S形加减速的嵌套式前瞻快速算法

前瞻处理功能是现代数控系统的标志性功能之一,前瞻算法设计直接关系到数控机床的加工效率和运动平稳性。针对目前广泛研究的S形加减速前瞻算法复杂、难以满足实时性要求的问题,从工程实现的角度设计了嵌套式自适应前瞻算法。依据S形加减速曲线的对称性建立了速度规划模型,通过对加速度等效曲线逼近提高了模型求解效率,给出了S形速度规划曲线构造和校验两主要运算阶段的解析解。以连续短直线加工为例,给出了完整的嵌套式快速前瞻算法和实例加工验证。实验结果表明,所提出的算法能获得全局最优运动效率,计算量不足传统方法的30%,结果精确,耗时稳定,能满足现代数控系统甚至是高速高精度数控系统对前瞻处理的实时性要求。给出的解析结果对S形加减速模型的求解有通用意义,可适用于连续短直线、二次曲线以及非均匀有理B样条曲线(NURBS)等参数曲线的S形加减速前瞻速度规划。     

数控加工运动的平滑处理

为了满足高速加工的要求,提出假设圆弧过渡法来处理两相邻运动矢量拐角处的速度,过渡小圆弧的半径能随加工精度的变化而自动地调整,通过限制加工小圆弧的最大速度来限制拐角处的速度,利用超前分析的方法,根据减速所需的最大距离提出了一种多程序段运动平滑算法,实现进给速度提前减速,从而防止刀具在拐角处发生过载,并有效地减少了工件形状在拐角处,或小半径圆弧的加工误差;用等效的梯形加减速方法实现了S型曲线加减速的分析,导出了S型曲线加减速实时精确的插补算法,从而克服了用查表法来近似计算速度的缺点。这些算法简单、有效,已在最新开发的高速铣床上得到应用。在高速加工时获得了高的加工精度。     

Intelligent NURBS Interpolator Based on the Adaptive Feedrate Control

首先分析了NURBS曲线的特点和NURBS曲线插补的参数值的求取方法;其次,在可控弓高误差算法的基础上,提出了一种简单而实用的NURBS曲线的自适应插补算法,该算法充分考虑到了机床的实际加工能力,对曲线段进行提前预插补,提前预插补减速所需的最大插补周期数,实现了进给速度提前减速,能使加工进给速度自适应地随着曲率半径和曲率半径的变化率的变化而变化,使得加工运动更平滑;并且该方法还避免了因加工曲线终点的判断而带来的复杂计算;最后给出了快速求取插补点的三次NURBS曲线动态矩阵表示和曲线曲率的快速计算方法。     

速度控制的前加减速控制算法研究

速度控制是提高数控机床加工精度和加工效率的关键技术.常用的速度控制有前加减速控制和后加减速控制,后加减速算法简单,但会产生轨迹偏差,前加减速算法控制准确,不存在轨迹偏差.分析前加减速控制的特点,采用迭代和前向预测的方法设计了前加减速控制算法,针对小线段加工时线段长度过小而无法满足加减速区间长度的问题,设计了拐点速度修正算法和指令速度修正算法.最后在开放式六轴数控系统上实现了前加减速算法,经过加工实验,取得了较好的加减速控制效果.     

一个面向5轴曲面加工的实时NURBS曲面插补器

提出了一个实时非均匀有理B样条(NURBS)曲面插补器,论述了5轴平头刀加工方法运用Taylor展开和坐标变换方法分别推导并实现了NURBS插补、刀具有效加工半径、刀具补偿以及逆运动变换等算法。与传统自由曲面加工不同的是,所提出的插补器能根据刀触点进给率而非刀位点进给率实时生成计算机数控(CNC)机床运动指令。对实例零件曲面进行演示与仿真分析结果表明该曲面插补器可以应用于5轴曲面加工中。     

基于机床动态性能的离子束修形驻留时间精确实现

本文提出机床进给加速度求解理论公式,并在速度加工模式中引入机床动态性能以修正驻留时间.结合自研的离子束抛光机床KDIFS-500,利用该机床的动态特性和小束径去除函数,仿真正弦面误差,表明修正后速度加工模式能保证离子束修形过程中驻留时间的精确实现,提高面形精度.     

基于PH曲线的数控拐角过渡方法

 为了减弱轨迹拐角处的向心加速度变化给加工带来的不利影响,使用五次PH曲线进行拐角过渡,在控制加工速度的同时对向心加速度进行控制。通过对拐角处连接情况的分析,确定了连接PH曲线中的参数计算方法。在拐角前后使用S加减速进行加工,以保证直线、圆弧轨迹加工中的平稳;在拐角连接区域内使用基于曲率的速度模型,通过对拐角前后S加减速和拐角速度的连接,使拐角前后的速度更加连续,得到平滑的速度曲线;通过拐角处的加速度和弓高误差的限制,计算平稳的加工速度。结果表明,使用五次PH曲线进行拐角过渡的误差小于7.4 μm,能够满足加工需要,同时,拐角处的向心加速度变化更加平稳。将拐角前后的S加减速和拐角区域内速度连接后,得到了平滑的速度曲线。     

角速度可控的五坐标NURBS插补方法实现(英文)

在复杂形体零部件的高速高精数控加工方面,五坐标数控机床起着非常重要的作用。为了适应高速加工的需要,提出了一种用于机床五坐标加工的非均匀有理B样条(NURBS)插补指令。采用该插补指令进行数控加工时,为了获取实时加工过程中的刀位矢量,开放式控制器以相邻刀位矢量间的夹角为参数构造方位B样条曲线。构造映射插补过程中位置曲线弧长和方位矢量角度的多项式曲线,利用该曲线实现线性轴速度及旋转轴速度的同步控制。详细介绍了该插补指令的算法流程及其在开放式控制器中的实现过程。最后,通过加工实例验证了该插补指令的性能。     

连续短线段空间圆弧转接与插补

针对连续短线段高速加工控制需求,研究了利用空间圆弧转接实现高速插补的方法。建立了圆弧转接数学模型,研究了转接的几何约束和运动约束、转接参数计算、空间圆弧插补等相关理论与算法,并详细分析了算法的使用范围、效率制约因素和计算量等工程实现相关问题。仿真和加工实验表明:该转接算法能显著提高加工效率,减小振动,改善工件表面质量。作为空间圆弧转接算法基础的空间圆弧插补算法对空间任意平面内圆弧插补具有实用价值。本文所有算法已经在自主研发的数控平台上进行了验证,应用效果良好。     

直摆头与斜摆头五坐标机床数控加工程序互换求解算法

 针对复杂结构零件五坐标加工设备变更带来的程序处理问题,分析讨论了直摆头-转台式和斜摆头-转台式两种五坐标机床之间的数控加工程序互换求解算法。根据不同的机床结构,建立了机床坐标系之间的对应关系;基于机床自动跟踪模式下的数控加工程序后置处理和逆后置处理方法,提出了机床之间数控加工程序的互换算法;采用单步距走刀时间不变的控制方式,给出了加工进给速度的互换算法,实现了程序转换对工艺参数的继承。实际应用验证表明,该算法可有效解决直摆头与斜摆头五坐标机床数控加工程序之间的互换问题。     

NURBS曲线插补算法在圆弧插补中的分析与实现

NURBS曲线插补技术是目前高档数控机床研究的一个热点问题,针对传统插补方法中存在的精度低,速度慢的缺点,本文在分析NURBS曲线特点的基础上,提出了一种基于轮廓误差调整的圆弧曲线插补算法,实时修正插补参数,减小轮廓误差,并进行了仿真实现。通过与传统插补方法对比实验表明,该方法可以极大提高圆弧曲线的插补精度及插补效率,满足插补运算实时性的要求。     

数控系统中空间任意平面圆弧插补算法

以往的数控系统只能插补平行坐标平面的圆弧,本文根据坐标系旋转的原理,提出了一种可以插补任意平面圆弧曲线、且可以满足控制实时性要求的插补算法,以简化编程,提高加工精度。     

基于桶消元的数控机床故障模糊贝叶斯网络推理方法

用模糊数描述节点的多种故障状态,用模糊子集描述根节点的故障概率,用贝叶斯网络的条件概率表描述节点间的不确定关系,构建数控机床故障的模糊贝叶斯网络;采用桶消元算法,对数控机床故障的模糊贝叶斯网络进行推理和计算,获得根节点的后验概率,为数控机床故障诊断与分析提供依据;最后,以数控机床刀架系统故障的贝叶斯网络推理过程为例,验证所提理论和方法的有效性。