CN102749888B - 一种进给速度实时修调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进给速度实时修调方法，包括数控系统、开关装置和测速装置，所述数控系统分别于所述开关装置和所述测速装置连接，其中，步骤包括给出当前点的进给速度的新修调值，测速装置检测出当前点的进给速度的加/减/匀速状态，并将该新修调值与上一次的修调值比较，根据检测和比较的结果按照预设办法规划当前点之后部分的速度值；本发明的有益效果是：通过提供一种适用于高速加工的进给速度实时修调方法，解决机床进给修调处理过程中进给速度和进给加速度不连续的问题，以达到在实际加工过程中以加速度连续的方式对进给速度进行实时修调的目的。

Description

一种进给速度实时修调方法

技术领域

本发明涉及进给速度调节技术领域，具体涉及一种进给速度实时修调方法。

背景技术

进给速度修调功能作为数控机床不可缺少的众多功能之一，其优劣直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，并且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关，因此修调处理就成为加减速控制过程中的关键技术之一。修调处理时主要涉及到对速度曲线的实时重新规划，要求轨迹后的速度、加速度是时间的连续函数，即对于进给速度修调的处理，不仅要求能够快速实时响应修调，而且保证速度加速度连续。

现有的数控系统资料中，提到修调处理的很少，经常见到加工时调整倍率开关引起机床的非正常振动，这是由于对系统修调的处理导致了瞬间加速度不连续，影响了零件加工精度及机床和刀具使用寿命。有的虽然保证速度加速度连续，但是却没有满足修调响应的实时性，不能满足对修条实时性有要求的应用场合。

发明内容

针对目前进给速度调节技术存在的上述问题，本发明提供一种进给速度实时修调方法技术方案。

一种进给速度实时修调方法，包括数控系统、开关装置和测速装置，所述数控系统分别于所述开关装置和所述测速装置连接，其中，步骤如下：

步骤a，通过所述开关装置设置当前点的进给速度的新修调值，并传送至所述数控系统；

步骤b，所述测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为加速状态，则将所述新修调值与上一次修调值比较，并根据比较结果按第一预设办法处理当前点之后的部分；

步骤c，所述测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为匀速状态，则将所述新修调值与上一次的修调值比较，并根据比较结果按第二预设办法处理当前点之后的部分；

步骤d，所述测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为减速状态，则不对当前点之后的部分进行处理。

上述的进给速度实时修调方法，其中，所述步骤b、所述步骤c和所述步骤d的运行顺序是并列的。

上述的进给速度实时修调方法，其中，所述第一预设办法具体为：当新修调值大于上一次的修调值时，若所述测速装置检测到当前点之后的部分存在匀速段，则对当前点之后的部分进行加/减速处理。

上述的进给速度实时修调方法，其中，所述第二预设办法具体为：若新修调值小于上一次的修调值，则对当前点之后的部分进行减速-匀速-减速处理。若新修调值大于上一次的修调值，则对当前点之后的部分进行加速-匀速-减速处理。

上述的进给速度实时修调方法，其中，所述第一预设办法还包括：当新修调值小于上一次的修调值时，若当前点的速度值小于新修调的速度值，则对当前点之后的部分进行加/减速处理。

上述的进给速度实时修调方法，其中，所述第一预设办法还包括：当新修调值小于上一次的修调值时，若当前点的速度值大于新修调值的速度值，则对当前点之后的部分进行加速-减速-匀速-减速处理。

上述的进给速度实时修调方法，其中，所述第二预设办法还包括：当新修调值小于上一次的修调值时，则对当前点之后的部分进行减速-匀速-减速处理。

上述的进给速度实时修调方法，其中，所述第二预设办法还包括：当新修调值大于上一次的修调值时，则对当前点之后的部分进行加速-匀速-减速处理。

本发明的有益效果：

通过提供一种适用于高速加工的进给速度实时修调方法，解决机床进给修调处理过程中进给速度和进给加速度不连续的问题，以达到在实际加工过程中以加速度连续的方式对进给速度进行实时修调的目的。

附图说明

图1是进给速度实时修调方法响应过程的流程示意图；

图2是处于加速状态时，剩余距离足够长而进行的加减速处理方法函数曲线示意图；

图3是处于加速状态时，剩余距离不够长而进行的加减速处理方法函数曲线示意图；

图4是处于加速状态时，新修调值小于上一次修调值时的一种修调情况的函数曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1所示的一种进给速度实时修调方法，包括数控系统、开关装置和测速装置，数控系统分别于开关装置和测速装置连接，其中，实时修调步骤如下：

步骤a，通过开关装置设置当前点的进给速度的新修调值，之后通过上层任务发送至数控系统，根据当前点的位置、速度、修调值大小及剩余距离来实时响应修调处理；

步骤b，测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为加速状态，则将新修调值与上一次修调值比较：

(1)当新修调值大于上一次的修调值时，若测速装置检测到当前点之后的部分存在匀速段，则对当前点之后的部分按照本实施例下述的方法进行加/减速处理，否则不处理；

(2)当新修调值小于上一次的修调值时，若当前点的速度值小于新修调值下允许的最大速度值，则对当前点之后的部分按照本实施例下述的方法进行进行加/减速处理；

若当前点的速度值大于新修调值下允许的最大速度值，则对当前点之后的部分规划处加速-减速-匀速-减速曲线：先加速到某一设定值，再从该设定值减速到新修调值下最大速度值（该设定值大于当前速度值而小于新修调值下的最大速度值）；如图4所示，将E点的速度（V_E）设定为0.5（V_B+V_H）（B点和H点速度之和的一半），按照本实施例下述的方法规划D-E；然后分别以E、F两点的速度和加速度、最大加速度（A_max）和以G、K两点的速度和加速度、最大加速度（A_max）等为约束条件，规划出传统的首末加速度为0的速度曲线E-F和G-K，进而得到F-G的时间间隔；

步骤c，测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为匀速状态，则将新修调值与上一次的修调值比较：

(1)若新修调值小于上一次的修调值，则对当前点之后的部分进行减速-匀速-减速处理，每一段减速曲线的首末加速度为0；

(2)若新修调值大于上一次的修调值，则对当前点之后的部分进行加速-匀速-减速处理；

步骤d，测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为减速状态，则不对当前点之后的部分进行处理。

上述步骤b、步骤c和步骤d的运行顺序是并列的；且本发明所提到的实时修调方法，在实际操作过程中，有可能出现当前执行段没有走完而修调值多次改变的情况，可在响应其中某一次修调时，将刚获取的修调值作为新修调值，重复上述步骤。

本发明提出的重新进行加/减速规划的概念基于三次多项式加/减速控制模型，位移曲线、速度曲线和加速度曲线的三次多项式构造函数可以如下形式：

s(u)=a₀+a₁u+a₂u²+a₃u³+a₄u⁴

v(u)=(a₁+2a₂u+3a₃u²+4a₄u³)/t_m

a(u)=(2a₂+6a₃u+12a₄u²)/t_m ²

其中s(u)、v(u)、a(u)分别表示位移、速度和加速度，u=t/t_m，t_m为加速或减速过程所需的时间，t∈[0,t_m]，a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、t_m以及d为定值参数。

如图2所示，在曲线图中以符号A-B表示A点与B点之间的曲线段，A-B-C表示A点经B点到C点的曲线段（可以包含直线段），其他类推。

原来的速度规划曲线为A-B-C，在速度值到达H点时响应修调值（图示中修调值大于1），此时对H点之后的部分重新进行速度规划，新的速度规划曲线为D-E-F-G，且新的速度曲线与原来的速度曲线A-B-C相交于H点；实际的速度曲线为A-H-E-F-G；D点是所规划的三次多项式曲线的起点，E点是三次多项式曲线的末点，它们之间的时间间隔是t_m，E-F为水平直线段。

在H点对剩余部分重新进行速度规划，结合三次多项式函数表达式，D点和H点的时间间隔为d*t_m(d∈[0,1])，以H点的速度（V_H）和加速度（A_H）、E点的速度（V_E）和加速度（0）、D点的加速度（0）和位移（0）、允许的最大加速度（A_max）等为约束条件，可以计算出三次多项式函数曲线的一系列参数a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、t_m以及d，即可得到D-E的表达式，重新规划出了D-E，在此过程中保证了修调起始点H处的速度和加速度连续；得到：

a₀=0，

a₂=0，

$d=0.5\±0.5\sqrt{1-A_H/A_{\max }},$

$t_m=\frac{3(V_H-V_E)}{A_{\max }({6d}^2-{4d}^3-2)},$

a₄=-A_maxt_m ²/3，

a₃=-2a₄，

a₁=2a₄+t_mV_E

其中，D的正负号取决于当前点在原加速段曲线中的位置；若处于前一半，则取负号，若处于后一半，则取正号。

初次规划后要判断当前点之后的部分剩余距离是否足够长，若剩余距离足够长（即存在E-F直线段），则上述规划基本完成，否则就意味着上述规划中修调后的最大速度（E点速度）达不到要求，需要重新进行速度规划；如图3所示，重新规划时E的速度未知，由d的表达式可以看到，d值是一个只与当前点加速度值和语序最大加速度值相关的变量，即当前点的加速度值决定了d值大小，因此重新规划时的d值与第一次规划时的值相同，作为已知量，结合三次多项式函数表达式，以H点的速度（V_H）和加速度（A_H）、E点的加速度（0）、D点的加速度（0）和位移（0）、允许的最大加速度（A_max）、剩余距离等为约束条件，可以计算出a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、t_m以及E点的速度。实际速度曲线为A-H-E-F。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的申请专利范围，所以凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种进给速度实时修调方法，包括数控系统、开关装置和测速装置，所述数控系统分别与所述开关装置和所述测速装置连接，其特征在于，步骤如下： 

步骤a，通过所述开关装置设置当前点的进给速度的新修调值，并传送至所述数控系统； 

步骤b，所述测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为加速状态，则将所述新修调值与上一次修调值比较，并根据比较结果按第一预设办法处理当前点之后的部分； 

步骤c，所述测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为匀速状态，则将所述新修调值与上一次的修调值比较，并根据比较结果按第二预设办法处理当前点之后的部分； 

步骤d，所述测速装置检测当前点的进给速度，若当前点的进给速度为减速状态，则不对当前点之后的部分进行处理； 

所述第一预设办法包括：当新修调值大于上一次的修调值时，若所述测速装置检测到当前点之后的部分存在匀速段，则对当前点之后的部分进行加/减速处理； 

当新修调值小于上一次的修调值时，若当前点的速度值小于新修调的速度值，则对当前点之后的部分进行加/减速处理； 

所述第二预设办法包括：若新修调值小于上一次的修调值，则对当前点之后的部分进行减速-匀速-减速处理； 

若新修调值大于上一次的修调值，则对当前点之后的部分进行加速-匀速-减速处理。 

2.如权利要求1所述的进给速度实时修调方法，其特征在于，所述步骤b、所述步骤c和所述步骤d的运行顺序是并列的。 

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