復(fù)雜輪廓曲線的軌跡插補(bǔ)與速度控制方法研究.pdf

1、運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制方式為空間直線運(yùn)動(dòng)和平面圓弧運(yùn)動(dòng)，采用直線加減速實(shí)現(xiàn)程序段內(nèi)的速度升降。對(duì)于越來(lái)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(diǎn)列，由數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)直線或圓弧插補(bǔ)形成刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過(guò)直線加減速方式實(shí)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(bǔ)的加工精度低，且由于線段間的過(guò)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(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)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(bǔ)方法，建立了線段間的速度平滑銜接算法，最終開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。具體研究?jī)?nèi)容包括：針對(duì)現(xiàn)有B樣條曲線插補(bǔ)方法需要預(yù)處理、計(jì)算效率低、實(shí)時(shí)性差的不足，提出了一種基于三次B樣條曲線，通過(guò)預(yù)判加工速度，設(shè)定段間連接點(diǎn)切矢量的新方法，建立以時(shí)間為參數(shù)的樣條曲線方程，可同步完成插補(bǔ)軌跡和速度規(guī)劃新算法

3、。由于無(wú)需預(yù)先遍歷所有點(diǎn)列，該算法計(jì)算效率和實(shí)時(shí)性高。將四元數(shù)引入空間曲線插補(bǔ)算法中，簡(jiǎn)化了常用的矩陣變換計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)加工圓弧分析得到起點(diǎn)以及旋轉(zhuǎn)角度，采用四元數(shù)旋轉(zhuǎn)插值理論實(shí)現(xiàn)圓弧軌跡插補(bǔ)，并通過(guò)添加偏移矢量形成了螺旋線插補(bǔ)算法。通過(guò)將線性加工速度參數(shù)轉(zhuǎn)化為角速度，建立了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下的S曲線加減速速度規(guī)劃模型。該算法實(shí)現(xiàn)了空間圓弧、螺旋線等空間曲線的直接插補(bǔ)，而且避免了矩陣坐標(biāo)變換存在的萬(wàn)向節(jié)鎖死、計(jì)算量大等問(wèn)題。對(duì)小線段速度前瞻算

4、法進(jìn)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(guò)分析待加工軌跡上的拐點(diǎn)特征，采用動(dòng)力學(xué)約束方程計(jì)算出最大允許銜接速度，并通過(guò)速度迭代算法實(shí)時(shí)修正直線或正弦曲線加速度。該算法實(shí)現(xiàn)了小線段間的速度平滑銜接，提高了運(yùn)動(dòng)柔順性，可以提高加工效率和質(zhì)量，并減少機(jī)床沖擊。構(gòu)建了基于ARM芯片的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器的軟硬件系統(tǒng)，介紹了運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，