一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法
【专利摘要】一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法，包括数据输入模块、译码模块、速度规划模块、插补模块和输出模块。数据输入模块将数控加工代码传给译码模块，由译码模块提取加工路径信息，将该信息传给速度规划模块，采用一种复合式加减速模型进行柔性速度规划得到速度值，将该值传给插补模块，由插补模块完成插补计算，得到插补数据，将该数据通过实时以太网总线传给伺服驱动器驱动伺服电机旋转，从而完成数控加工。本发明计算效率高、算法实现简单，降低数控机床在高速加工过程中产生的振动与冲击，提高速度规划效率，有效地实现数控系统的运动平稳性和插补算法的高效性，可应用于高速高精度的数控加工机床。
【专利说明】一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数控加工【技术领域】中数控系统的速度规划方法，具体地说是一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法。
【背景技术】
[0002]数控系统的速度规划方法对零件的加工质量会产生很大影响，如果速度规划不合理，速度和加速度瞬间发生较大的变化，容易导致机床产生振动，从而影响加工精度。常用的速度规划方法主要有传统的加减速控制方法和柔性加减速控制方法，传统的加减速控制方法主要是指梯形加减速控制方法，柔性加减速控制方法主要是指S曲线加减速控制方法。
[0003]传统的梯形加减速控制方法模型简单，算法容易实现，机床响应速度快，加工效率高，但是在加减速过程中加速度存在阶跃变化，对机床运动产生冲击，影响运动平稳性和加工精度，因此不适合用于高速高精度数控机床。S曲线加减速控制方法加速度连续变化，加加加速度为常数，通过对加加速度进行约束，从而限制对数控机床产生冲击和振动，数控运动平稳性好，加工精度高，适用于高速高精度数控机床。一个完整的S曲线加减速控制模型由七个部分组成:加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段。传统的解决方法是根据模型进行分段讨论，但求解过程中可能要求解无理方程或高阶方程，在处理时通常采用Newton-Raphson方法进行求解(Μ.T.Lin, M.S.Tsai, H.T.Yau.Development of a dynamics-based NURBS interpolator with real-time look-aheadalgorithm.1nternational Journal of Machine Tools&Manufacture.(2007) 47:2246-2262)，这种采用搜索算法进行求解方法，其算法效率取决于求解精度，精度要求越高，效率就越低，高精度的数值解增加算法的迭代次数，从而影响求解效率。因此，这种S曲线加减速控制模型比较复杂，运算量较大，对运动控制器的性能提出更高要求，同时大幅度地增加速度规划的复杂性，算法运算时间长，速度规划效率低，从而影响算法实现的实时性。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效地降低数控系统在数控机床高速加工过程中产生的振动和冲击，缩短S曲线加减速的速度规划周期，实现数控机床高速加工中的柔性加减速控制的复合式柔性速度规划方法。该方法计算效率高、算法实现简单，能够有效地实现数控系统的运动平稳性和插补算法的高效性，可应用于高速高精度的数控机床。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明包括:数据输入模块、译码模块、速度规划模块、插补模块、输出模块，其中:数据输入模块将待加工零件的数控加工代码传给译码模块，由译码模块提取待加工零件的加工路径信息，将该路径信息传给速度规划模块，在速度规划模块中对加工路径采用梯形加减速进行速度规划，对梯形加减速规划的速度再进行柔性加减速处理，得到一种复合式加减速速度值，将该速度值传给插补模块，完成插补计算，将得到插补数据通过网络总线传给伺服驱动器以控制伺服电机旋转，从而带动数控机床进行数控加工。
[0007]所述的数据输入模块是指数控加工代码文件操作单元，通过数控加工代码文件操作单元，将所选择的数控加工文件传递给译码模块的数控加工代码文件读取单元。
[0008]所述的译码模块包括:数控加工代码文件读取单元、加工路径信息提取单元，其中:数控加工文件读取单元根据数控加工代码规则对数控加工程序进行错误检查；加工路径信息提取单元从检查后的数控加工程序数据中提取待加工零件的加工路径信息。
[0009]所述的梯形加减速速度规划单元采用梯形加减速控制方法对加工路径进行速度规划，根据每段加工路径实际长度判断梯形加减速类型，如包含加速段、匀速段和减速段。根据线段起点速度、终点速度和系统的最大速度确定加减速状态，梯形加速阶段的位移为:
[0010]
【权利要求】
1.一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法，包括:数据输入模块、译码模块、速度规划模块、插补模块、输出模块，其中:数据输入模块将待加工零件的数控加工代码传给译码模块，由译码模块提取待加工零件的加工路径信息，将该路径信息传给速度规划模块，在速度规划模块中对加工路径采用梯形加减速进行速度规划，再对梯形加减速规划的速度进行柔性加减速处理，得到一种复合式加减速的速度值，将该速度值传给插补模块，由插补模块完成插补计算，得到插补数据，将插补数据通过网络总线传给伺服驱动器以控制伺服电机旋转，从而带动数控机床进行数控加工； 所述的速度规划模块包括梯形加减速速度规划单元和柔性处理单元，其中:梯形加减速速度规划单元采用梯形加减速控制方法对加工路径进行速度规划，柔性处理单元是对梯形加减速速度规划的结果进行柔性加减速处理，在梯形加减速的加速阶段和减速阶段分别采用柔性加减速处理，梯形加减速的匀速阶段保持不变，得到一种复合式加减速控制模型，该模型由5个部分组成:加加速段、减加速段、匀速段、加减速段和减减速段，原梯形加减速的匀加速段经处理变为该柔性加减速的加加速段和减加速段，原梯形加减速的匀减速段经处理变为变成该柔性加减速的加减速段和减减速段，该柔性加减速的匀速阶段与原梯形加减速的匀速阶段保持一致。
2.根据权利要求1所述的一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法，其特征是，所述的数据输入模块是指数控加工代码文件操作单元，通过数控加工代码文件操作单元，将所选择的数控加工文件传递给译码模块的数控加工代码文件读取单元。
3.根据权利要求1所述的一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法，其特征是，所述的译码模块包括:数控加工代码文件读取单元和加工路径信息提取单元，其中:数控加工文件读取单元根据数控加工代码的规则对数控加工程序进行错误检查；加工路径信息提取单元从检查后的数控加工程序数据中提取待加工零件的加工路径信息。
4.根据权利要求1所述的一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法，其特征是，所述的梯形加减速速度规划单元采用梯形加减速控制方法对加工路径进行速度规划，根据每段加工路径实际长度判`断梯形加减速类型，如包含加速段、匀速段和减速段；根据线段起点速度、终点速度和系统的最大速度确定加减速状态，梯形加速阶段的位移为:
Iv2 -V2Hf⑴ 式中S1为梯形加速阶段的位移，Vfflax为系统的最大速度，Vs为线段的起点速度，a为梯形加减模型的加速度，梯形减速阶段的位移为:(2) 式中S2为梯形减速阶段的位移，Ve为线段终点速度，Vfflax为系统最大速度，a为梯形加减模型的加速度；根据线段的长度Slim与S2+S2的关系确定梯形加减速的运动状态，当sline>s2+s2时，梯形加减速具有加速段、匀速段和减速段三个运动状态；当slim=s2+s2时，具有加速段和减速段两个运动状态；当Slim〈s2+s2时，具有加速段一个运动状态；对梯形加减速进行离散化处理，确定加减速过程中插补时间和插补次数，并重新计算离散插补所需的实际加速度和最大加速度，确定依据如下:
5.根据权利要求1所述的一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法，其特征是，所述的柔性处理单元是对梯形加减速规划速度进行柔性加减速处理，在梯形加减速模型的加速阶段和减速阶段，采用柔性加减速处理方法，得到一种复合式柔性加减速模型，根据梯形加减速模型和复合式加减模型之间的关系，两种速度模型在A点的速度满足如下关系:
6.根据权利要求1所述的一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法，其特征是，所述的插补模块是指根据速度规划单元得到每个插补周期的进给速度，计算出每个插补周期内合成的移动距离，并分解到参与运动的伺服轴，每个伺服轴得到每个插补周期的运动长度。
7.根据权利要求1所述的一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法，其特征是，所述的输出模块是指每个参与运动的伺服轴的每个插补周期的运动长度通过RTEX实时以太网总线传给伺服驱动器，驱动伺服电机旋转，从而带动数控机床的运动，完成待加工零件的数控加工任务。`
【文档编号】G05B19/41GK103728923SQ201310755342
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】张礼兵, 吴婷 申请人:嘉兴学院