数控机床中微小线段连续插补算法研究

论文摘要

本课题针对数控系统轮廓加工中微小连续直线轨迹的插补技术进行研究,在对基准脉冲法和数据采样法深入研究的基础上,总结单段直线的离散梯型速度规划,提出线段间拐角的建模方法和衔接速度处理方法,实现对复杂曲面零件的高速高精度数控加工。本文的研究内容主要包括以下几个方面:（1）数控系统插补技术概述及微小连续直线段速度前瞻预处理。（2）充分研究了基准脉冲法插补技术,实现单段直线和圆弧插补器设计,为微小连续直线段插补器的设计打下基础。（3）针对数据采样法加工连续路径段,充分考虑了实际插补中插补指令离散化的要求,重新对规划后的进给速度曲线进行修正,而且针对连续加工轨迹的进给速度衔接问题,提出最优的拐角插补控制方法,实现在拐角处加工轨迹的光滑过渡。（4）在实验中证明高速高精度插补器的实现必须有可靠的控制器的配合,针对数控加工系统的特点,设计位置环的“PID+前馈”控制器,并进行仿真及实际加工实验。在上述关于运动平滑预处理、插补、控制方法论述的基础上,论文最后在“电脑+内嵌入DSP运动控制器”的开放式硬件平台上进行了大量加工实验,实验结果证明论文提出的连续路径段进给速度平滑预处理算法、插补算法及控制算法具有实用价值。在实际加工实验过程中,加工精度控制准确,机床运行平稳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现况
• 1.3.2 国内研究现况
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排
• 第2章 CNC 系统插补技术研究
• 2.1 插补技术概述
• 2.2 基准脉冲插补法
• 2.2.1 逐点比较法
• 2.2.2 最小偏差法
• 2.2.3 数字积分分析器法
• 2.2.4 实用的基准脉冲法分类
• 2.3 数据采样插补法
• 2.4 插补关键技术
• 2.4.1 加减速控制方法
• 2.4.2 Look-ahead 多路径段速度预处理
• 第3章 微小直线段连续插补算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 数据采样法插补器结构
• 3.3 微小直线段速度离散规划
• 3.3.1 T 型速度轮廓曲线分类
• 3.3.2 T 型速度规划具体步骤
• 3.4 速度离散规划关键细节
• 3.4.1 提前减速处理
• 3.4.2 尖角拐角加速度变化
• 3.4.3 速度轮廓曲线发生变化
• 3.4.4 超微小速度变化
• 第4章 微小直线段段间拐角处理
• 4.1 引言
• 4.2 工业中线段间速度处理方法
• 4.3 直线段间无拐点终点控制方法
• 4.4 线段间速度连续的控制方法——拐角算法
• 4.4.1 建立拐角模型
• 4.4.2 拐角处理算法流程
• 4.4.3 拐角误差分析
• 第5章 插补器性能分析和实验验证
• 5.1 闭环进给运动控制系统
• 5.2 运动控制系统控制算法设计
• 5.3 插补算法MATALAB 仿真实验
• 结论
• 参考文献
• 致谢