數(shù)控加工正朝著高速高效方向發(fā)展。在高速加工中苹粟，一方面由于進(jìn)給速度很快在刺，為充分利用機(jī)床的有效工作行程(一般只有數(shù)百毫米)，必須要求各坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)部件能在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到給定的速度并能在高速行程中瞬間停準(zhǔn)晋南。另一方面惠猿，由于高速加工的切削時(shí)間縮短，換刀間隔縮短负间，機(jī)床運(yùn)動(dòng)啟停頻繁偶妖，因此，縮短運(yùn)動(dòng)部件啟停的過渡過程時(shí)間政溃，也將具有重要意義趾访。上述兩方面要求歸結(jié)到一點(diǎn)态秧，就是要求機(jī)床運(yùn)動(dòng)具有極短的加減速過渡過程。然而腹缩，如果僅從時(shí)間上去考慮縮短過渡過程屿聋，而不對(duì)機(jī)床的加減速動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行合理的控制，必將給機(jī)床結(jié)構(gòu)帶來很大沖擊藏鹊，輕者將使其難以正常工作润讥，重者將損傷機(jī)床零部件。因此仅莲，如何保證在機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的前提下跛脾，實(shí)現(xiàn)以過渡過程時(shí)間最短為目標(biāo)的最優(yōu)加減速控制規(guī)律，使機(jī)床具有滿足高速加工要求的優(yōu)良加減速特性辉茴，已成為現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)研究開發(fā)中亟待解決的關(guān)鍵問題之一癣跟。
為解決此問題，一方面要求數(shù)控系統(tǒng)能因機(jī)而異女骗、因時(shí)而異來動(dòng)態(tài)確定加景顷、減速控制規(guī)律(即動(dòng)態(tài)選擇或生成與具體情況相適應(yīng)的加減速曲線)。另一方面镣逃，需在控制系統(tǒng)中采用特殊方法來實(shí)現(xiàn)這種動(dòng)態(tài)規(guī)律(多變的加强男、減速曲線)。顯然撼遵，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)采用的固定加減速控制方法是無法實(shí)現(xiàn)這一要求的眨仪。為此，本文根據(jù)開放式結(jié)構(gòu)控制的思想甜杰，提出一種可根據(jù)任意曲線對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)加減速控制的方法柑爸。這種方法將自動(dòng)加減速控制由傳統(tǒng)的固定模式推向新的柔性模式，為有效提高數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能探索出一條新的途徑盒音。
1 柔性加減速控制的基本思想
傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中表鳍，一般由系統(tǒng)程序直接實(shí)現(xiàn)特定的(如直線、指數(shù)曲線等)自動(dòng)加減速控制功能祥诽。在這一方式下譬圣，要對(duì)系統(tǒng)的加減速特性作大的改變或增加新的加減速控制規(guī)律必須修改數(shù)控系統(tǒng)程序，因而普通用戶無法按自己的意愿使數(shù)控機(jī)床具有最佳的加減速性能原押。與此相反胁镐，本文提出的柔性加減速控制方法則采用數(shù)據(jù)庫的原理偎血，將加減速控制分為加減速描述與實(shí)施兩部分诸衔，并將加減速描述與系統(tǒng)程序相分離。這樣颇玷，若要改變系統(tǒng)的加減速控制規(guī)律只需獨(dú)立地修改加減速描述數(shù)據(jù)笨农，而不需要修改數(shù)控系統(tǒng)程序就缆，從而為用戶提供一種可按自己的實(shí)際情況方便地改變系統(tǒng)的加減速性能的新方法。在這一新的控制方式下谒亦，數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)加減速控制功能將具有高度柔性并對(duì)用戶完全開放资担。
為做到加減速的計(jì)算和控制過程與加減速曲線形狀無關(guān)，本文以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的形式來獨(dú)立存儲(chǔ)加減速曲線炬费。即將給定的加踱孕、減速曲線或自動(dòng)生成的加、減速曲線進(jìn)行數(shù)字化處理艾蜓，得到其離散形式将窗，并將其以數(shù)表形式動(dòng)態(tài)存放于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)的加、減速曲線庫中零反。在數(shù)控系統(tǒng)軟件中泻畏，則設(shè)計(jì)一條通用的與加減速數(shù)據(jù)庫內(nèi)容(曲線形狀)無關(guān)的控制通道，由其獨(dú)立完成加減速計(jì)算和軌跡控制迫讨。該方法的實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示委丈。
圖中，加減速曲線庫中存放著用戶給定或系統(tǒng)自動(dòng)生成的加減速曲線凤阱。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)什偷，首先根據(jù)數(shù)據(jù)處理模塊給出的有關(guān)控制數(shù)據(jù)和來自檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)的機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行加減速分析。如需加減速控制籍胯，則通知曲線選擇模塊從加減速曲線庫中選出最合適的加減速曲線竟闪，并發(fā)出加減速控制指令給加減速計(jì)算模塊，由其根據(jù)所選定的加減速曲線計(jì)算出當(dāng)前采樣周期的瞬時(shí)速度杖狼。進(jìn)一步由插補(bǔ)軌跡計(jì)算模塊生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡炼蛤，并發(fā)出刀具運(yùn)動(dòng)指令送往驅(qū)動(dòng)裝置，最后由驅(qū)動(dòng)裝置以希望的加減速控制規(guī)律驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)蝶涩，從而使機(jī)床運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性達(dá)到最佳理朋。
下面具體討論該環(huán)境下自動(dòng)加減速的實(shí)現(xiàn)過程。
2 柔性自動(dòng)加速控制
設(shè)給定的加速曲線(解析曲線或非解析曲線)如圖2所示绿聘，現(xiàn)將其作為樣板以數(shù)表的形式存放于加減速曲線庫中嗽上。圖中，fd為加速過程進(jìn)給速度總改變量(以下將其稱為樣板速度差)熄攘，td為加速過程所需時(shí)間(樣板加速時(shí)間)兽愤。根據(jù)加速曲線數(shù)表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速控制的過程如下：
首先，根據(jù)數(shù)控加工的初始進(jìn)給速度F1挪圾，加速過程結(jié)束后的希望進(jìn)給速度F2,求出加速過程速度差FD=F2-F1浅萧，并據(jù)此計(jì)算出實(shí)際速度差與樣板速度差的比值
然后，根據(jù)加速開始到當(dāng)前時(shí)刻所經(jīng)過的采樣周期個(gè)數(shù)n哲思，計(jì)算出查表時(shí)間
式中 T——采樣周期
根據(jù)tn查加速曲線表可得樣板速度增量fn版挣。由此可計(jì)算出經(jīng)過n個(gè)插補(bǔ)周期后實(shí)際速度的改變量
進(jìn)一步蔓酣，將求出的n周期速度改變量DFn代入下式，求出當(dāng)前采樣周期的實(shí)際進(jìn)給速度
最后婆裹，根據(jù)所求得的Fi計(jì)算當(dāng)前采樣周期中插補(bǔ)直線段的長(zhǎng)度载甸，并據(jù)此進(jìn)行軌跡計(jì)算，即可實(shí)現(xiàn)滿足圖2曲線要求的自動(dòng)加速控制乱险。
3 柔性自動(dòng)減速控制
設(shè)給定的減速曲線如圖3所示齐犀，如同加速控制一樣將其作為樣板以數(shù)表的形式存放于加減速曲線庫中。根據(jù)減速曲線數(shù)表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減速控制的過程如下：
首先石检，根據(jù)數(shù)控加工的初始進(jìn)給速度F1堕圾，減速過程結(jié)束后的希望進(jìn)給速度F2，求出減速過程速度差FD=F1-F2勾奇。
然后谁昵，按照與加速控制相同的過程由式(1)、(2)求出查表時(shí)間tn摆野，并查減速曲線表得樣板速度增量fn夭寺。由此可計(jì)算出經(jīng)過n個(gè)插補(bǔ)周期后實(shí)際速度的改變量
進(jìn)一步，將求出的n周期速度改變量DFn代入下式裆站，求出當(dāng)前采樣周期的實(shí)際進(jìn)給速度
最后条辟，根據(jù)Fi計(jì)算當(dāng)前采樣周期中插補(bǔ)直線段的長(zhǎng)度，并據(jù)此進(jìn)行軌跡計(jì)算宏胯，即可實(shí)現(xiàn)滿足圖3曲線要求的自動(dòng)減速控制羽嫡。
對(duì)于自動(dòng)減速控制，減速前還需預(yù)測(cè)減速點(diǎn)肩袍，以決定何時(shí)開始減速杭棵。確定減速點(diǎn)的依據(jù)是減速距離s，其計(jì)算公式為
式中 F1氛赐、F2——當(dāng)前進(jìn)給速度和減速過程結(jié)束后的進(jìn)給速度
fd——減速曲線樣板速度差
td——樣板減速時(shí)間
sd——樣板減速距離
計(jì)算實(shí)際減速距離s時(shí)魂爪，所需的樣板減速距離sd可通過下式以離線方式預(yù)先求出，并存儲(chǔ)于加減速數(shù)據(jù)庫中艰管。
式中 fi——樣板減速曲線f(t)的離散取值
Dt——數(shù)值積分的時(shí)間增量
4 結(jié)束語
合理的自動(dòng)加減速控制是保證數(shù)控機(jī)床(特別是高速機(jī)床)動(dòng)態(tài)性能的重要環(huán)節(jié)滓侍。傳統(tǒng)的基于固定曲線的自動(dòng)加減速控制由于缺乏柔性，不易保證加減速過程與機(jī)床性能相配合牲芋，難以使機(jī)床運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性達(dá)到最佳撩笆。
本文提出的柔性加減速控制方法，將加減速描述與系統(tǒng)程序相分離情庐，使得改變系統(tǒng)加減速性能時(shí)只需獨(dú)立地修改加減速描述數(shù)據(jù)筷疹，而不需要修改數(shù)控系統(tǒng)程序。這樣，用戶可按自己的實(shí)際情況方便地改變系統(tǒng)的加減速控制規(guī)律咖杉，從而獲得最佳的機(jī)床動(dòng)態(tài)性能。
所提出的方法已成功地用于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的控制胆中，為發(fā)展國(guó)產(chǎn)開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)提供了一條新的思路句担。
來自:中國(guó)數(shù)控機(jī)床網(wǎng)
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