多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252014V01．35No．2582．592ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaaedu．CR多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法史中权1’2’3一，叶文华1’21．南京航空航天大学机电学院，江苏南京2100162．江苏省精密与微细制造技术重点实验室，江苏南京2]00163．河海大学机电工程学院，江苏常州213022摘要：针对目前多轴联动条件下S形加减速算法

2、复杂，一条插补线段内最大进给速度不能实时可调的问题，提出了一种插补速度实时可调的前瞻控制算法。算法首先根据机床特性和线段夹角建立了小线段衔接处进给速度的约束条件，然后采用加速度跟随原理提出了最大进给速度连续可调的S形加减速控制方法，在此基础上设计了一种加速度自适应调整的前瞻处理算法。该算法在不降低轨迹插补精度的前提下，能以最大的速度通过线段的转接点，从而使整个线段插补过程具有高度的柔性和快速性，能满足现代数控系统对前瞻处理的实时性要求。结果表明该算法有效降低了机床运动时的振动，与传统速度规划算法相比，同等加工条件下，加工效率

3、明显提高，工件表面质量也得到改善。关键词：加减速控制；速度规划；前瞻算法；线性插补；数控系统中图分类号：V232．4；THl64；TP273．5文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)02—0582—11对于涡轮叶片以及型腔类薄壁弱刚度航空零件的自由型面轮廓的加工编程，通常是由专用的计算机辅助数控编程(CAPS)软件通过大量的微小直线或圆弧来逼近自由型面轮廓，从而生成数控加工代码。受插补周期和机床本身运动特性影响，必须对进给速度进行规划，在小线段衔接处根据机床特性和线段夹角维持一定的进给速度，仅仅改变速度矢量的

4、方向[1-6]。同时在连续加工时，能根据进给速度、加速度、加加速度、插补线段长度等机床运动参数约束条件，检测速度变化敏感区并进行加减速处理[7]。最终目的是使机床在不损失加工精度和表面质量的前提下，获取最大的加工效率。数控系统在驱动机床各轴运动过程中，最大加减速不能超过机床的最大负载能力，否则易造成机床较大的振动，从而带来加工精度的降低以至产品报废。为了达到加工速度前瞻自适应于路径变化，在插补器中设计了一个实时前瞻(Look—ahead)控制模块，前瞻控制包含2个方面：①必须根据机床动力学约束条件确定线段间的最大容许转接速度

5、；②在连续加工过程中，必须根据事先确定的各线段间最大容许转接速度，自动地提前进行前瞻加减速处理，以使机床各轴在不损失加工效率的前提下安全地通过各线段间转接点。对于多轴联动中的旋转轴运动，必须同步控制线段间旋转轴的角加速度，否则易引起加工工件表面的过切或欠切[8。9]。收稿日期：2013—05—20；退修日期：2013—08—05；录用日期：2013—09—13；网络出版时间：2013—09—2217：19网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．201309221719．005．ht

6、mI基金项目：江苏省产学研前瞻性联合研究项目(BY2009103)；江苏省精密与微细制造技术重点实验室资助项目(JSPM200701)；中央高校基本科研业务费项目(2009830814)*通讯作者Tel：0519-85191917E-mail：shizq77@163．corn硪用格武lShiZQ．YeWH．Alook—aheadalgorithmwithadjustablereal-timefeedratebasedonmulti-axissynchronousInterpolation!J]．ActaAeronautica

7、etAstronauticaSinica．2014．35(2)：582-592．吏中权．叶文华．多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控钢算法￡∞．航空学报，2014．35(2)：582-592．史中权等：多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法583前瞻加减速处理主要包括加减速形式选择和代码段的预读，加减速处理的复杂程度决定了前瞻处理的耗时，代码段的预读段数决定了系统资源消耗。迄今为止，国内外学者提出了多种加减速方法，常用的有梯形、S形和指数形等。目前应用最多、效果最好的是S形加减速算法。何均等[1铂将复杂的S形分段函数

8、算法进行加加速弱化并等效为匀加减速嵌入到前瞻控制算法中，给出了前瞻算法中加工速度的解析解，减少了S形加减速度算法的复杂度。但其前瞻以S形加减速曲线的对称性为前提，在某些情况下不能满足加工速度实时改变以及起终点速度不一致的要求；同时，前瞻处理以锐角过渡为结束条件，使得计算时插补缓冲区的大小受