基于S曲线加减速控制的多周期拐角小直线段插补方法

摘要

一种数控系统基于S曲线加减速方式的多周期最优拐角的小直线段插补方法：先基于机床加工精度和各驱动轴最大加工速度的限制，根据加工路径上每个拐角几何参数、各驱动轴的最大加加速度和优化目标，设置拐角和直线段衔接处的加速度为零，确定和调整每个拐角多周期过渡的最优拐角插补参数，使每个小直线段的两端加工速度满足S曲线加减速控制方式的可达性要求。再根据S曲线加减速方式计算每个直线段的各加减速阶段的时间，并对每个小直线段分别进行直线段和拐角的插补，实时顺序输出插补点序列，驱动数控机床执行加工操作。本发明降低机床振动，提高工件表面质量，计算速度快，能满足实时加工需求，适用于多种不同型号的三轴、四轴或五轴数控机床。

主权项

一种数控系统基于S曲线加减速方式的多周期拐角小直线段插补方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步骤：（1）基于机床最大加工速度、多周期拐角的过渡轨迹与实际拐角的加工几何误差和拐角距离的限制，根据加工路径上拐角处的几何参数、数控机床各个驱动轴的最大加加速度，以及实现“拐角前速度和拐角后速度之和最大”的优化目标，在直线段和拐角衔接处的加速度为零的条件下，确定加工路径上的每个拐角多周期过渡的最优拐角插补参数；所述最优拐角插补参数是拐角多周期过渡时的下述六个加工参数：拐角过渡时间是改变拐角速度方向所用的时间t；拐角前速度V1是在拐角处插补开始时的加工速度；拐角后速度V2是在拐角处插补结束时的加工速度；拐角开始距离是拐角插补的开始位置与拐角的距离，拐角结束距离是拐角插补的结束位置与拐角的距离，拐角过渡加加速度J是在拐角前速度V1过渡到拐角后速度V2期间数控机床各驱动轴加加速度的矢量和；（2）进行前瞻处理：对每个拐角的最优拐角插补参数进行调整，使每个小直线段的两端速度满足反向加速的可达性；所述反向加速的可达性是判断小直线段的终点速度是否能够以设定的加速方式达到其起点速度：若其终点速度小于起点速度时，则在该小直线段的实际插补长度范围内，使其终点速度能够以S曲线加减速方式加速达到起点速度，若其终点速度大于起点速度，则自动满足反向加速可达性，无需判断；（3）调整被插补直线段的最优拐角插补参数，使小直线段两端速度满足正向加速可达性，根据最终的最优拐角插补参数、小直线段的长度、机床各驱动轴的最大加工速度、最大加速度和最大加加速度的限制，采用S曲线加减速方式计算每个直线段的各个加减速阶段的运动时间，并对加工路径的每个小直线段分别进行直线段和拐角的插补，实时顺序地输出插补点序列，驱动数控机床执行加工操作；所述正向加速的可达性是判断小直线段的起点速度是否能够以设定的加速方式达到其终点速度：若其起点速度小于终点速度时，则在该小直线段的实际插补长度范围内，使其起点速度能够以S曲线加减速方式加速达到终点速度，若其起点速度大于终点速度，则自动满足正向加速可达性，无需判断。