高速雕刻机数控插补技术的研究

论文摘要

数控系统是数控雕刻机的控制核心,其中轨迹插补及速度控制功能的强弱、性能优劣直接关系到雕刻机的运动控制性能,对数控雕刻机的加工质量与加工效率具有直接影响,对高速雕刻机尤为重要。本文针对高速雕刻机经济型数控的需求和特点,对直线与圆弧插补中的平稳变速控制、NURBS曲线插补和刀具补偿等相关算法进行研究,主要工作和成果如下:(1)研究了直线与圆弧插补的S形平稳升降速控制算法,针对时间分割法插补由于脉冲化产生的位移、速度波动,提出了位移、速度与时间三者“绑定”的速度控制思想,有效改善了加工的平稳性。(2)针对复杂型面的数控编程生成的大量微小直线段的连续加工问题,提出了圆弧过渡算法,能在满足给定加工精度的同时提高加工效率,为解决微小线段高速加工问题提供了一条有效的途径。(3)提出一种简单而实用的NURBS曲线快速自适应插补算法,综合考虑机床的实际加工能力、加工过程中运动轨迹的局部特征和全局特征,实现加工速度的自适应柔性变化,使曲线加工更高效、更平稳。(4)在综合分析现有刀具补偿技术的基础上,采用了C刀补圆弧过渡的思想进行衔接,在简化算法的同时提高了加工的平稳性。上述算法已集成于自行开发的DSP数控平台上进行了验证。仿真和实验均证明了论文算法的有效性。本文算法对其它数控机床、机器人等高速高精度运动控制具有借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数控系统的发展及现状
• 1.3 数控雕刻机发展现状及特点
• 1.4 数控插补技术的发展及现状
• 1.5 本文研究目的及内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 主要内容
• 第二章 数控插补原理
• 2.1 引言
• 2.2 逐点比较法插补
• 2.2.1 逐点比较法直线插补
• 2.2.2 逐点比较法圆弧插补
• 2.3 时间分割法插补
• 2.3.1 时间分割法直线插补
• 2.3.2 时间分割法圆弧插补
• 2.4 总结
• 第三章 微段直线高速插补技术
• 3.1 运动控制规律的选择
• 3.1.1 梯形加减速规律
• 3.1.2 S 形曲线加减速规律
• 3.1.3 S 形曲线加减速规律的具体计算
• 3.2 梯形加减速和S 形曲线加减速对比仿真验证
• 3.3 加工段间的速度平滑控制
• 3.3.1 圆弧段速度处理
• 3.3.2 圆弧过渡法
• 3.4 多加工段运动速度的预先处理
• 3.5 S 形曲线加减速与绑定算法的结合
• 3.6 总结
• 第四章 NURBS 曲线插补算法及实现
• 4.1 引言
• 4.2 NURBS 曲线的表示、各种特征值计算
• 4.3 NURBS 曲线的插补
• 4.3.1 参数值的计算
• 4.3.2 曲率半径的计算
• 4.3.3 预插补点的计算
• 4.3.4 进给速度的调整与规划
• 4.4 仿真验证
• 第五章 高速雕刻机数控系统中的刀具补偿处理
• 5.1 刀具半径补偿分类
• 5.2 刀补轨迹转接情况分析
• 5.3 C 刀补转接矢量的计算
• 5.3.1 运动方向单位矢量
• 5.3.2 刀具半径矢量
• 5.3.3 直线和圆弧的等距线方程
• 5.3.4 缩短型转接矢量的计算
• 5.3.5 伸长型与插入型刀具半径矢量计算与圆弧过渡
• 5.4 C 刀补执行过程
• 5.5 仿真验证
• 5.6 结论
• 第六章 高速插补算法在雕刻机数控系统中的实现
• 6.1 引言
• 6.2 高速雕刻机数控平台概述
• 6.2.1 数控系统硬件结构
• 6.2.2 数控系统软件结构
• 6.3 简单曲线插补在DSP 中的实现
• 6.3.1 简单曲线插补在DSP 中的实现的具体过程
• 6.3.2 智能数学库（IQmath）的应用
• 6.3.3 实验验证
• 6.4 NURBS 曲线插补算法的具体实现
• 6.4.1 NURBS 曲线插补算法实现的具体过程
• 6.4.2 实验验证
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文