CNC数控系统加减速控制方法研究与实现

论文摘要

目前，大部分机床的数控系统仍由特定制造商以封闭的结构方式提供解决方案。这些数控系统的功能扩充由于极其复杂，只能依赖于该系统的制造商才能完成。同时，从一个制造商的数控系统转移到另一个制造商的数控系统，或者一个数控系统制造商的同一类产品的升级都面临许多困难。基于这种现状，传统的CNC系统已经难以解决，产生了对开放式CNC系统的需求。开放式CNC系统采用软联接控制装置，以期获得灵活易变等优点。它的提出适应了现代技术不断发展的需要，模块化的设计使系统在不必重新设计专用硬件和软件的情况下，能够重新配置、修改和扩充，使得来自不同销售商的模块化部件能迅速组装成为一套完整的系统。是适合中小批量加工、具有良好柔性和多种加工功能制造系统需求的基础，满足了快速适应市场变化和数控技术飞速发展的需要。因此，结合数控系统的发展趋势，研究开放式CNC系统体系结构及其关键技术具有重要的现实意义和实用价值。 此次开发的SOFT型CNC系统亦属于开放式CNC系统的一种。本文结合实际科研项目，在分析现有技术的基础上，就开放式数控系统的加减速控制、高精高速定位、微小直线段终点控制算法等技术进行了深入系统的研究。 本文共分六章。第一章首先介绍了数控技术的发展历程，然后对开环和闭环的CNC系统的加减速控制方法做了概要的叙述，最后指出本文的研究意义。第二章首先从进给伺服系统特性的角度阐述了它对加工精度的影响和解决方案，同时叙述了和速度之间的关系。然后对影响速度控制效果的几个参数的选择方法进行了分析，给出了速度和加速度的确定方法以及与实际情况相符时要注意的一些问题。第三章先对普通的加减速控制方法进行了介绍，如直线加减速和S曲线加减速，然后对自行研究的四次曲线加减速控制方法的算法原理、实现方法、试验结果进行了详细的说明，最后将所述的几种加减速方法用实例进行了比较，指出各自的优缺点。第四章主要是对加减速控制方法的位置控制技术进行研究。首先是高精高速的定位算法，能够很好的运用于机床空运行的过程中。其次是微小直线段插补终点控制算法，对它做了误差分析，表明在实际加工中有很大的用处。第五章对加减速控制方法在数控系统中的运用进行了总体介绍。首先对开发的数控系统的总体结构进行了介绍，包括硬件和软件部分。然后对加减速在本系统中的具体应用方法做了说明，并通过一个加工实例，对本论文介绍的几种加减速方法进行了验证和比较。最后一章总结全文的研究工作，并对今后开放式CNC数控系统的发展进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 数控系统技术的发展
• 1.1.1 数控系统技术的发展历程
• 1.1.2 现代数控技术的发展趋势
• 1.1.3 国内数控系统技术的研究现状
• 1.2 CNC系统速度控制方法评述
• 1.2.1 开环CNC系统的进给速度及加减速控制
• 1.2.2 闭环（或半闭环）CNC系统的加减速控制
• 1.3 论文研究内容和意义
• 1.3.1 论文课题背景
• 1.3.2 论文研究意义
• 1.3.3 论文主要研究内容及安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 进给伺服系统的动态特性分析
• 2.1 进给伺服系统特性对加工的影响
• 2.1.1 进给伺服系统特性对加工精度的影响与解决方案
• 2.1.2 进给伺服系统特性与速度关系的确定
• 2.2 系统速度控制参数的选择
• 2.2.1 加工路径的表示
• 2.2.2 各轴进给速度分量
• 2.2.3 各轴加速度分量
• 2.2.4 约束条件
• 2.3 本章小结
• 第三章 CNC数控系统加减速技术的研究
• 3.1 常用加减速控制方法
• 3.1.1 直线加减速控制方法
• 3.1.2 S曲线加减速控制方法
• 3.2 四次曲线加减速控制方法
• 3.2.1 四次位移曲线加减速原理
• 3.2.2 具体实现方法
• 3.2.3 试验结果与分析
• 3.3 加减速方法的试验结果比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 终点控制算法的研究
• 4.1 高精高速定位算法
• 4.1.1 传统数控线性减速控制中存在的问题
• 4.1.2 算法原理
• 4.1.3 结果分析
• 4.2 微小直线段插补终点位置和速度控制算法
• 4.2.1 算法原理
• 4.2.2 软件实现方法
• 4.2.3 误差分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 加减速方法在CNC数控系统中的实现
• 5.1 系统总体结构与组成
• 5.1.1 系统硬件结构
• 5.1.2 系统软件结构
• 5.2 加减速方法在系统中的应用
• 5.2.1 工作过程
• 5.2.2 试验验证与加工实例
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 有待于进一步研究的工作
• 参考文献
• 致谢