[發明專利]一種用于數控機床加減速的控制方法

無效

• 申請號: 201110427583.2
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN103163838A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 趙偉;王龍文;張曉輝
• 申請（專利權）人: 上海三一精機有限公司
• 主分類號: G05B19/416
• 分類號: G05B19/416
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 李蘭英

技術領域

本發明涉及一種加減速的控制方法，特別是涉及一種用于數控機床加減速的控制方法。

背景技術

通常，數控機床(CNC)在CAM系統的后處理器將復雜路徑按加工精度的要求分解成一系列的微路徑段(如直線段或圓弧段)，再由數控系統中的各相關插補器對每一特定的微路徑段進行插補運算。為了保證工件精度，在微小路徑段之間要進行加減速處理。常規的加減速控制方法是以每一小路徑段為研究對象，并使每段起始和末尾速度都為零。這種方法勢必造成系統頻繁啟停、速度緩慢、效率低和加工質量差。在CNC裝置中，為了保證機床在啟動或停止時不產生沖擊、失步、超程或振蕩，必須對進給電機的脈沖頻率或電壓進行加減速控制。即在機床加速啟動時，保證加在電機上的脈沖頻率或電壓逐漸增加；而當機床減速停止時。保證加在電機上的脈沖頻率或電壓逐漸減小。

在高速加工中，由于進給速度很快，為充分利用機床的有效工作行程，必須要求各坐標運行部件能在極短的時間內達到給定的速度，并能在高速運行中快速準確地停止在預定位置，較高的加速度下要考慮到機床的承受能力；在高精度加工中，高精度機床長期使用過程中的精度保持更為重要，不僅需要對加速度進行限制，加加速度最好能夠連續。不對機床的加減速動態過程進行合理的控制，必將給機床結構帶來很大的沖擊，容易引起刀具振動和斷刀，降低加工精度。

目前經濟型數控系統大都采用傳統的直線加減速和指數加減速控制方法。例如，中國專利申請號201010169651.5提供的“一種基于前瞻-濾波技術的多程序段連續加減速控制方法”，是一種根據輸入的工件加工程序數據進行前瞻規劃，確定各程序段的前瞻規劃數據，利用各程序段的規劃參數進行相應的直線加速度規劃，按照規劃參數求解算法完成對各程序段間的轉接點速度。其優點是：算法簡單，實施容易；缺點是：啟動和結束時存在加速度突變，易產生沖擊。

一些高檔的數控系統采用基于S曲線的加減速控制方法，通過漸變控制各段的加速度使其加減速過程的速度按S型曲線的形式平滑地變化，從而達到減少沖擊的目的。例如，中國專利申請號為200510047806.7提供的“一種用于數控機床的加減速控制方法”，是一種可根據加速度、速度和位移之間的積分關系進行處理的S形曲線加減速控制方法。該法能較好的克服傳統加減速控制方法的缺點，但算法比較復雜，對硬件性能要求較高，對加工過程中涉及到的其它匹配算法要求多，因而實現難度較大，且其加加速度不連續。

計算機輔助設計系統CAD設計的直線/曲線，在經由計算機輔助制造CAM軟件將數學模型轉換成數控加工代碼時，將根據輪廓誤差Δ的要求，用連續微段逼近原直線/曲線。當加工精度要求高時，Δ很小，因此產生大量的微直線段，這些直線段的段長很短、數量很多，稱為微段。通常數控系統在微段加工中須進行頻繁加減速，因此加工過程存在精度和速度的矛盾。為了實現對機床的平滑運行控制，就需要進行速度控制，使加工過程中的速度隨時間而按給定規律變化，不同的速度控制方法會對系統的響應速度和位置的誤差產生較大的影響。而響應快速性和位置準確性又是數控機床效率和精度的保證。

傳統的加減速控制是直接將電機的起跳速度作為微段的始末速度，以指令速度作為最高速度，即加減速在一個微段內完成。這種控制方法簡單，但會導致系統頻繁啟停，對以微段為主的零件加工，不可能達到較高的進給速度；此外，由于頻繁地啟停，影響機床運行的平穩性，從而影響零件的表面加工質量和機床性能。

采用多項式位移曲線的控制方法，其多項式位移曲線表達式簡單，位移、速度、加速度和加加速度滿足導數關系，運行特性控制曲線可通過求導依次獲得。由于階數越高，控制曲線就越復雜，計算量也越大。而最基本的是三次速度控制曲線，即四次位移曲線，它可以保證速度，加速度的連續，同時階次較低，計算不是很復雜；但是加加速度不連續，當高精度機床對加加速度的連續性有要求時，采用傳統的多項式曲線就必須考慮使用五次位移曲線，從而得到二次加加速度曲線，增加了計算量和實現的復雜性。

現有技術中，對于曲線控制模型，所利用的三次多項式表達式為：位移曲線s(t)、速度曲線v(t)、加速度曲線a(t)以及加加速度J(t)曲線，分別寫成：

s(t)＝x₀+x₁t+x₂t²+x₃t³+x₄t⁴