基于Look-Ahead技术的CNC轨迹规划的研究

论文摘要

轨迹规划是数控系统的重要功能之一,包括速度规划和轨迹插补两个环节,良好的轨迹规划算法可以提高数控系统的加工性能。传统的CNC轨迹规划在单段NC程序上完成,这样加工效率较低。近年来研究多条线段的连续加工已经成为研究热点。Look-Ahead技术又称为速度前瞻控制技术,目前实现此技术有两个基本思路:（1）进行路径段之间速度衔接;（2）进行大量微小线段参数曲线拟合。Look-Ahead技术考虑的主要因素是机床本身动力学特性限制和加工精度限制。本课题以上述两个基本思路为出发点,研究基于Look-Ahead技术的CNC轨迹规划算法,本文的要点是:（1）研究了CNC轨迹规划中速度和精度相互制约的关系,提出了NC路径段之间加减速的限制条件,给出了S型曲线速度规划的实现和速度离散化方案。（2）研究了基于Bezier曲线拟合的Look-Ahead速度前瞻算法,在Bezier曲线拟合基础上判断曲线的高曲率点,进而预测减速点,实现多条微小路径段的连续速度规划。（3）研究了Bezier曲线连续插补方法,对比了同步插补CNC和异步插补CNC结构的优缺点,分析了异步插补实现的关键技术,进而设计了基于Look-Ahead技术的异步插补CNC结构,并提出了实现方案。（4）给出了评价Bezier曲线拟合与曲线插补性能的技术指标,用本文提出的轨迹规划算法进行模拟仿真,分析了相应的方针结果,并与商用化CNC系统中的Look-Ahead功能的速度规划效果做了对比,指出了本文算法的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与研究目的及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.2.1 加减速控制的研究现状及趋势
• 1.2.2 轨迹插补方法的研究现状及趋势
• 1.2.3 自适应轨迹规划的研究现状及趋势
• 1.2.4 CNC系统结构的研究现状及趋势
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.3.1 课题的主要内容及重点
• 1.3.2 论文内容安排
• 第2章 CNC中加减速控制的研究
• 2.1 引言
• 2.2 CNC中进给速度的限制条件
• 2.2.1 伺服系统误差对加工精度的影响
• 2.2.2 三种几何路径的速度限制条件
• 2.3 S型和T型加减速控制的分析
• 2.3.1 两种速度曲线的分析
• 2.3.2 速度曲线模式的判断方法
• 2.3.3 速度曲线的离散化方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 Look-Ahead 速度规划算法的实现
• 3.1 引言
• 3.2 NC程序译码器设计
• 3.2.1 PC-Based数控系统结构
• 3.2.2 NC译码器设计
• 3.2.3 FIFO数据缓冲器设计
• 3.3 LOOK-AHEAD速度规划的实现
• 3.3.1 CSBs的判断
• 3.3.2 CSBs的Bezier曲线拟合及高曲率判断
• 3.3.3 大路径段之间的速度衔接及速度规划
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于Look-Ahead技术的异步插补器设计
• 4.1 引言
• 4.2 CNC中时间采样插补方法
• 4.2.1 直线插补和圆弧插补
• 4.2.2 三次Bezier曲线插补方法
• 4.2.3 插补点的数据细化技术
• 4.3 异步插补的CNC结构分析
• 4.3.1 同步插补结构
• 4.3.2 异步插补结构
• 4.3.3 异步插补设计的关键技术
• 4.4 基于LOOK-AHEAD技术的异步插补CNC结构设计
• 4.4.1 CNC中的四个功能模块设计
• 4.4.2 异步插补CNC结构设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 轨迹规划算法的仿真与分析
• 5.1 引言
• 5.2 轨迹规划的仿真分析
• 5.2.1 轨迹规划的结果分析
• 5.2.2 Look-Ahead轨迹规划算法的性能分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢