CN101807067A - 加速度直线型高速插补算法在数控机床中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明为加速度直线型高速插补算法在数控机床中的应用，对于加工路径连接速度的计算，本发明考虑涉及到两个问题，一个是机床的伺服能力，这由机床本身的性能决定；另一个是相邻的两段路径之间的夹角，针对相邻的两段路径之间的夹角，若两条路径间的夹角大于90度，连接速度必须设为零；若夹角在0度和90度之间，利用它们之间的夹角计算相应的连接速度，此时的连接速度并不为零，而且夹角越小，连接速度越大；若夹角为0，则认为在此点不降速，此时连接速度就是机床允许的最大速度。相对于没有高速连接的加速度直线型算法，我们的连接速度不必每次都降到0，而是按照夹角计算，尤其在夹角比较小的时候几乎不降速，因此极大的提高了加工效率。

Description

加速度直线型高速插补算法在数控机床中的应用

技术领域

本发明涉及数控机床控制技术领域。特别是直线型插补算法领域。

背景技术

数控机床控制技术领域中，加速度直线型插补算法有诸多优点，由于该算法实现简单、加工效率高，因此在数控系统中得到了广泛应用。但是，目前已有的操作程序缺少高速连接，每条加工路径的起点和终点速度都设置为零。这样必然导致如下两个问题：第一，因为加工速度不均匀，导致了加工效果比较差，这在激光雕刻和等离子雕刻等热切割中表现的尤为明显；第二，因为每次都要降速到零，以致于加工效率会很低，尤其对于路径是由大量微小线段组成的铣削刀路，没有高速连接，加工效率几乎是不可接受的。然而简单的设置一个连接速度，又会因为在某些轴上不满足机床的伺服能力而引起机床抖动，影响加工效果和机床寿命。因此如何合理的设置连接速度就成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的：针对缺少高速连接的加速度直线型插补算法，本发明改变每条加工路径的起点和终点连接速度每次降到零的设置，以求改善加工的效率和加工品质。

对于加工路径连接速度的计算，本发明考虑涉及到两个问题，一个是机床的伺服能力，这由机床本身的性能决定；另一个是相邻的两段路径之间的夹角。

如果两条路径间的夹角大于90度，本发明就认为连接速度必须设为零；

如果夹角在0度和90度之间，本发明利用它们之间的夹角计算相应的连接速度，此时的连接速度并不为零，而且夹角越小，连接速度越大，

如果夹角为0，则本发明认为在此点不降速，此时连接速度就是机床允许的最大速度。

相对于没有高速连接的加速度直线型算法，本发明的连接速度不必每次都降到0，而是按照夹角计算，尤其在夹角比较小的时候，本发明实施几乎不降速。这在两方面提高了加工质量。第一，因为在连接点处速度不再必须降速为零，尤其在两条路径夹角比较小的时候，一般是以最高速度在加工，因此就提高了加工的效率。第二，因为连接点不再必须降速，因此整个的加工速度就比较均匀，切削出的路径就比较均匀，因此提高了加工的品质。

有益效果：从实际的应用来看，对于一般的加工刀路，高速连接的应用一般会使加工效率提高50％以上；而加工品质的改善也是显著的，尤其对于激光雕刻、等离子切割等效果更为明显。没有应用高速连接算法以前，在激光雕刻和等离子切割中，由于每个连接点处速度都必须降为零，这就会引起热量的短暂积聚，本来在连接点处的一个“点”就会被雕刻(切割)为一个“小圆”，而严重的影响了加工品质。高速连接算法的应用有效的改善了这种缺陷。

附图说明

下面结合附图与实施案例进一步说明本发明。

图1连接速度的设置。

具体实施方式

以下通过一个实施案例，进一步说明本发明。

一条加工路径(长度为l)的加工一般会有加速、匀速和减速过程，或者只有加速和减速的过程。首先假设加工过程中只有加速和减速过程，可以根据起点速度、终点速度和加工的长度计算出可以达到的最大速度。计算公式为

$\frac{1}{2}(V_s+V_m)\frac{(V_m-V_s)}{a}+\frac{1}{2}(V_e+V_m)\frac{(V_m-V_e)}{a}=l$ (式1)

$V_m=\sqrt{\frac{V_s^2+V_e^2+2\mathrm{al}}{2}}$

当求出的V_m小于等于数控系统设定的最大加工速度V_max时，该段路径的加工只有加速和减速过程；当V_m大于V_max时，由于实际加工时的进给速度不能超过给定的最大进给速度V_max，所以数控系统要以V_max速度匀速进给一段距离。具体计算过程如下

当V_m小于V_max时，S₂＝0，S₁、S₃分别为

$S_1=\frac{V_m^2-V_s^2}{2a}$ $S_2=\frac{V_m^2-V_e^2}{2a}$

当V_m大于V_max时

$S_1=\frac{V_m^2-V_s^2}{2a}$ $S_3=\frac{V_m^2-V_e^2}{2a}$ S₂＝l-S₁-S₃对于连接速度的设置如图1所示：B为连接点AB和BC之间的夹角为θ，那么连接速度的计算公式如下：

1.如果θ大于90度，连接速度为0；

2.如果θ等于0度，连接速度为机床允许的最大速度；

3.如果θ大于0度小于90度，我们要求连接速度满足：

$\frac{V_B-V_B\cos \mathrm{\θ}}{T}\≤A_{\max }$ $\frac{V_B\sin \mathrm{\θ}}{T}\≤A_{\max }$

其中：转弯时间T、转弯加速度A_max都是常数，它们由机床的伺服能力决定，用户可以通过设置转弯加速度的大小确定连接速度的大小，但是转弯加速度的设置必须满足机床的伺服能力。最终我们可以得到：

$V_B=\min \{\frac{A_{\max }T}{\sin \mathrm{\θ}},\frac{A_{\max }T}{1-\cos }\}$ (式2)。

Claims (2)

1.加速度直线型高速插补算法在数控机床中的应用，其特征在于，针对相邻的两段路径之间的夹角，包括以下方法：

1)如果两条路径间的夹角大于90度，连接速度必须设为零；

2)如果夹角在0度和90度之间，利用它们之间的夹角计算相应的连接速度，此时的连接速度并不为零，而且夹角越小，连接速度越大；

3)如果夹角为0，则认为在此点不降速，此时连接速度就是机床允许的最大速度。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述方法2)的连接速度，用户可以通过设置转弯加速度确定，而转弯加速度的设置必须满足机床的伺服能力。

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