[发明专利]基于CycletoCycle反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控领域的轮廓误差补偿控制方法，具体涉及基于Cycle to Cycle(CtC)反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法。

背景技术

随着机械精密加工精度指标的提升，对机床数控系统的伺服控制提出了更高的要求，轮廓精度已成为机床数控系统的重要指标，并直接影响零件加工质量。

在数控凸轮磨削的加工中，凸轮片的加工属于批量生产，也意味着相同轮廓轨迹的加工过程将重复进行。当加工一个凸轮片时，也需要反复走相同的轨迹，每一次重复加工过程称作一次加工周期，每一加工周期刀具都跟踪相同的期望轨迹。但目前的数控凸轮磨削技术仅仅可测量到本周期结束后的关于凸轮片的信息，在本周期的过程中，正确的测量和控制往往是很昂贵或者复杂到几乎不可能实现。而且目前这些系统的动态控制方法也已达到一定的高度，想再提高也很困难。多数的数控凸轮磨削依赖技术工人的经验来调节，难免浪费时间和人力。

对于数控磨削中存在这种重复周期控制问题，迭代学习控制(ILC)由Uchiyama于1978年首先提出，徐建明提出利用迭代学习控制来得到理想的实际参考输入值(中国专利：CN 102323790B、“两轴数控系统的串级型迭代学习交叉耦合跟随误差控制方法”)，从而提高轮廓精度，但此方法对于轮廓复杂的凸轮磨削不太适合；邓朝晖在文献“A methodology for contour error intelligent precompensation in cam grinding”中提出一种基于实例推理(CBR)和规则推理(RBR)的轮廓误差智能补偿方法，但针对不同的凸轮轮廓误差，其补偿方法需要对其不断的匹配直至合适，相对比较耗时；MIT的Tsz-Sin Siu在2001年提出了在生产过程中的Cycle to Cycle(CtC)反馈控制，主要应用在板料折弯和注塑模具过程控制中，并得到了理想的效果。其思想为利用上一个周期的效果来指导本过程的生产。在运动控制系统中，我们同样可以借用其CtC思想来对数控凸轮磨削的轮廓误差进行补偿。

本发明针对前述问题，提出一种基于Cycle to Cycle反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法。即利用过程控制中的CtC控制思想提出新的CtC反馈控制算法；对数控凸轮磨削系统建立CtC反馈控制模型，通过对控制模型的稳定性、稳态误差以及动态性能的分析来进行控制器的设计和优化。该发明解决了数控凸轮磨削的传统控制方法存在的仅利用当前运动周期的信息而之前运动周期的信息未利用的问题，明显提高了凸轮轮廓精度。

技术内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于Cycle to Cycle反馈控制的数控凸轮磨削轮廓误差补偿控制方法，其发明目的在于利用本发明CtC反馈控制对数控凸轮磨削控系统进行控制，实现了利用上一个加工周期的信息(偏差)对本周期的误差补偿，最终实现提高期望的跟踪精度。

为了达到这个目的，本发明在基于过程控制的CtC反馈控制思想，建立了数控凸轮磨削控制系统的CtC控制模型，且设计了相应的控制器。针对给定的凸轮升程，利用CtC反馈控制修正实际参考输入量，使输出信号逐渐逼近期望的凸轮形状，并使轮廓误差趋向于零，提高轮廓误差控制的精度。

本发明的具体内容结合附图说明如下：

1)基于CtC反馈控制，即在逐次循环过程控制之间利用上一个周期的磨削信息即轮廓误差来指导本周期的磨削过程，为数控凸轮磨削过程建立CtC反馈补偿控制策略(参阅图1)。

CtC反馈补偿控制策略如下：

一个周期的磨削过程结束后，测量其轮廓误差，测量角度间隔为0.5°，总共720个点，轮廓误差补偿公式如下：

c_k＝Kε_k-1(1)

其中，c_k为第k个周期需要补偿的轮廓误差值；ε_k-1为第k-1个周期的测量误差中的最大值；K为补偿的比例系数。

2)描述数控凸轮磨削系统的两轴动态过程模型如下：