CN105171037A - 一种高效高精度pcb数控钻孔加工控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，包括先将Z轴的控制模式及加工序列通过串口预先装载到Z轴控制器中；对预装的Z轴加工序列进行速度规划，Z轴向下运动采用分数阶加减速控制方法进行速度规划，Z轴向上运动采用S曲线加减速控制方法进行速度规划，并将规划的数据保存在存储器中，为钻孔时Z轴运动所调用；通过上位机与XY轴控制器之间进行数据传递，对XY轴采用S曲线加减速控制方法进行速度规划；XY轴与Z轴之间进行协调运动控制，可减少钻孔加工过程中的数据传输量和控制器数据处理时间，提高PCB数控钻孔加工运动平稳性，减小机床振动，提高加工精度，避免发生刀具断刀，同时有效提高PCB数控钻孔加工效率。

Description

一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法

技术领域

本发明涉及PCB数控钻孔技术领域，尤其涉及一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法。

背景技术

PCB是PrintedCircuitBoard的简称，称为印刷电路板，它是盛装电子元器件的底盘，实现元器件之间的相互连接。在PCB制造过程中钻孔是一道非常重要的工序，钻孔的精度和加工质量对电路板产生重要影响。目前PCB钻孔的方法主要采用机械钻孔的方法，PCB数控钻孔机的控制系统对钻孔精度和效率产生重要影响。

随着电子技术的快速发展，PCB结构尺寸越来越小，PCB钻孔直径达到0.1mm，同时对加工精度和加工速度提出更高要求，由于PCB的结构特点决定了PCB数控钻孔加工具有运动行程短、机床启动频繁高、加工速度快、加工精度高等特点，这些特点决定了滚珠丝杠在钻孔过程中磨损加剧，因此滚珠丝杠加伺服交流电机的驱动方式已不能满足PCB数控钻孔高速高精度加工的要求。PCB数控钻孔过程中，Z轴的运动行程一般是固定的一个或几个值，XY平面内的运动距离与钻孔的孔间距有关，但是目前的控制系统中每次X、Y、Z轴数据都由上位机向控制器传递一次，控制系统每次都对X、Y、Z轴数据信息进行处理，由于Z轴数据存在大量的重复数据，造成数据交换和数据处理占用大量时间，从而影响加工效率。控制系统的速度规划方法对PCB钻孔加工精度和效率产生影响，目前常用的方法有：直线加减速和S曲线加减速方法。直线加减速由于加减速过程中存在加速度阶跃，高速运动会对机床产生振动，从而影响加工质量，也会造成刀具断刀；S曲线加减速由于存在柔性冲击，如果冲击过大，影响加工质量。

发明内容

本发明针对上述技术中存在的不足，提供一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，提高PCB数控钻孔的加工精度和加工效率。

本发明提供：一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，包括以下步骤：

1)设置PCB钻孔相关参数，并根据任务需求设置单Z轴或多Z轴工作模式，若多Z轴工作模式，设置Z轴同时工作的个数；

2)在加工前，将Z轴的常用控制模式及加工序列通过串口预先装载到Z轴控制器中，该加工序列为一个完整钻孔任务中Z轴的任务数及运动信息，其中包括Z轴各个任务序列的运动参数，运动参数包括Z轴的运动距离、速度参数、加速度参数以及加加速度参数，所有Z轴控制器只需传递一次加工数据，所有Z轴按照所接收到的加工序列完成加工动作；

3)对Z轴的加工序列进行速度规划，包括Z轴向下运动的速度规划和Z轴向上运动的速度规划，Z轴向下运动的速度规划采用分数阶加减速控制方法，Z轴向上运动的速度规划采用S曲线加减速控制方法，将Z轴向上运动和向下运动速度规划得到的数据信息分别以链表形式保存在Z轴控制器的存储器中，为Z轴位置控制时进行调用；

4)上位机与XY轴控制器数据交互，以双缓冲存储区模式进行XY轴加工数据和Z轴加工指令传递；

5)XY轴运动速度规划：采用上述S曲线加减速控制方法，对XY轴的独立轴运动、XY轴联动直线和圆弧插补运动控制进行速度规划；

6)XY轴与Z轴的协调运动控制；

7)Z轴按照3)中链表存储的Z轴向上运动的插补数据向上运动，当刀具检测传感器感应到刀具离开PCB表面时，Z轴控制器通过硬线信号通知XY轴控制器，XY轴开始运动，Z轴与XY轴进行协同运动；

8)重复4)至7)的步骤，完成PCB所有孔的钻孔加工。

2)中，对Z轴加工序列的代码进行词法、语法以及语义检查和分析，检查加工序列是否存在词法、语法和语义错误，若存在错误，提示相关的信息错误，并指导用户对加工序列进行修改，否则，对加工序列进行翻译，将数据保存在结构体中。

4)中，对PCB数控钻孔加工文件进行词法、语法以及语义分析，检查钻孔加工代码是否存在错误，若出现错误，提示相关的信息错误，并指导用户对钻孔加工代码进行修改，否则，对钻孔加工文件进行翻译操作，提取XY轴的位置信息和加工工艺参数以及Z轴的运动的加工指令。

6)中，Z轴从当前位置到达钻孔加工位置的运动时间为t_z，当XY轴进行位置控制时，判断当前位置到达终点运动所需要的时间为t_r，当t_r＝t_z时，XY轴控制器通过硬线信号通知Z轴控制器，Z轴按照3)中链表存储的Z轴向下运动的插补数据向下运动。

分数阶加减速控制方法包括11个阶段，即[t₀，t₁]为第1阶段，[t₁，t₂]为第2阶段，[t₂，t₃]为第3阶段，[t₃，t₄]为第4阶段，[t₄，t₅]为第5阶段，[t₅，t₆]为第6阶段，[t₆，t₇]为第7阶段，[t₇，t₈]为第8阶段，[t₈，t₉]为第9阶段，[t₉，t₁₀]为第10阶段，[t₁₀，t₁₁]为第11阶段，其中t₀＝0，在第1阶段、第2阶段、第4阶段、第5阶段、第7阶段、第8阶段、第10阶段和第11阶段速度规划时间均相等，满足T₁＝T₂＝T₄＝T₅＝T₇＝T₈＝T₁₀＝T₁₁＝T_f，在第3阶段和第9阶段速度规划时间相等，满足T₃＝T₉。

确定各个阶段的位移、速度、加速度和加加速度，第1阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}\\ v\left(t\right)=m_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}\\ a\left(t\right)=n_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=J_m{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第2阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+c_2{\left(\frac{t-t_1}{T_f}\right)}^2+2c_1\\ v\left(t\right)=m_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{7}{2}}+m_2\left(\frac{t-t_1}{T_f}\right)\\ a\left(t\right)=-n_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{5}{2}}+A_m\\ j\left(t\right)=J_m{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第3阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_2{\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)}^2+2c_2\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)+2c_1+c_2\\ v\left(t\right)=m_1\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)+m_2\\ a\left(t\right)=A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第4阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}+c_2{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^2+(c_3-2c_2)\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)+2c_1+c_2+c_4\\ v\left(t\right)=-m_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+m_2(\frac{t-t_3}{T_f}-1)+V_m\\ a\left(t\right)=-n_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+A_m\\ j\left(t\right)=-J_m{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第5阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+c_3\frac{t-t_4}{T_f}+c_3+c_4\\ v\left(t\right)=-m_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{7}{2}}+V_m\\ a\left(t\right)=n_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=-J_m{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第6阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_3\frac{t-t_5}{T_f}+2c_3+c_4\\ v\left(t\right)=V_m\\ a\left(t\right)=0\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第7阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}+c_3\frac{t-t_6}{T_f}+2c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+V_m\\ a\left(t\right)=-n_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=-J_m{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第8阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{9}{2}}-c_2{\left(\frac{t-t_7}{T_f}\right)}^2+c_3\frac{t-t_7}{T_f}-2c_1+3c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{7}{2}}-m_2\frac{t-t_7}{T_f}+V_m\\ a\left(t\right)=n_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{5}{2}}-A_m\\ j\left(t\right)=-J_m{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第9阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_2{\left(\frac{t-t_8}{T_f}\right)}^2+(c_3-2c_2)\frac{t-t_8}{T_f}-2c_1-c_2+4c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_2(\frac{t-t_8}{T_f}+1)+V_m\\ a\left(t\right)=-A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第10阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}-c_2{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^2+2c_2\frac{t-t_9}{T_f}-2c_1-c_2+4c_3+c_5+c_6\\ v\left(t\right)=m_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+m_2(1-u_{10}\frac{t-t_9}{T_f})\\ a\left(t\right)=n_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}-A_m\\ j\left(t\right)=J_m{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第11阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+4c_3+c_5+c_6\\ v\left(t\right)=m_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{7}{2}}\\ a\left(t\right)=-n_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=J_m{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

式中，J_m为控制系统的最大加加速度，A_m为控制系统的最大加速度，V_m为控制系统的最大速度，m₂＝T_fA_m， $c_1=\frac{8}{315}{T}_f^3{J}_m,c_2=\frac{1}{2}{T}_f^2{A}_m,$ c₃＝T_fV_m， $c_4=\frac{1}{2}{A}_m{T}_3^2+{\mathrm{AT}}_f{T}_3,$ c₅＝V_mT₆，c₆＝V_mT₃。

步骤3)和步骤5)所述的S曲线加减速方法包括7个阶段，即[t₀，t₁]为第1阶段，[t₁，t₂]为第2阶段，[t₂，t₃]为第3阶段，[t₃，t₄]为第4阶段，[t₄，t₅]为第5阶段，[t₅，t₆]为第6阶段，[t₆，t₇]为第7阶段，其中t₀＝0，在第1阶段、第3阶段、第5阶段、第7阶段速度规划时间均相等，满足T₁＝T₃＝T₅＝T₇＝T_s，在第2阶段和第6阶段速度规划时间相等，满足T₂＝T₆。

根据运动距离，确定各个阶段的位移、速度、加速度和加加速度，第1阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_0)}^3\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_0)}^2\\ a\left(t\right)=J_m(t-t_0)\\ j\left(t\right)=J_m\end{array}\right.;$

第2阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{T}_s^3+\frac{1}{2}{A}_m{(t-t_1)}^2+\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(t-t_1)\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m(t-t_1)\\ a\left(t\right)=A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第3阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{T}_s^3+\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2{T}_2+\frac{1}{2}{A}_m{T}_2^2-\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_2)}^3+\frac{1}{2}{(t-t_2)}^2+\\ (\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m{T}_2)(t-t_2)\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m{T}_2-\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_2)}^2+A_m(t-t_2)\\ a\left(t\right)=A_m-J_m(t-t_2)\\ j\left(t\right)=-J_m\end{array}\right.;$

第4阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m(t-t_3)\\ v\left(t\right)=V_m\\ a\left(t\right)=0\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第5阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m{T}_4-\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_4)}^3+V_m(t-t_4)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_4)}^2\\ a\left(t\right)=-J_m(t-t_4)\\ j\left(t\right)=-J_m\end{array}\right.;$

第6阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m(T_s+T_4)-\frac{1}{6}{J}_m{T}^3-\\ \frac{1}{2}{A}_m{(t-t_4)}^2+(V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2)(t-t_5)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2-A_m(t-t_5)\\ a\left(t\right)=-A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第7阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{3}{J}_m{T}_s^2+A_m{T}_2{T}_s+\frac{1}{2}{A}_m{T}_s^2+V_m(T_4+T_s+T_6)+\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_6)}^3+\\ \frac{1}{2}{A}_m{(t-t_6)}^2-(V-\frac{1}{2}{\mathrm{JT}}_m^2-A_m{T}_6)(t-t_6)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2-A_m{T}_6+\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_6)}^2-A_m(t-t_6)\\ a\left(t\right)=-A_m+J_m(t-t_6)\\ j\left(t\right)=J_m\end{array}\right..$

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)在加工前，将Z轴的常用控制模式及加工序列通过串口预先装载到Z轴控制器中，通过一次速度规划，得到的数据满足所有孔加工时Z轴运动要求，极大地减少钻孔加工过程中的数据输量和控制器数据处理时间，提高加工效率。

(2)Z轴向下运动采用分数阶加减速控制方法进行速度规划，提高PCB数控钻孔加工运动平稳性，减小机床振动，提高加工精度，同时避免加工过程中发生刀具断刀；Z轴向上运动采用S曲线加减速控制方法进行速度规划，提高运动效率。

(3)XY轴控制器与Z轴控制器之间采用协调运动控制模式，缩短加工时间，提高PCB数控钻孔加工效率。

附图说明

图1本发明控制系统的工作原理图。

图2本发明控制方法的工作流程图。

图3本发明分数阶加减速方法的速度规划图。

图4本发明S曲线加减速方法的速度规划图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

如图1所示，本发明包括XY轴控制器、Z轴控制器、伺服驱动器、位置控制器、伺服直线电机、位置检测传感器、刀具检测传感器以及硬线信号Signal1、Signal2，其中XY轴控制器实现对PCB数控钻床X、Y轴的运动控制，Z轴控制器可实现单Z轴和多个Z轴的运动控制，最多可控制16个Z轴。XY轴控制器、Z轴控制器通过以太网控制X轴驱动器、Y轴驱动器以及Z轴驱动器，然后分别控制X轴直线电机、Y轴直线电机以及Z轴直线电机，从而实现X轴、Y轴和Z轴运动。位置检测传感器用于检测X轴、Y轴和Z轴的实际的位置，刀具检测传感器用于检测刀具与PCB的接触状态，而刀具检测传感器采用激光式刀具检测传感器。

如图2所示，本发明公开了一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，包括以下步骤：

(1)初始化设置：设置PCB钻孔相关参数，并根据任务需求设置单Z轴或多Z轴工作模式，若多Z轴工作模式，设置Z轴同时工作的个数，Z轴的最大工作轴数为16；

(2)Z轴加工序列数据传输：在加工前，将Z轴的常用控制模式及加工序列通过串口预先装载到Z轴控制器中，以减少钻孔加工过程中的数据传输量，提高加工效率。

传统的PCB数控钻孔时，每次钻孔的Z轴信息都是通过上位机传递给控制器，而每个Z轴的加工序列的值是固定的，因此Z轴数据存在大量的重复数据，增加了数据传输量和控制器的数据处理时间。本发明在钻孔前，将钻孔加工所需要的Z轴加工序列通过串口下载到Z轴控制器中，该加工序列为一个完整钻孔任务中Z轴的任务数及运动信息，其中包括Z轴的各个任务序列的运动参数，运动参数包括Z轴的运动距离、速度参数、加速度参数以及加加速度参数，所有Z轴控制器只需要传递一次加工数据，按照所接收到的加工序列完成加工动作。这样在钻孔加工时，Z轴只需要上位机发送调用指令，无需多次发送加工数据，极大地降低了钻孔过程中的数据传输量以及控制器的数据处理时间，提高了钻孔加工效率。

(3)Z轴加工序列解释与翻译：对Z轴加工序列的代码进行词法、语法以及语义检查和分析，检查加工序列是否存在词法、语法和语义错误，若存在错误，提示相关的信息错误，并指导用户对加工序列进行修改，否则，对加工序列进行翻译，将数据保存到结构体中。

(4)Z轴运动速度规划：对Z轴的加工序列进行速度规划，其中包括Z轴向下运动的速度规划和Z轴向上运动的速度规划。

(a)Z轴向下运动速度规划：如图3所示，一个完整的分数阶加减速控制方法包括11个阶段，即[t₀，t₁]为第1阶段，[t₁，t₂]为第2阶段，[t₂，t₃]为第3阶段，[t₃，t₄]为第4阶段，[t₄，t₅]为第5阶段，[t₅，t₆]为第6阶段，[t₆，t₇]为第7阶段，[t₇，t₈]为第8阶段，[t₈，t₉]为第9阶段，[t₉，t₁₀]为第10阶段，[t₁₀，t₁₁]为第11阶段，其中t₀＝0，在第1阶段、第2阶段、第4阶段、第5阶段、第7阶段、第8阶段、第10阶段和第11阶段速度规划时间均相等，满足T₁＝T₂＝T₄＝T₅＝T₇＝T₈＝T₁₀＝T₁₁＝T_f，在第3阶段和第9阶段速度规划时间相等，满足T₃＝T₉。根据Z轴运动的距离，采用分数阶加减速控制方法，确定各个阶段的位移、速度、加速度和加加速度。

第1阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}\\ v\left(t\right)=m_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}\\ a\left(t\right)=n_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=J_m{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第2阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+c_2{\left(\frac{t-t_1}{T_f}\right)}^2+2c_1\\ v\left(t\right)=m_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{7}{2}}+m_2\left(\frac{t-t_1}{T_f}\right)\\ a\left(t\right)=-n_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{5}{2}}+A_m\\ j\left(t\right)=J_m{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第3阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_2{\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)}^2+2c_2\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)+2c_1+c_2\\ v\left(t\right)=m_1\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)+m_2\\ a\left(t\right)=A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第4阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}+c_2{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^2+(c_3-2c_2)\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)+2c_1+c_2+c_4\\ v\left(t\right)=-m_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+m_2(\frac{t-t_3}{T_f}-1)+V_m\\ a\left(t\right)=-n_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+A_m\\ j\left(t\right)=-J_m{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第5阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+c_3\frac{t-t_4}{T_f}+c_3+c_4\\ v\left(t\right)=-m_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{7}{2}}+V_m\\ a\left(t\right)=n_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=-J_m{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第6阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_3\frac{t-t_5}{T_f}+2c_3+c_4\\ v\left(t\right)=V_m\\ a\left(t\right)=0\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第7阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}+c_3\frac{t-t_6}{T_f}+2c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+V_m\\ a\left(t\right)=-n_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=-J_m{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第8阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{9}{2}}-c_2{\left(\frac{t-t_7}{T_f}\right)}^2+c_3\frac{t-t_7}{T_f}-2c_1+3c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{7}{2}}-m_2\frac{t-t_7}{T_f}+V_m\\ a\left(t\right)=n_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{5}{2}}-A_m\\ j\left(t\right)=-J_m{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第9阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_2{\left(\frac{t-t_8}{T_f}\right)}^2+(c_3-2c_2)\frac{t-t_8}{T_f}-2c_1-c_2+4c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_2(\frac{t-t_8}{T_f}+1)+V_m\\ a\left(t\right)=-A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第10阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}-c_2{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^2+2c_2\frac{t-t_9}{T_f}-2c_1-c_2+4c_3+c_5+c_6\\ v\left(t\right)=m_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+m_2(1-u_{10}\frac{t-t_9}{T_f})\\ a\left(t\right)=n_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}-A_m\\ j\left(t\right)=J_m{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第11阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+4c_3+c_5+c_6\\ v\left(t\right)=m_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{7}{2}}\\ a\left(t\right)=-n_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=J_m{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

式中，J_m为控制系统的最大加加速度，A_m为控制系统的最大加速度，V_m为控制系统的最大速度，m₂＝T_fA_m， $c_1=\frac{8}{315}{T}_f^3{J}_m,c_2=\frac{1}{2}{T}_f^2{A}_m,$ c₃＝T_fV_m， $c_4=\frac{1}{2}{A}_m{T}_3^2+{\mathrm{AT}}_f{T}_3,$ c₅＝V_mT₆，c₆＝V_mT₃。

在Z轴向下运动时，由于其运动速度较快，且PCB钻孔所需要的刀具直径较小，在高速旋转的情况下，轻微的振动都有可能导致刀具断刀，而采用分数阶加减速控制方法，在加减速阶段速度能够实现非常平稳的过渡，极大地降低Z轴运动时产生的振动，使得其运动非常平稳，钻孔精度高，同时避免刀具断刀。

(b)Z轴向上运动速度规划：如图4所示，S曲线加减速控制方法包括7个阶段，即[t₀，t₁]为第1阶段，[t₁，t₂]为第2阶段，[t₂，t₃]为第3阶段，[t₃，t₄]为第4阶段，[t₄，t₅]为第5阶段，[t₅，t₆]为第6阶段，[t₆，t₇]为第7阶段，其中t₀＝0，在第1阶段、第3阶段、第5阶段、第7阶段速度规划时间均相等，满足T₁＝T₃＝T₅＝T₇＝T_s，在第2阶段和第6阶段速度规划时间相等，满足T₂＝T₆。

根据Z轴运动的距离，确定各个阶段的位移、速度、加速度和加加速度，第1阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_0)}^3\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_0)}^2\\ a\left(t\right)=J_m(t-t_0)\\ j\left(t\right)=J_m\end{array}\right.;$

第2阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{T}_s^3+\frac{1}{2}{A}_m{(t-t_1)}^2+\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(t-t_1)\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m(t-t_1)\\ a\left(t\right)=A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第3阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{T}_s^3+\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2{T}_2+\frac{1}{2}{A}_m{T}_2^2-\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_2)}^3+\frac{1}{2}{(t-t_2)}^2+\\ (\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m{T}_2)(t-t_2)\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m{T}_2-\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_2)}^2+A_m(t-t_2)\\ a\left(t\right)=A_m-J_m(t-t_2)\\ j\left(t\right)=-J_m\end{array}\right.;$

第4阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m(t-t_3)\\ v\left(t\right)=V_m\\ a\left(t\right)=0\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第5阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m{T}_4-\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_4)}^3+V_m(t-t_4)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_4)}^2\\ a\left(t\right)=-J_m(t-t_4)\\ j\left(t\right)=-J_m\end{array}\right.;$

第6阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m(T_s+T_4)-\frac{1}{6}{J}_m{T}^3-\\ \frac{1}{2}{A}_m{(t-t_4)}^2+(V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2)(t-t_5)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2-A_m(t-t_5)\\ a\left(t\right)=-A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第7阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{3}{J}_m{T}_s^3+A_m{T}_2{T}_s+\frac{1}{2}{A}_m{T}_s^2+V_m(T_4+T_s+T_6)+\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_6)}^3+\\ \frac{1}{2}{A}_m{(t-t_6)}^2-(V-\frac{1}{2}{\mathrm{JT}}_m^2-A_m{T}_6)(t-t_6)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2-A_m{T}_6+\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_6)}^2-A_m(t-t_6)\\ a\left(t\right)=-A_m+J_m(t-t_6)\\ j\left(t\right)=J_m\end{array}\right..$

将Z轴向上和向下运动速度规划得到的数据信息(位移、速度、加速度和加加速度数据序列)分别以链表的形式保存在Z轴控制器的存储器中，为Z轴位置控制进行调用。

Z轴向下运动采用分数阶加减速控制方法进行速度规划，提高PCB数控钻孔加工运动平稳性，减小机床振动，提高加工精度，同时避免加工过程中发生刀具断刀，向上运动采用S曲线加减速控制方法进行速度规划，在保证运动平稳性的前提下，提高轴的运动效率，从而提高钻孔效率。

在加工过程中，Z轴控制器能接收来自上位机的加工指令，根据所接收的Z轴运动指令，实时调度预先下载的Z轴的固定动作序列，Z轴按照链表中保存的插补数据进行运动，对于多个Z轴运动，通过硬线信号使多个Z轴运动保持同步运动，同时通过硬线信号实现X、Y轴的协调运动控制，以提高加工效率。

(5)上位机与XY轴控制器数据交互：以双缓冲存储区模式，上位机与控制器之间进行XY轴加工数据和Z轴加工指令传递，以空间换取时间的方式解决运动控制的实时性问题，从而提高加工效率，同时降低上位机与控制器之间数据通信的实时性要求。

(6)加工代码解释与翻译：对PCB数控钻孔加工文件进行词法、语法以及语义分析，检查钻孔加工代码是否存在错误，若出现错误，提示相关的错误信息，并指导用户对钻孔加工代码进行修改，否则，对钻孔加工文件进行翻译操作，提取XY轴的位置信息和加工工艺参数以及Z轴的运动的加工指令。

(7)XY轴运动速度规划：采用上述S曲线加减速控制方法，对XY轴的独立轴运动、XY轴联动直线和圆弧插补运动控制进行速度规划。

(8)XY轴与Z轴的协调运动控制：Z轴从当前位置到达钻孔加工位置的运动时间为t_z，当XY轴进行位置控制时，判断当前位置到达终点运动所需要的时间为t_r，当t_r＝t_z时，XY轴控制器通过硬线信号Signal1通知Z轴控制器，Z轴按照Z轴控制器中链表所存储的Z轴向下运动的插补数据开始向下运动，实现XY轴与Z轴间的高效协调运动控制。

(9)Z轴与XY轴的协同运动控制：Z轴按照Z轴控制器中链表存储的Z轴向上运动的插补数据向上运动，当激光式刀具检测传感器感应到刀具离开PCB表面时，Z轴控制器通过硬线信号Signal2通知XY轴控制器，XY轴开始运动，Z轴与XY轴进行协同运动。XY轴控制器与Z轴控制器之间采用协调运动控制模式，缩短加工时间，提高PCB数控钻孔加工效率。

(10)重复(5)至(9)的步骤，完成PCB所有孔的钻孔加工。

实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)设置PCB钻孔相关参数，并根据任务需求设置单Z轴或多Z轴工作模式，若多Z轴工作模式，设置Z轴同时工作的个数；

2)在加工前，将Z轴的常用控制模式及加工序列通过串口预先装载到Z轴控制器中，该加工序列为一个完整钻孔任务中Z轴的任务数及运动信息，其中包括Z轴各个任务序列的运动参数，运动参数包括Z轴的运动距离、速度参数、加速度参数以及加加速度参数，所有Z轴控制器只需传递一次加工数据，所有Z轴按照所接收到的加工序列完成加工动作；

3)对Z轴的加工序列进行速度规划，包括Z轴向下运动的速度规划和Z轴向上运动的速度规划，Z轴向下运动的速度规划采用分数阶加减速控制方法，Z轴向上运动的速度规划采用S曲线加减速控制方法，将Z轴向上运动和向下运动速度规划得到的数据信息分别以链表形式保存在Z轴控制器的存储器中，为Z轴位置控制时进行调用；

4)上位机与XY轴控制器数据交互，以双缓冲存储区模式进行XY轴加工数据和Z轴加工指令传递；

5)XY轴运动速度规划：采用上述S曲线加减速控制方法，对XY轴的独立轴运动、XY轴联动直线和圆弧插补运动控制进行速度规划；

6)XY轴与Z轴的协调运动控制；

7)Z轴按照3)中链表存储的Z轴向上运动的插补数据向上运动，当刀具检测传感器感应到刀具离开PCB表面时，Z轴控制器通过硬线信号通知XY轴控制器，XY轴开始运动，Z轴与XY轴进行协同运动；

8)重复4)至7)的步骤，完成PCB所有孔的钻孔加工。

2.根据权利要求1所述的一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，其特征在于，2)中，对Z轴加工序列的代码进行词法、语法以及语义检查和分析，检查加工序列是否存在词法、语法和语义错误，若存在错误，提示相关的信息错误，并指导用户对加工序列进行修改，否则，对加工序列进行翻译，将数据保存在结构体中。

3.根据权利要求1所述的一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，其特征在于，4)中，对PCB数控钻孔加工文件进行词法、语法以及语义分析，检查钻孔加工代码是否存在错误，若出现错误，提示相关的信息错误，并指导用户对钻孔加工代码进行修改，否则，对钻孔加工文件进行翻译操作，提取XY轴的位置信息和加工工艺参数以及Z轴的运动的加工指令。

4.根据权利要求1所述的一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，其特征在于，6)中，Z轴从当前位置到达钻孔加工位置的运动时间为t_z，当XY轴进行位置控制时，判断当前位置到达终点运动所需要的时间为t_r，当t_r＝t_z时，XY轴控制器通过硬线信号通知Z轴控制器，Z轴按照3)中链表存储的Z轴向下运动的插补数据向下运动。

5.根据权利要求1所述的一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，其特征在于，分数阶加减速控制方法包括11个阶段，即[t₀，t₁]为第1阶段，[t₁，t₂]为第2阶段，[t₂，t₃]为第3阶段，[t₃，t₄]为第4阶段，[t₄，t₅]为第5阶段，[t₅，t₆]为第6阶段，[t₆，t₇]为第7阶段，[t₇，t₈]为第8阶段，[t₈，t₉]为第9阶段，[t₉，t₁₀]为第10阶段，[t₁₀，t₁₁]为第11阶段，其中t₀＝0，在第1阶段、第2阶段、第4阶段、第5阶段、第7阶段、第8阶段、第10阶段和第11阶段速度规划时间均相等，满足T₁＝T₂＝T₄＝T₅＝T₇＝T₈＝T₁₀＝T₁₁＝T_f，在第3阶段和第9阶段速度规划时间相等，满足T₃＝T₉。

6.根据权利要求5所述的一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，其特征在于，确定各个阶段的位移、速度、加速度和加加速度，第1阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}\\ v\left(t\right)=m_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}\\ a\left(t\right)=n_1{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=J_m{\left(\frac{t-t_0}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第2阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+c_2{\left(\frac{t-t_1}{T_f}\right)}^2+2c_1\\ v\left(t\right)=m_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{7}{2}}+m_2\left(\frac{t-t_1}{T_f}\right)\\ a\left(t\right)=-n_1{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{5}{2}}+A_m\\ j\left(t\right)=J_m{(1-\frac{t-t_1}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第3阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_2{\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)}^2+2c_2\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)+2c_1+c_2\\ v\left(t\right)=m_1\left(\frac{t-t_2}{T_f}\right)+m_2\\ a\left(t\right)=A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第4阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}+c_2{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^2+(c_3-2c_2)\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)+2c_1+c_2+c_4\\ v\left(t\right)=-m_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+m_2(\frac{t-t_3}{T_f}-1)+V_m\\ a\left(t\right)=-n_1{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+A_m\\ j\left(t\right)=-J_m{\left(\frac{t-t_3}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第5阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+c_3\frac{t-t_4}{T_f}+c_3+c_4\\ v\left(t\right)=-m_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{7}{2}}+V_m\\ a\left(t\right)=n_1{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=-J_m{(1-\frac{t-t_4}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array};$

第6阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_3\frac{t-t_5}{T_f}+2c_3+c_4\\ v\left(t\right)=V_m\\ a\left(t\right)=0\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第7阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}+c_3\frac{t-t_6}{T_f}+2c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+V_m\\ a\left(t\right)=-n_1{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=-J_m{\left(\frac{t-t_6}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第8阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{9}{2}}-c_2{\left(\frac{t-t_7}{T_f}\right)}^2+c_3\frac{t-t_7}{T_f}-2c_1+3c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{7}{2}}-m_2\frac{t-t_7}{T_f}+V_m\\ a\left(t\right)=n_1{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{5}{2}}-A_m\\ j\left(t\right)=-J_m{(1-\frac{t-t_7}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

第9阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_2{\left(\frac{t-t_8}{T_f}\right)}^2+(c_3-2c_2)\frac{t-t_8}{T_f}-2c_1-c_2+4c_3+c_4+c_5\\ v\left(t\right)=-m_2(\frac{t-t_8}{T_f}+1)+V_m\\ a\left(t\right)=-A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第10阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=c_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{9}{2}}-c_2\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)+2c_2\frac{t-t_9}{T_f}-2c_1-c_2+4c_3+c_5+c_6\\ v\left(t\right)=m_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{7}{2}}+m_2(1-u_{10}\frac{t-t_9}{T_f})\\ a\left(t\right)=n_1{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{5}{2}}-A_m\\ j\left(t\right)=J_m{\left(\frac{t-t_9}{T_f}\right)}^{\frac{3}{2}}\end{array};$

第11阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=-c_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{9}{2}}+4c_3+c_5+c_6\\ v\left(t\right)=m_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{7}{2}}\\ a\left(t\right)=-n_1{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{5}{2}}\\ j\left(t\right)=J_m{(1-\frac{t-t_{10}}{T_f})}^{\frac{3}{2}}\end{array}\right.;$

式中，J_m为控制系统的最大加加速度，A_m为控制系统的最大加速度，V_m为控制系统的最大速度，m₂＝T_fA_m， $c_1=\frac{8}{315}{T}_f^3{J}_m,$ $c_2=\frac{1}{2}{T}_f^2{A}_m,$ c₃＝T_fV_m， $c_4=\frac{1}{2}{A}_m{T}_3^2+{\mathrm{AT}}_f{T}_3,$ c₅＝V_mT₆，c₆＝V_mT₃。

7.根据权利要求1所述的一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，其特征在于，步骤3)和步骤5)所述的S曲线加减速方法包括7个阶段，即[t₀，t₁]为第1阶段，[t₁，t₂]为第2阶段，[t₂，t₃]为第3阶段，[t₃，t₄]为第4阶段，[t₄，t₅]为第5阶段，[t₅，t₆]为第6阶段，[t₆，t₇]为第7阶段，其中t₀＝0，在第1阶段、第3阶段、第5阶段、第7阶段速度规划时间均相等，满足T₁＝T₃＝T₅＝T₇＝T_s，在第2阶段和第6阶段速度规划时间相等，满足T₂＝T₆。

8.根据权利要求7所述的一种高效高精度PCB数控钻孔加工控制方法，其特征在于，根据运动距离，确定各个阶段的位移、速度、加速度和加加速度，第1阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_0)}^3\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_0)}^2\\ a\left(t\right)=J_m(t-t_0)\\ j\left(t\right)=J_m\end{array}\right.;$

第2阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{T}_s^3+\frac{1}{2}{A}_m{(t-t_1)}^2+\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(t-t_1)\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m(t-t_1)\\ a\left(t\right)=A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第3阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{6}{J}_m{T}_s^3+\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2{T}_2+\frac{1}{2}{A}_m{T}_2^2-\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_2)}^3+\frac{1}{2}{A}_m{(t-t_2)}^2+\\ (\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m{T}_2)(t-t_2)\\ v\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2+A_m{T}_2-\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_2)}^2+A_m(t-t_2)\\ a\left(t\right)=A_m-J_m(t-t_2)\\ j\left(t\right)=-J_m\end{array}\right.;$

第4阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m(t-t_3)\\ v\left(t\right)=V_m\\ a\left(t\right)=0\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第5阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m{T}_4-\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_4)}^3+V_m(t-t_4)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_4)}^2\\ a\left(t\right)=-J_m(t-t_4)\\ j\left(t\right)=-J_m\end{array}\right.;$

第6阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2(T_s+T_2)+\frac{1}{2}{A}_m{(T_s+T_2)}^2+V_m(T_s+T_4)-\frac{1}{6}{J}_m{T}^3-\\ \frac{1}{2}{A}_m{(t-t_4)}^2+(V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2)(t-t_5)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2-A_m(t-t_5)\\ a\left(t\right)=-A_m\\ j\left(t\right)=0\end{array}\right.;$

第7阶段的位移s(t)、速度v(t)、加速度a(t)和加加速度j(t)分别为：

$\left\{\begin{array}{c}s\left(t\right)=\frac{1}{3}{J}_m{T}_s^3+A_m{T}_2{T}_s+\frac{1}{2}{A}_m{T}_s^2+V_m(T_4+T_s+T_6)+\frac{1}{6}{J}_m{(t-t_6)}^3+\\ \frac{1}{2}{A}_m{(t-t_6)}^2-(V-\frac{1}{2}{\mathrm{JT}}_m^2-A_m{T}_6)(t-t_6)\\ v\left(t\right)=V_m-\frac{1}{2}{J}_m{T}_s^2-A_m{T}_6+\frac{1}{2}{J}_m{(t-t_6)}^2-A_m(t-t_6)\\ a\left(t\right)=-A_m+J_m(t-t_6)\\ j\left(t\right)=J_m\end{array}\right..$