[发明专利]一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域中数控系统的速度规划方法，具体地说是一种高效高平稳的数控系统柔性加减速控制方法。 

背景技术

数控系统的速度规划方法对零件的加工质量会产生很大影响，如果速度规划不合理，速度和加速度瞬间发生较大的变化，容易导致机床产生振动，从而影响加工精度。常用的速度规划方法主要有传统的加减速控制方法和柔性加减速控制方法，传统的加减速控制方法主要是指梯形加减速控制方法，柔性加减速控制方法主要是指S曲线加减速控制方法。 

传统的梯形加减速控制方法模型简单，算法容易实现，机床响应速度快，加工效率高，但是在加减速过程中加速度存在阶跃变化，对机床运动产生冲击，影响运动平稳性和加工精度，因此不适合用于高速高精度数控机床。S曲线加减速控制方法加速度连续变化，加加加速度为常数，通过对加加速度进行约束，从而限制对数控机床产生冲击和振动，数控运动平稳性好，加工精度高，适用于高速高精度数控机床。一个完整的S曲线加减速控制模型由七个部分组成：加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段。传统的解决方法是根据模型进行分段讨论，但求解过程中可能要求解无理方程或高阶方程，在处理时通常采用Newton-Raphson方法进行求解(M.T.Lin，M.S.Tsai，H.T.Yau.Development of a dynamics-based NURBS interpolator with real-time look-ahead algorithm.Intemational Journal of Machine Tools&Manufacture.(2007)47：2246-2262)，这种采用搜索算法进行求解方法，其算法效率取决于求解精度，精度要求越高，效率就越低，高精度的数值解增加算法的迭代次数，从而影响求解效率。因此，这种S曲线加减速控制模型比较复杂，运算量较大，对运动控制器的性能提出更高要求，同时大幅度地增加速度规划的复杂性，算法运算时间长，速度规划效率低，从而影响算法实现的实时性。 

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效地降低数控系统在数控机床高速加工过程中产生的振动和冲击，缩短S曲线加减速的速度规划周期，实现数控机床高速加工中的柔性加减速控制的复合式柔性速度规划方法。该方法计算效率高、算法实现简单，能够有效地实现数控系统的运动平稳性和插补算法的高效性，可应用于高速高精度的数控机床。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

本发明包括：数据输入模块、译码模块、速度规划模块、插补模块、输出模块，其中：数据输入模块将待加工零件的数控加工代码传给译码模块，由译码模块提取待加工零件的加工路径信息，将该路径信息传给速度规划模块，在速度规划模块中对加工路径采用梯形加减速进行速度规划，对梯形加减速规划的速度再进行柔性加减速处理，得到一种复合式加减速速度值，将该速度值传给插补模块，完成插补计算，将得到插补数据通过网络总线传给伺服驱动器以控制伺服电机旋转，从而带动数控机床进行数控加工。 

所述的数据输入模块是指数控加工代码文件操作单元，通过数控加工代码文件操作单元，将所选择的数控加工文件传递给译码模块的数控加工代码文件读取单元。 

所述的译码模块包括：数控加工代码文件读取单元、加工路径信息提取单元，其中：数控加工文件读取单元根据数控加工代码规则对数控加工程序进行错误检查；加工路径信息提取单元从检查后的数控加工程序数据中提取待加工零件的加工路径信息。 

所述的梯形加减速速度规划单元采用梯形加减速控制方法对加工路径进行速度规划，根据每段加工路径实际长度判断梯形加减速类型，如包含加速段、匀速段和减速段。根据线段起点速度、终点速度和系统的最大速度确定加减速状态，梯形加速阶段的位移为：