CN102081380A - 一种应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法，包括以下步骤：1)设定多层皮革数控裁割过程包括主运动和进给运动，对于进给运动的速度控制，根据机床进给最大加速度a_max以及进给最大速度V_max性能指标计算出机床的加加速度J_a以及推导出加速度公式和速度计算公式；2)判断待加工皮革材料的是否为标准皮革材料，并修正；3)判断待裁割皮革的层数是否为单层，并修正；4)判断当前裁割轨迹是否为直线：对其根据当前路径半径R_x的大小对速度进行修正求得V₃，根据路径曲率半径区间内的速度做线性计算得到任意曲率半径的裁割速度。并实现对切向跟随运动的速度控制。本发明适用于多层皮革加工场合、加工速度和效率优化程度高、降低刀补误差。

Description

一种应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法

技术领域

本发明涉及多层皮革数控裁割机床领域，尤其是一种多层皮革数控裁割机床的速度控制方法。

背景技术

数控裁割技术包含有最先进的机械技术、计算机与信息处理技术、系统技术、自动控制技术、传感与检测技术、伺服传动技术。随着数控技术的发展，数控裁割技术逐步朝开放式、智能化、高速化的方向发展。国外皮革裁割系统已经发展成集成化和智能化的数控集成系统，但是，国外先进的数控皮革裁割机虽然功能强大，但是价格昂贵，且对我国采取技术垄断和封闭政策。

对于该速度规划方法，相关国内研究机构也进行了一定的探索与研究。由上海奈凯电子科技有限公司发明的数控机床系统中实现对刀路进行插补控制的方法(200710171564.1)；由鸿富锦精密工业(深圳)有限公司发明的计算机数值控制工具机及其加减速度方法(200810301587.4)；由广西大学实时前瞻全程加减速控制的NURBS曲线自适应分段插补方法(200910113894.4)；由中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司与沈阳高精数控技术有限公司联合发明的一种基于滤波技术的数控系统加减速控制方法(200610155810.X)等。上述部分发明方法是针对运动曲线进行的速度规划方法和插补算法，与实际工艺有很大差别，虽然具有一定的通用性，但是不能直接应用于某种具体设备的控制。另外部分发明方法的提出针对于某一技术设备的专用速度规划和控制方法，对多层皮革数控裁割机速度规划和控制只能起到一定借鉴作用，但是并不适合本技术的速度规划方法和加工工艺要求。本规划方法是按照随着皮革的裁割强度、裁割轨迹曲率半径、裁割层数，规划出不同的裁割速度，使裁割切削力保持稳定，从而达到裁割顺畅，振动小，尺寸误差波动幅度小之目的；同时伺服电机输出功率相对稳定，对于提高动力源使用寿命具有重要意义。

上海大学张建宏利用机电一体化集成方法完成对数控服装裁剪机的系统设计；宁波大学李国富等研究了数控服装裁剪机的控制系统设计。西安交通大学的丁文捷探讨了基于格柏裁床的数字程序控制技术二次开发。沈俊佳采用了基于自适应MMAS蚁群算法的裁刀下刀点优化方法对下刀点进行了优化、采用了基于贝塞尔曲线的轮廓拐角平滑过渡裁剪技术对曲线的过度拐角进行了处理。浙江大学的朱年军探讨了用于皮革的裁剪机控制系统设计。上海大学赵懿峰分析了裁剪机工作时裁刀的实际复杂受力情况，对裁刀纠偏问题进行了详细的讨论，并采用模糊控制的方法，处理刀具在不同受力情况下裁刀偏转角度的问题。浙江大学陈子辰和王文结合浙江省重大招标项目“皮革制品准柔性制造技术开发”，开发了一套的皮革裁剪加工自动化系统，并申请了国家发明专利功能集成式数控自动化皮革裁剪方法(200610155436.3).

目前国内相关技术领域主要对刀具速度规划进行了一定研究，并提出了一些算法，这些研究成果都是针对于单层皮革裁割加工。由于单层皮革对于机床运动进给运动较小，因此仅仅属于平面运动控制方法，即只根据加工路径进行速度规划和控制算法，与数控机床本身动态特性、皮革材料特性以及加工工艺特性紧密结合程度很低或者相关性不大。但是，就多层皮革而言，其材料特性、机床动态特性以及工艺技术对加工精度影响较大，属于空间控制系统，尤其针对于裁割过程中路径曲率半径的变化，如果继续采用原有平面控制系统，那么速度与效率优化程度大大降低，刀补误差也较大。

发明内容

为了克服已有的皮革裁割加工的速度控制方法应用到多层皮革加工场合时速度和效率优化程度低、刀补误差较大的不足，本发明提供一种适用于多层皮革加工场合、加工速度和效率优化程度高、降低刀补误差的应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法，所述速度控制方法包括以下步骤：

1)设定多层皮革数控裁割过程包括主运动和进给运动，所述主运动为片状刀具的高频振动，所述进给运动为裁割刀具的平面运动；

对于所述进给运动的速度控制，首先按照数控机床速度控制曲线S将速度曲线分为七大阶段：匀加加速度J_a、匀加速、匀减加速度、加速度为零、反向匀加加速度、反向匀加速、反向匀减加速度，规定除加速度为零阶段以外，其他六阶段时间相同且均为nT，其中T为插补周期，n为某一整数，根据机床进给最大加速度a_max以及进给最大速度V_max性能指标计算出机床的加加速度J_a以及推导出加速度公式和速度计算公式；

2)设定标准材料的裁割强度为τ₀，判断待加工皮革材料的是否为标准皮革材料，判断结果如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，则用待加工皮革裁割强度τ_x与τ₀做比值，得到相对裁割强度系数λ₀，即

${\mathrm{\&lambda;}}_0=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_x}{{\mathrm{\&tau;}}_0},0<{\mathrm{\&lambda;}}_0\&le;1---1-1$

然后原有加速度A₀＝a_max进行修正得出新的加速度A₁，修正公式：

A₁＝A₀·λ₀＝λ₀·a_max                                    1-2

并根据加速度与速度关系并求出修正速度V₁；

3)判断待裁割皮革的层数是否为单层：如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，对其进一步修正；设待裁割皮革层数为n，新修正的加速度为A₂，ξ为常数，修正公式：

A₂＝A₁-ξ·n＝λ₀·a_max-ξ·n                                1-3

并根据加速度与速度关系并求出修正速度V₂；

4)判断当前裁割轨迹是否为直线：如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，对其根据当前路径半径R_x的大小对速度进行修正求得V₃，根据当前的裁割路径曲率半径属于不同类型区间的区间确定该区间的最大速度和最小速度，路径曲率半径区间内的速度做线性计算得到任意曲率半径的裁割速度。

进一步，所述步骤4)中，裁割速度的计算过程如下：

4.1)设定α_i为正整数，其中α_i+1＞α_i，W为裁割刀的宽度，对裁割圆弧进行划分：超大圆弧：R_x≥α₅·W，特大圆弧：α₄·W≤R_x＜α₅·W，大圆弧：α₃·W≤R_x＜α₄·W，较大圆弧：α₂·W≤R_x＜α₃·W，中等圆弧：α₃·W≤R_x＜α₄·W，较小圆弧：α₂·W≤R_x＜α₃·W，小圆弧：α₁·W≤R_x＜α₂·W；

4.2)设定圆弧区间的最大速度和最小速度，超大圆弧：速度为定值V_max＝V_min＝V₃；特大圆弧：V_max＝V₃，V_min＝β·V₃；大圆弧：V_max＝β·V₃，V_min＝β²·V₃；较大圆弧：V_max＝β²·V₃，V_min＝β³·V₃；中等圆弧：V_max＝β³·V₃，V_min＝β⁴·V₃；较小圆弧：V_max＝β⁴·V₃；V_min＝β⁵·V₃；小圆弧：速度为定值V_max＝V_min＝β⁵·V₃；

4.3)设定速度计算方程为：

V_i＝K_i·R_i+B_i                                        1-4

将该某一半径的区间端点值α_i·W、α_i+1·W与最小速度V_min、最大速度V_max组成坐标点作为已知条件，即(α_i·W，V_min)、(α_i+1·W，V_max)，带入1-4公式，求得：

$V_i=\frac{V_{\max }-V_{\min }}{W({\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_i)}\&CenterDot;R_i+V_{\max }-\frac{V_{\max }-V_{\min }}{({\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_i)}\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}---1-5$

从而得到任意曲率半径的裁割速度。

再进一步，所述多层皮革数控裁割过程还包括辅助运动，所述辅助运动为片状刀具加工过程中的转动，即切向跟随运动；

所述切向跟随运动的角速度控制过程，具体如下：

第一步，按照数控机床角速度控制曲线将角速度曲线分为七大阶段：匀角加加速度J_ε、角匀加速、角匀减加速度、角加速度为零、反向角匀加加速度、反向角匀加速、反向角匀减加速度；规定除角加速度为零阶段以外，其他六阶段时间相同，均为nT，T为插补周期，n为某一整数，根据机床最大角加速度ε_max以及最大角速度ω_max性能指标计算出机床的角加加速度J_ε、角加速度公式和角速度计算公式；

第二步，设定标准材料的弹性模量为E₀，判断待加工皮革材料的是否为标准皮革材料，判断结果如果是，则角加速度以及角速度不变；如果不是，则用待加工皮革弹性模量E_x与E₀做比值，得到相对弹性模量系数μ₀，即

${\mathrm{\&mu;}}_0=\frac{E_x}{E_0}(0<{\mathrm{\&mu;}}_0\&le;1)---1-7$

然后原有角加速度ε₀＝ε_max进行修正得出新的角加速度ε₁，修正公式：

ε₁＝ε₀·μ₀＝μ₀·ε_max                                    1-8

并根据角加速度与角速度关系并求出修正角加速度ε₁，

第三步，判断待裁割皮革的层数是否为单层：如果是，则角加速度以及角速度不变；如果不是，对其进一步修正。设待裁割皮革层数为n，新修正的角加速度为ε₂，ζ常数，修正公式：

ε₂＝ε₁-ζ·n＝μ₀·ε_max-ζ·n                             1-9

并根据角加速度与角速度关系并求出修正角速度ω₂。

第四步，判断当前裁割轨迹是否为直线：如果是，则角加速度为0；如果不是，对其根据当前路径半径R_x的大小对其进行修正求得ω₃，根据当前的裁割路径曲率半径属于不同类型区间得到区间最大角速度和最小角速度，路径曲率半径区间内的角速度做线性计算得到任意曲率半径的裁割角度速度。

更进一步，在所述第四步中，所述裁割角速度的计算过程为：

首先，设定χ_i为正整数，W为裁割刀的宽度，对裁割圆弧进行划分：超大圆弧：R_x≥χ₅·W，特大圆弧：χ₄·W≤R_x＜χ₅·W，大圆弧：χ₃·W≤R_x＜χ₄·W，较大圆弧：χ₂·W≤R_x＜χ₃·W，中等圆弧：χ₃·W≤R_x＜χ₄·W，较小圆弧：χ₂·W≤R_x＜χ₃·W，小圆弧：χ₁·W≤R_x＜χ₂·W；

接着，规划出不同圆弧类别前提下，圆弧区间的最大角速度和最小角速度：超大圆弧：速度为定值ω_max＝ω_min＝ω₃＝0；特大圆弧：ω_min＝ω₃＝δ，其中，δ为很小正数，ω_max＝γ·ω₃；大圆弧：ω_min＝γ·ω₃，ω_max＝γ²·ω₃；较大圆弧：ω_min＝γ²·ω₃，ω_max＝γ³·ω₃；中等圆弧：ω_min＝γ³·ω₃，ω_max＝γ⁴·ω₃；较小圆弧：ω_min＝γ⁴·ω₃；ω_max＝γ⁵·ω₃；小圆弧：速度为定值ω_max＝ω_min＝γ⁵·ω₃；

再者，设定角速度计算方程为：

ω_j＝K_j·R_j+B_j                                  1-10

将该某一半径的区间端点值χ_j·W、χ_j+1·W与最小角速度ω_min、最大角速度ω_max组成坐标点作为已知条件，即(χ_j·W，ω_min)、(χ_j+1·W，ω_max)，带入1-9公式，求得：

${\mathrm{\&omega;}}_j=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}{W({\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_j)}\&CenterDot;R_j+{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}{({\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_j)}\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}---1-11$

从而得出任意曲率半径的裁割角度速度。

本发明的技术构思为：规划出进给速度随着加工皮革层数增加而分段递减的关系；加速度随着层数增加差分递减的关系。同时规划出进给速度随着半径的增加逐渐增大，加速度增加程度也随着半径的增大而增大。在此基础上，对于速度和加速度进一步修正，以最常用的内底革皮革裁割强度为基本强度，并用其他类型皮革裁割强度与基本强度的比值——当量强度作为速度和加速度的修正重要参数，当量强度越大，速度越小，加速度变化也越小；当量强度越小，速度越大，加速度变化也越大。

切向跟随运动中速度规划也是本发明中一项重要内容。根据进给运动与切向跟随运动的联动关系，规划出角速度随着加工皮革层数增加而分段递减的关系。同时规划出角速度随着半径的增加逐渐减小，角加速度增加程度也随着半径的增大而减小。在此基础上，对于角速度和角加速度进一步修正，以最常用的内底革皮革弹性模量为基准，并用其他类型皮革弹性模量与该基准的比值——当量弹性模量作为角速度和角加速度的修正重要参数，当量弹性模量越大，角速度越小，角加速度变化也越小；当量弹性模量越小，角速度越大，角加速度变化也越大。

主要针对于数控皮革裁割机高速裁割过程中，机床在进给运动的同时，能够使高频振动刀具实时地与进给运动轨保持相切状态的速度规划方法。通过本速度规划，技术人员只需根据皮革裁割强度、皮革裁割层数以及加工工艺要求，输入并调节相应地工艺技术参数，就可以高效低耗地完成对多层皮革的裁割工作。

本发明的有益效果主要表现在：适用于多层皮革加工场合、加工速度和效率优化程度高、降低刀补误差。

附图说明

图1为进给运动和切向跟随运动的示意图。

图2为进给运动速度规划流程图。

图3为进给运动速度与路径曲率半径一一对应关系的示意图。

图4为切向跟随角速度规划流程图

图5为切向跟随角速度与路径曲率半径一一对应关系的示意图。

图6为随着层数n增加，裁割速度(角速度)与时间关系规律图。

图7为随着层数n增加，裁割(角)加速度与时间关系规律图。

图8为随着圆弧半径R增加，裁割速度(角)与时间关系规律图

图9为随着圆弧半径R增加，裁割(角)加速度与时间关系规律图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法，图1为进给运动和切向跟随运动的示意图，根据该图所示：多层皮革高速裁割加工过程中，存在三大运动：主运动——片状刀具1的高频振动(Z方向)，完成多层皮革2的裁割运动，实现刀具对多层皮革2的裁割；进给运动——裁割刀具1的平面运动(X，Y方向)，完成裁割刀具沿着CAD排样轨迹的运动；辅助运动——片状刀具1加工过程中的转动(Z

方向)，即切向跟随运动，完成多层皮革2裁割过程中片状刀具始终保持与裁割轨迹切向方向一致，实现刀具对多层皮革裁割的刀具补偿。

图2为多层皮革数控裁割机床进给运动的速度规划流程图。所述进给运动的速度控制如下：

1)首先按照数控机床速度控制曲线S将速度曲线分为七大阶段：匀加加速度Ja、匀加速、匀减加速度、加速度为零、反向匀加加速度、反向匀加速、反向匀减加速度。规定除加速度为零阶段——平稳裁割过程以外，其他六阶段时间相同，均为nT(T为插补周期，n为某一整数)。根据机床进给最大加速度a_max以及进给最大速度V_max性能指标计算出机床的加加速度J_a以及推导出加速度公式和速度计算公式。

2)系统指定的标准材料的裁割强度为τ₀，判断待加工皮革材料的是否为标准皮革材料。判断结果如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，则用待加工皮革裁割强度τ_x与τ₀做比值，得到相对裁割强度系数λ₀，即

${\mathrm{\&lambda;}}_0=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_x}{{\mathrm{\&tau;}}_0}(0<{\mathrm{\&lambda;}}_0\&le;1)---1-1$

然后原有加速度A₀＝a_max进行修正得出新的加速度A₁，修正公式：

a₁＝A₀·λ₀＝λ₀·a_max                                1-2

并根据加速度与速度关系并求出修正速度V₁。

3)系统判断待裁割皮革的层数是否为单层：如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，对其进一步修正。设待裁割皮革层数为n，新修正的加速度为A₂，ξ为常数，修正公式：

A₂＝A₁-ξ·n＝λ₀·a_max-ξ·n                         1-3

并根据加速度与速度关系并求出修正速度V₂。

4)系统判断当前裁割轨迹是否为直线：如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，对其根据当前路径半径R_x的大小对其进行修正求得V₃。具体过程如下：

4.1)设定α_i为正整数，W为裁割刀的宽度。首先对裁割圆弧进行划分：超大圆弧(R_x≥α₅·W)、特大圆弧(α₄·W≤R_x＜α₅·W)、大圆弧(α₃·W≤R_x＜α₄·W)、较大圆弧(α₂·W≤R_x＜α₃·W)、中等圆弧(α₃·W≤R_x＜α₄·W)、较小圆弧(α₂·W≤R_x＜α₃·W)和小圆弧(α₁·W≤R_x＜α₂·W)七种，并根据当前的裁割路径曲率半径属于不同类型区间规划出区间最大速度和最小速度。

图2为路径曲率半径与裁割速度的一一对应关系。

4.2)规划出不同圆弧类别前提下，圆弧区间的最大速度和最小速度。超大圆弧：速度为定值V_max＝V_min＝V₃；特大圆弧：V_max＝V₃，V_min＝β·V₃；大圆弧：V_max＝β·V₃，V_min＝β²·V₃；较大圆弧：V_max＝β²·V₃，V_min＝β³·V₃；中等圆弧：V_max＝β³·V₃，V_min＝β⁴·V₃；较小圆弧：V_max＝β⁴·V₃；V_min＝β⁵·V₃；小圆弧：速度为定值V_max＝V_min＝β⁵·V₃。

4.3)对于路径曲率半径区间内的速度做线性计算：

设定速度计算方程为：

V_i＝K_i·R_i+B_i                                    1-4

将该某一半径的区间端点值α_i·W、α_i+1·W与最小速度V_min、最大速度V_max组成坐标点作为已知条件，即(α_i·W，V_min)、(α_i+1·W，V_max)，带入1-4公式，求得：

$V_i=\frac{V_{\max }-V_{\min }}{W({\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_i)}\&CenterDot;R_i+V_{\max }-\frac{V_{\max }-V_{\min }}{({\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_i)}\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}---1-5$

从而得出任意曲率半径的裁割速度。

图3为多层皮革数控裁割机床辅助运动——切向跟随运动的角速度规划流程图。根据进给运动与切向跟随运动联动关系可知，裁割路径为直线时，切向跟随运动的角速度ω和角加速度ε都为0；但裁割路径为圆弧时，必需进行角速度规划。设圆弧起点为G₁(X₁，Y₁)，终点为G₂(X₂，Y₂)，圆弧起始角为A₁，终止角为A₂，进给插补速度分别为V_x和V_y，插补周期为T，因此角速度与角加速度的联动关系满足如下公式：

$\frac{X_2-X_1}{V_x}=\frac{Y_2-Y_1}{V_y}=\frac{A_2-A_1}{\mathrm{\&omega;}}=n\&CenterDot;T---1-6$

因此，得出进给运动插补速度与切向跟随角速度成正比例关系，进给加速度与角加速度也满足正比例关系，所述切向跟随运动的角速度控制过程如下：

第一步：首先按照数控机床速度控制曲线S将角速度曲线分为七大阶段：匀角加加速度J_ε、角匀加速、角匀减加速度、角加速度为零、反向角匀加加速度、反向角匀加速、反向角匀减加速度。规定除角加速度为零阶段——在同一圆弧内裁割过程中平稳匀速转动裁割刀以外，其他六阶段时间相同，均为nT(T为插补周期，n为某一整数)。根据机床最大角加速度ε_max以及最大角速度ω_max性能指标计算出机床的角加加速度J_ε、角加速度公式和角速度计算公式。

第二步：系统指定的标准材料的弹性模量为E₀，判断待加工皮革材料的是否为标准皮革材料。判断结果如果是，则角加速度以及角速度不变；如果不是，则用待加工皮革弹性模量E_x与E₀做比值，得到相对弹性模量系数μ₀，即

${\mathrm{\&mu;}}_0=\frac{E_x}{E_0}(0<{\mathrm{\&mu;}}_0\&le;1)---1-7$

然后原有角加速度ε₀＝ε_max进行修正得出新的角加速度ε₁，修正公式：

ε₁＝ε₀·μ₀＝μ₀·ε_max                                    1-8

并根据角加速度与角速度关系并求出修正角加速度ε₁。

第三步：系统判断待裁割皮革的层数是否为单层：如果是，则角加速度以及角速度不变；如果不是，对其进一步修正。设待裁割皮革层数为n，新修正的角加速度为ε₂，ζ常数，修正公式：

ε₂＝ε₁-ζ·n＝μ₀·ε_max-ζ·n                             1-9

并根据角加速度与角速度关系并求出修正角速度ω₂。

第四步：系统判断当前裁割轨迹是否为直线：如果是，则角加速度为0；如果不是，对其根据当前路径半径R_x的大小对其进行修正求得ω₃。所述裁割角速度的计算过程为：

首先，设定χ_i为正整数，W为裁割刀的宽度。首先对裁割圆弧进行划分：超大圆弧(R_x≥χ₅·W)、特大圆弧(χ₄·W≤R_x＜χ₅·W)、大圆弧(χ₃·W≤R_x＜χ₄·W)、较大圆弧(χ₂·W≤R_x＜χ₃·W)、中等圆弧(χ₃·W≤R_x＜χ₄·W)、较小圆弧(χ₂·W≤R_x＜χ₃·W)和小圆弧(χ₁·W≤R_x＜χ₂·W)七种，并根据当前的裁割路径曲率半径属于不同类型区间规划出区间最大角速度和最小角速度。

图4为路径曲率半径与切向跟随角速度的一一对应关系。

接着，规划出不同圆弧类别前提下，圆弧区间的最大角速度和最小角速度。超大圆弧：速度为定值ω_max＝ω_min＝ω₃＝0；特大圆弧：ω_min＝ω₃＝δ(δ为很小正数)，ω_max＝γ·ω₃；大圆弧：ω_min＝γ·ω₃，ω_max＝γ²·ω₃；较大圆弧：ω_min＝γ²·ω₃，ω_max＝γ³·ω₃；中等圆弧：ω_min＝γ³·ω₃，ω_max＝γ⁴·ω₃；较小圆弧：ω_min＝γ⁴·ω₃；ω_max＝γ⁵·ω₃；小圆弧：速度为定值ω_max＝ω_min＝γ⁵·ω₃。

再者，对于路径曲率半径区间内的角速度做线性计算：

设定角速度计算方程为：

ω_j＝K_j·R_j+B_j                                 1-10

将该某一半径的区间端点值χ_j·W、χ_j+1·W与最小角速度ω_min、最大角速度ω_max组成坐标点作为已知条件，即(χ_j·W，ω_min)、(χ_j+1·W，ω_max)，带入1-9公式，求得：

${\mathrm{\&omega;}}_j=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}{W({\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_j)}\&CenterDot;R_j+{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}{({\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_j)}\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}---1-11$

从而得出任意曲率半径的裁割角度速度。

Claims (4)

1.一种应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法，其特征在于：所述速度控制方法包括以下步骤：

1)设定多层皮革数控裁割过程包括主运动和进给运动，所述主运动为片状刀具的高频振动，所述进给运动为裁割刀具的平面运动；

对于所述进给运动的速度控制，首先按照数控机床速度控制曲线S将速度曲线分为七大阶段：匀加加速度J_a、匀加速、匀减加速度、加速度为零、反向匀加加速度、反向匀加速、反向匀减加速度，规定除加速度为零阶段以外，其他六阶段时间相同且均为nT，其中T为插补周期，n为某一整数，根据机床进给最大加速度a_max以及进给最大速度V_max性能指标计算出机床的加加速度J_a以及推导出加速度公式和速度计算公式；

2)设定标准材料的裁割强度为τ₀，判断待加工皮革材料的是否为标准皮革材料，判断结果如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，则用待加工皮革裁割强度τ_x与τ₀做比值，得到相对裁割强度系数λ₀，即

${\mathrm{\&lambda;}}_0=\frac{{\mathrm{\&tau;}}_x}{{\mathrm{\&tau;}}_0},0<{\mathrm{\&lambda;}}_0\&le;1---1-1$

然后原有加速度A₀＝a_max进行修正得出新的加速度A₁，修正公式：

A₁＝A₀·λ₀＝λ₀·a_max                                1-2

并根据加速度与速度关系并求出修正速度V₁；

3)判断待裁割皮革的层数是否为单层：如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，对其进一步修正；设待裁割皮革层数为n，新修正的加速度为A₂，ξ为常数，修正公式：

A₂＝A₁-ξ·n＝λ₀·a_max-ξ·n                         1-3

并根据加速度与速度关系并求出修正速度V₂；

4)判断当前裁割轨迹是否为直线：如果是，则进给加速度以及进给速度不变；如果不是，对其根据当前路径半径R_x的大小对速度进行修正求得V₃，根据当前的裁割路径曲率半径属于不同类型区间的区间确定该区间的最大速度和最小速度，路径曲率半径区间内的速度做线性计算得到任意曲率半径的裁割速度。

2.如权利要求1所述的应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，裁割速度的计算过程如下：

4.1)设定α_i为正整数，其中α_i+1＞α_i，W为裁割刀的宽度，对裁割圆弧进行划分：超大圆弧：R_x≥α₅·W，特大圆弧：α₄·W≤R_x＜α₅·W，大圆弧：α₃·W≤R_x＜α₄·W，较大圆弧：α₂·W≤R_x＜α₃·W，中等圆弧：α₃·W≤R_x＜α₄·W，较小圆弧：α₂·W≤R_x＜α₃·W，小圆弧：α₁·W≤R_x＜α₂·W；

4.2)设定圆弧区间的最大速度和最小速度，超大圆弧：速度为定值V_max＝V_min＝V₃；特大圆弧：V_max＝V₃，V_min＝β·V₃；大圆弧：V_max＝β·V₃，V_min＝β²·V₃；较大圆弧：V_max＝β²·V₃，V_min＝β³·V₃；中等圆弧：V_max＝β³·V₃，V_min＝β⁴·V₃；较小圆弧：V_max＝β⁴·V₃；V_min＝β⁵·V₃；小圆弧：速度为定值V_max＝V_min＝β⁵·V₃；

4.3)设定速度计算方程为：

V_i＝K_i·R_i+B_i                                    1-4

将该某一半径的区间端点值α_i·W、α_i+1·W与最小速度V_min、最大速度V_max组成坐标点作为已知条件，即(α_i·W，V_min)、(α_i+1·W，V_max)，带入1-4公式，求得：

$V_i=\frac{V_{\max }-V_{\min }}{W({\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_i)}\&CenterDot;R_i+V_{\max }-\frac{V_{\max }-V_{\min }}{({\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_i)}\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{i+1}---1-5$

从而得到任意曲率半径的裁割速度。

3.如权利要求1或2所述的应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法，其特征在于：所述多层皮革数控裁割过程还包括辅助运动，所述辅助运动为片状刀具加工过程中的转动，即切向跟随运动；

所述切向跟随运动的角速度控制过程具体如下：

第一步，按照数控机床角速度控制曲线将角速度曲线分为七大阶段：匀角加加速度J_ε、角匀加速、角匀减加速度、角加速度为零、反向角匀加加速度、反向角匀加速、反向角匀减加速度；规定除角加速度为零阶段以外，其他六阶段时间相同，均为nT，T为插补周期，n为某一整数，根据机床最大角加速度ε_max以及最大角速度ω_max性能指标计算出机床的角加加速度J_ε、角加速度公式和角速度计算公式；

第二步，设定标准材料的弹性模量为E₀，判断待加工皮革材料的是否为标准皮革材料，判断结果如果是，则角加速度以及角速度不变；如果不是，则用待加工皮革弹性模量E_x与E₀做比值，得到相对弹性模量系数μ₀，即

${\mathrm{\&mu;}}_0=\frac{E_x}{E_0}(0<{\mathrm{\&mu;}}_0\&le;1)---1-7$

然后原有角加速度ε₀＝ε_max进行修正得出新的角加速度ε₁，修正公式：

ε₁＝ε₀·μ₀＝μ₀·ε_max                                1-8

并根据角加速度与角速度关系并求出修正角加速度ε₁，

第三步，判断待裁割皮革的层数是否为单层：如果是，则角加速度以及角速度不变；如果不是，对其进一步修正，设待裁割皮革层数为n，新修正的角加速度为ε₂，ζ常数，修正公式：

ε₂＝ε₁-ζ·n＝μ₀·ε_max-ζ·n                        1-9

并根据角加速度与角速度关系并求出修正角速度ω₂；

第四步，判断当前裁割轨迹是否为直线：如果是，则角加速度为0；如果不是，对其根据当前路径半径R_x的大小对角速度进行修正求得ω₃，根据当前的裁割路径曲率半径属于不同类型区间得到区间最大角速度和最小角速度，路径曲率半径区间内的角速度做线性计算得到任意曲率半径的裁割角度速度。

4.如权利要求3所述的应用于多层皮革数控裁割机床的速度控制方法，其特征在于：在所述第四步中，所述裁割角速度的计算过程为：

首先，设定χ_i为正整数，W为裁割刀的宽度，对裁割圆弧进行划分：超大圆弧：R_x≥χ₅·W，特大圆弧：χ₄·W≤R_x＜χ₅·W，大圆弧：χ₃·W≤R_x＜χ₄·W，较大圆弧：χ₂·W≤R_x＜χ₃·W，中等圆弧：χ₃·W≤R_x＜χ₄·W，较小圆弧：χ₂·W≤R_x＜χ₃·W，小圆弧：χ₁·W≤R_x＜χ₂·W；

接着，规划出不同圆弧类别前提下，圆弧区间的最大角速度和最小角速度：超大圆弧：速度为定值ω_max＝ω_min＝ω₃＝0；特大圆弧：ω_min＝ω₃＝δ，其中，δ为很小正数，ω_max＝γ·ω₃；大圆弧：ω_min＝γ·ω₃，ω_max＝γ²·ω₃；较大圆弧：ω_min＝γ²·ω₃，ω_max＝γ³·ω₃；中等圆弧：ω_min＝γ³·ω₃，ω_max＝γ⁴·ω₃；较小圆弧：ω_min＝γ⁴·ω₃；ω_max＝γ⁵·ω₃；小圆弧：速度为定值ω_max＝ω_min＝γ⁵·ω₃；

再者，设定角速度计算方程为：

ω_j＝K_j·R_j+B_j                                      1-10

将该某一半径的区间端点值χ_j·W、χ_j+1·W与最小角速度ω_min、最大角速度ω_max组成坐标点作为已知条件，即(χ_j·W，ω_min)、(χ_j+1·W，ω_max)，带入1-9公式，求得：

${\mathrm{\&omega;}}_j=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}{W({\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_j)}\&CenterDot;R_j+{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-\frac{{\mathrm{\&omega;}}_{\max }-{\mathrm{\&omega;}}_{\min }}{({\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}-{\mathrm{\&alpha;}}_j)}\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{j+1}---1-11$

从而得出任意曲率半径的裁割角度速度。

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