[发明专利]一种数控成形高次非球面控制方法及硬件系统

权利要求书

1.一种以速度插补原理三轴联动来实现切线法成形高次非球面数字控制方法，其特征在于所指的三轴联动是在同一时间段内磨轮轴以转动轴Z轴转动、磨轮轴沿X轴移动和磨轮轴沿Y轴移动的三轴数控联动。所指速度插补是三轴中每一轴的运动均由光学设计给定的轨迹曲线方程中分解出的单轴运动方程进行不同角度的转动和不同距离的移动，所指切线法是磨轮上的磨削点始终沿曲线上的每个点的切线方向移动。速度插补原理的三轴联动是采用具有多轴联动功能的UMAC控制器硬件来实现，每一个轴的速度插补控制是采用UMAC控制器携带的PVT速度插补方法来实现，准确的运动控制时间是采用电子凸轮算法。

2.根据权利要求1所述的速度插补原理三轴联动运动控制所需的参数是对给定零件方程式的工件口径进行N等分，通过程序计算出磨轮轴沿x轴和y轴移动Δx_mi、Δy_mi线位移量和磨轮轴绕转动轴Z轴旋转的Δθ_mi角位移。由加工工艺要求给定磨轮轴转动角速度ω_m、那么由程序计算得到加工的时间Δt_i，其中Δt_i＝(Δθ_mi×60)/(ω_m×2π)；t_i＝t_i-1+Δt_i，t₀＝0。再通过程序计算得到各分割节点速度v_mxi、v_myi和加速度a_mxi，其中v_mxi＝v_mx(i-1)+a_mxiΔt_i，如果z轴以ω_m匀速旋转，其速度变化规律是一条恒速直线，x轴分段为匀加速运动，速度时间曲线单调上升；y轴为分段匀速运动，速度时间曲线单调下降。通过以上编程计算，最终获得曲线上各节点的位置、速度、加速度、时间以及各变量的单调变化关系。

3.根据权利要求1所述的数字控制方法，为了实现速度插补原理三轴联动切线法加工高次非球面，本发明的技术方案的硬件系统是基于UMAC的PC+NC递阶式结构，采用零传动驱动技术和模拟线性驱动器构成自控变频同步电动机进给伺服系统，以实现三轴联动控制。控制系统软件设计方案由上、下位机两部分组成，上位机软件系统采用Microsoft Visual C++6.0开发环境进行设计，主要完成人机交互功能模块设计、预处理计算、运动程序编制和上下位机通讯，下位机运动控制采用UMAC的PVT速度插补控制方法和电子凸轮算法实现对插补节点间磨轮进给速度进行精确控制，即基于UMAC的PVT速度插补三轴联动伺服控制方法，最终使磨轮满足加工过程中时刻位于要求曲线的切线方向上。

4.如权利要求1所述的PVT速度插补控制方式是根据被控轨迹节点位置(P)、速度(V)、相邻节点间时间片段(T)等参数实现轨迹运动控制的，这些参数是依据在上位机预处理计算结果生成的初始列表文件，从这个列表文件取出一组PVT参数后，按照运动程序自动走出一个位置轨迹曲线，并有相应的速度曲线和加速度曲线对应，此外也可以设定加速时间(TA)和运动时间(T)值相等来得到全程加速度的曲线。在插补节点间的运动控制过中，时刻保持速度的连续变化即与切线方向一致，同时，运动控制过程中采用加减速前瞻控制，最少要输入4个节点进行提前运算，使实际加工中速度曲线在节点处不出现拐点，位置曲线光滑过渡，速度逐渐增加或减少，位置不产生超调。最终通过三轴联动加工出要求面型精度又连续光滑的高精度非球面

5.如权利要求1所述的电子凸轮算法，即利用PVT进行运动控制过程中不能直接使用计算的T值，而需采用UMAC运动控制器的电子凸轮算法。在PVT运动控制中使用外部时基来代替计算的T值。摆动轴作为时间基轴当其运动产生n个脉冲，x、y轴跟随基轴运动n个脉冲对应的时间，这种时基控制是使“时间”同基轴转过的距离成比例，而不是通过语言表达成“时间”的函数，从而完成三轴位置协调同步，实现高精度三轴联动。