段整体计算,得出其S形速度曲线及各段在S形速度曲线上相对应的速度(i=1:N,N为前瞻段数);确定微段内转接角允许通过速度(i=1:N);确定转角允许速度小于规划速度的点;从而得出一条效率最高的S形速度曲线,最后输出加工插补点至运动控制***。
实施例二:
参见图1,图2,图3、图4和图5,本实施例与实施例一相同,特创之处如下:
所述的微段整体S形速度规划及各段在S形速度曲线上相对应的速度(i=1:N,N为前瞻段数)的确定是在数控***生成的NC代码基础上,根据模型上数据点值以及相邻两坐标点之间段长的计算公式计算出段长L的值,得到相邻两坐标点之间的段长L,根据整体段长、初速度vs、末速度ve模型可对前瞻段内进行整体计算,得出其S形速度曲线,并得到各段相对应的在S形速度曲线上的速度值,具体推导如下:
所述的转接角允许通过速度(i=1:N)的确定是在***生成的NC曲线数据模型基础上,根据模型上数据点值以及相邻两坐标点之间夹角的计算公式计算出夹角的值,考虑到数控***加工的插补周期T及机床所允许的最大加速度的限制,得:
此即为限制条件下所允许的最大临界通过速度,只有当实际通过速度小于或等于此速度时,才为各段的可行通过速度。
分别对1:段和:N段进行整体计算,得出其S形速度曲线,重新得到各段在S形速度曲线上相对应的速度,各段的值不变;当S形速度曲线上各段相对应的速度 时,此时所得的速度曲线即为规划的效率最高的S形速度曲线;
实施例三:
本数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法,以S形加减速速度规律曲线模型为基础,综合考虑各段在S形速度曲线上相对应的速度(i=1:N,N为前瞻段数)、微段转接角允许通过速度(i=1:N)的影响,确定微段加工所能通过的合理速度,从而得出一条效率最高的S形速度曲线。本发明方案如图1所示:
根据输入的工件加工数据,在数控***生成的NC代码基础上,首先根据已知条件(微段段长L,初始速度vs, 末速度ve)对前瞻段内进行整体计算,得出其S 形速度曲线,同时可得微段内各段在S形速度曲线上所对应的速度值,然后进行各段所允许通过速度的计算,综合考虑机床***参数(如机床插补周期T,最大速度Vmax, 最大加速度,最大加加速度Jmax,前瞻段数N)的影响,并考虑相邻路径段连接角的约束条件,得出连接角所允许通过的速度。对于前瞻段数为N的微段,比较各段的、值,若各段的值,则S形速度曲线图上各段的速度都是在限制条件下所能达到的速度,即此S形速度曲线为所规划的效率最高的速度曲线。否则取出在曲线速度规划中不满足 点进行整体S形速度规划,重新得到各段在S形速度曲线上相对应的速度,各段的值不变;当S形速度曲线上各段相对应的速度 时,此时所得的速度曲线即为规划的效率最高的S形速度曲线;最终得到的S形速度曲线即为满足段内允许速度、相邻转接角约束条件下所能得到的可以实现的最大效率的速度曲线图。
图6为本发明的一个实例,根据本发明实施步骤,(1)由CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)模型的曲线数据,根据轮廓误差,截成NC(数字控制)曲线数据模型是在经过CAD中建模之后,将模型送至CAM中进行加工,并按照一定的加工轮廓误差,本发明中取值为0.025mm,截成NC曲线数据模型。如图7所示;(2)在NC代码的基础上,输入***参数,本发明中所需***参数为:插补周期T=0.004s,最大速度Vmax=250mm/s,最大加速度Amax=3535.5mm/s^2,最大加加速度Jmax=50000mm/s^3,前瞻段数N=15;(3)***生成的NC曲线数据模型基础上,根据模型上数据点值以及相邻两坐标点之间段长的计算公式计算出段长L的值,其L值具体如下:L=[0.019 2.056 0.056 2.171 0.066 1.457 0.064 1.302 0.064 1.26 0.095 2.622 0.117 2.823 0.073];并得值,=[4.96 108.73 110.16 145.17 145.81 155.64 155.90 158.29 158.27 155.24 154.79 128.28 126.25 12.39 0];(4)在***生成的NC曲线数据模型基础上,根据模型上数据点值以及相邻两坐标点之间夹角的计算公式计算出夹角的值,=[1.98 0.872 1.297 1.292 1.242 1.396 1.042 1.366 1.05 1.909 1.702 2.206 2.286 1.629],并得值,=[4.6508 250 14.0756 250 16.5927 250 15.8823 250 16.1012 250 23.8657 250 29.3310 250 18.3746];(5)确定转角允许速度小于规划速度的点,本实例中为1、3、5、7、9、11、13点;根据实施例二中速度差异点的计算方法,得最终的速度曲线图如图8所示;(6)将上述曲线中的速度值输出至运动控制***;(7)运动控制***执行指令,完成零件的加工。
Claims (6)
1.一种数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法,其特征在于:操作步骤如下:(1)由CAD/CAM模型的曲线数据,根据轮廓误差,截成NC曲线数据模型;(2)在NC代码的基础上,输入***参数-插补周期T和最大速度Vmax;(3)在此基础上进行微段整体S形速度规划及确定各段在S形速度曲线上相对应的速度 ,i=1:N,N为前瞻段数,即确定从第一段至第N段的速度值;(4)确定微段转接角允许通过速度,i=1:N;(5)确定转角允许速度小于规划速度的点;(6)输出加工插补点;(7)运动控制***执行以上信息,完成零件的加工;步骤(5)是在比较S形速度曲线上的速度与转接角允许通过速度的基础上确定微段加工所能通过的合理速度,进而得出一条效率最高的S形速度曲线,最后输出加工插补点至运动控制***。
2.根据权利要求1所述的数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法,其特征在于:所述步骤(1)中的由CAD/CAM模型的曲线数据,根据轮廓误差,截成NC曲线数据模型是在经过CAD中建模之后,将模型送至CAM中进行加工,并按照设定的加工轮廓误差0.025mm,截成NC曲线数据模型。
6.根据权利要求5所述的数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法,其特征在于:所述步骤(6)中的输出加工插补点是在所述规划的效率最高的S形速度曲线的基础上将插补点输出至运动控制***。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108037737A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-15 | 苏州谷夫道自动化科技有限公司 | 快速响应的点到点s形速度规划方法 |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102722140B (zh) * | 2012-06-21 | 2013-12-25 | 中国科学院数学与***科学研究院 | 基于s曲线加减速控制的多周期拐角小直线段插补方法 |
CN102799146B (zh) * | 2012-08-08 | 2013-08-28 | 成都乐创自动化技术股份有限公司 | 用于数控设备控制***的s形加减速控制的速度规划方法 |
CN102945020B (zh) * | 2012-10-23 | 2015-03-11 | 北京配天技术有限公司 | 速度前瞻的方法及其数控装置、数控*** |
CN103076759B (zh) * | 2012-12-31 | 2015-02-11 | 北京配天技术有限公司 | 一种获取数控***的s型曲线的方法及其装置 |
CN103246237B (zh) * | 2013-05-23 | 2015-06-03 | 南京工业大学 | 基于局部结束点的数控***速度控制方法 |
CN103246236B (zh) * | 2013-05-23 | 2016-01-27 | 南京工业大学 | 一种考虑小直线段和连接点速度的数控***速度控制方法 |
CN103454978B (zh) * | 2013-08-30 | 2016-03-02 | 成都乐创自动化技术股份有限公司 | 点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法 |
CN103760830B (zh) * | 2014-02-11 | 2016-04-13 | 苏州新代数控设备有限公司 | 自动调整加工速度的计算机数值控制*** |
CN103823413B (zh) * | 2014-03-11 | 2016-08-17 | 成都乐创自动化技术股份有限公司 | 一种速度规划方法 |
CN105759726B (zh) * | 2016-03-22 | 2018-04-10 | 大连理工大学 | 基于轮廓误差约束的自适应曲线插补方法 |
CN107203191B (zh) * | 2017-06-27 | 2019-08-02 | 河南工业大学 | 多伺服***预演协同控制***及控制方法 |
EP3444687A1 (de) * | 2017-08-14 | 2019-02-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zum betrieb einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine sowie werkzeugmaschine dazu |
CN109426151B (zh) * | 2017-09-01 | 2021-07-09 | 沈阳高精数控智能技术股份有限公司 | 基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法 |
CN109416529B (zh) * | 2017-12-19 | 2021-12-07 | 深圳配天智能技术研究院有限公司 | 数控***、具有存储功能的装置及nurbs曲线插补方法 |
CN108958169B (zh) * | 2018-07-27 | 2021-04-06 | 山东大学 | 一种基于s曲线的pvt控制方法 |
JP2021002194A (ja) * | 2019-06-21 | 2021-01-07 | ファナック株式会社 | 数値制御装置、cnc工作機械、数値制御方法及び数値制御用プログラム |
CN112650145B (zh) * | 2020-12-24 | 2022-01-14 | 苏州谋迅智能科技有限公司 | S形速度曲线自适应合并评估方法 |
CN113467368A (zh) * | 2021-07-15 | 2021-10-01 | 苏州谋迅智能科技有限公司 | S形速度曲线的调整方法 |
CN114035513B (zh) * | 2021-09-28 | 2024-07-02 | 苏州谋迅智能科技有限公司 | S形速度曲线前瞻规划方法和装置、存储介质和计算设备 |
CN115816158B (zh) * | 2023-02-16 | 2023-04-25 | 成都大金航太科技股份有限公司 | 任意角转接加工控制***及复杂零件非标角转接加工方法 |
CN117891210B (zh) * | 2024-03-14 | 2024-06-25 | 济南邦德激光股份有限公司 | 基于s曲线加减速最大可达速度的运动控制方法及设备 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101510087A (zh) * | 2009-01-21 | 2009-08-19 | 西安交通大学 | 微小线段高速加工的前瞻自适应速度控制方法 |
CN101957611A (zh) * | 2009-07-16 | 2011-01-26 | 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 | 样条曲线实时插补方法 |
DE102009044348A1 (de) * | 2009-10-28 | 2011-08-18 | Delta Electronics, Inc. | Werkzeugbahnberechnungsvorrichtung für numerisch gesteuertes System und Verfahren zum Betreiben desselben |
-
2011
- 2011-09-29 CN CN 201110299209 patent/CN102419570B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101510087A (zh) * | 2009-01-21 | 2009-08-19 | 西安交通大学 | 微小线段高速加工的前瞻自适应速度控制方法 |
CN101957611A (zh) * | 2009-07-16 | 2011-01-26 | 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 | 样条曲线实时插补方法 |
DE102009044348A1 (de) * | 2009-10-28 | 2011-08-18 | Delta Electronics, Inc. | Werkzeugbahnberechnungsvorrichtung für numerisch gesteuertes System und Verfahren zum Betreiben desselben |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108037737A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-15 | 苏州谷夫道自动化科技有限公司 | 快速响应的点到点s形速度规划方法 |
CN108037737B (zh) * | 2017-12-19 | 2020-08-18 | 苏州谷夫道自动化科技有限公司 | 快速响应的点到点s形速度规划方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102419570A (zh) | 2012-04-18 |
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