復(fù)雜輪廓曲線的軌跡插補與速度控制方法研究.pdf

1、運動控制技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，決定了數(shù)控技術(shù)的加工效率、精度和質(zhì)量等，數(shù)控系統(tǒng)具備的基本運動控制方式為空間直線運動和平面圓弧運動，采用直線加減速實現(xiàn)程序段內(nèi)的速度升降。對于越來越多的復(fù)雜輪廓曲線數(shù)控加工需求，一般由CAM軟件預(yù)處理成密集加工點列，由數(shù)控系統(tǒng)通過直線或圓弧插補形成刀具的運動軌跡，并通過直線加減速方式實現(xiàn)線段內(nèi)的梯形速度控制。由于復(fù)雜輪廓曲線的幾何特征，直線或圓弧插補的加工精度低，且由于線段間的過渡速度需要降為零，導(dǎo)致

2、伺服系統(tǒng)啟停頻繁影響加工效率。在上海市科委重點科技攻關(guān)項目支持下，論文研究了樣條曲線、空間圓弧和螺旋線等復(fù)雜輪廓曲線的直接插補方法，建立了線段間的速度平滑銜接算法，最終開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能運動控制系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容包括：針對現(xiàn)有B樣條曲線插補方法需要預(yù)處理、計算效率低、實時性差的不足，提出了一種基于三次B樣條曲線，通過預(yù)判加工速度，設(shè)定段間連接點切矢量的新方法，建立以時間為參數(shù)的樣條曲線方程，可同步完成插補軌跡和速度規(guī)劃新算法

3、。由于無需預(yù)先遍歷所有點列，該算法計算效率和實時性高。將四元數(shù)引入空間曲線插補算法中，簡化了常用的矩陣變換計算方法。通過對加工圓弧分析得到起點以及旋轉(zhuǎn)角度，采用四元數(shù)旋轉(zhuǎn)插值理論實現(xiàn)圓弧軌跡插補，并通過添加偏移矢量形成了螺旋線插補算法。通過將線性加工速度參數(shù)轉(zhuǎn)化為角速度，建立了旋轉(zhuǎn)運動下的S曲線加減速速度規(guī)劃模型。該算法實現(xiàn)了空間圓弧、螺旋線等空間曲線的直接插補，而且避免了矩陣坐標(biāo)變換存在的萬向節(jié)鎖死、計算量大等問題。對小線段速度前瞻算

4、法進行了分析，然后提出了一種基于刀具路徑廓特征的速度前瞻算法，通過分析待加工軌跡上的拐點特征，采用動力學(xué)約束方程計算出最大允許銜接速度，并通過速度迭代算法實時修正直線或正弦曲線加速度。該算法實現(xiàn)了小線段間的速度平滑銜接，提高了運動柔順性，可以提高加工效率和質(zhì)量，并減少機床沖擊。構(gòu)建了基于ARM芯片的嵌入式運動控制器的軟硬件系統(tǒng)，介紹了運動控制器的功能和性能，分析了硬件模塊構(gòu)成以及相應(yīng)功能，闡述軟件架構(gòu)與工作流程。搭建了多軸運動測試系統(tǒng)，