面向高速切削的高速高精度插补技术研究

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1、面向高速切削的高速高精度插补技术研究摘要I高速切削技术具有加工效率高、切削力小、加工精度高、工序集约化等一系列优点。近lO年来，在工业发达国家，高速切削技术的研究取得了很大发展，在模具、汽车、航空、航天以及军事上得到了十分广泛的应用。与国外相比，日前我国在这方面的研究具有较大的差距。J高速切削技术中一个重要的研究方向就是高速进给系统，它涉及到插补、控制、驱动等各个方面，本文从插补策略、插补算法、柔性加减速、速度优化、高速定位等方面对高速高精度插补技术进行了深入系统的研究。插补是数控加工的核心技术。传统的插补策

2、略是采用软硬结合的插补方式，本文在分析了传统数控插补器中存在的问题的基础上，提出了基于Pc的开放式数控系统结构的离线插补思想，并对该方法进行了深入的研究。舷方法消除了传统插补结构中的冗余环节，有助于提高插补精度和进给速度，以及加工过程的稳定性和控制性能。牛深入研究了离线插补模式下的曲面插补技术。充分考虑到曲面的局部和整体特征进行轨迹规划，使速度能够自适应曲面曲率的变化：并对参数曲面插补中的截断误差进行了补偿，从理论上可以得到更高精度的插补结果；对曲面干涉问题，通过将曲面按凹凸特性进行划分，分别进行了曲率干涉和

3、运动干涉的处理，采用的方法充分考虑到高速切削的特点。提出了适合高速进给系统的柔性加减速，首次采用三角函数和多项式函数构造柔性加减速。针对常规加减速存在柔性冲击的特点，提出柔性加减速的概念，对s曲线加减速进行了详细的分析，(在此基础上，提出了算法简单的三角函数加减速方式，作为更一步的改进，提出了多项式加减速方式。并对三种加减速方式从运行时间、程序计算时间、程序量、柔性等方面进行了对比分析。毒提出了连续微线段高速插补技术，并对过渡速度进行平滑处理。在分析了传统插补方式中存在的进给速度低、加工过程不平稳等问题的基础

4、上，创造性地提出了一种带有速度转接过渡处理的微线段高速插补算法。陔算法首先对微线段轨迹在不影响加工精度地条件下进行了优化处理，考虑到微线段之间的连续性，从相邻线段之间的几何转接关系、机床的加减速能力、加工精度要求等方面着手，通过限制线段转接点的最高进给速度，实现了各微线段之间进给速度的平稳过渡，使得系统在曲面形状引起各运动轴速度变化时变化率不超过伺服驱动能力、以及机床在启动、停止和速度变化时加入平滑加减速控制等因素，实现进给速度的合理确定、控制及转接平滑处理。}研究了商速定位技术。在分析了传统线性加减速定位中

5、存在的伺服电机的“死区”、减速点误差、进给加速度的选择等问题之后，提出了一种新的线性减速算法。眩算法可通过在较高速度时补偿减速点误差准确地预测理论减速点，同时，通过分析采用了较高的合成加速度，缩短了加减速过程，基本上取消了低速定位段，在不影响定位精度条件下，提高了效率。基于前面的研究成果，成功地开发了一个原型系统，在该系统中采用Ims插补实现了高速加工。对本文的研究成果进行了实验验证，结果表明，原型机在插补算法、柔性加减速、定位等方面都取得了很好的效果，与传统的数控系统相比，性能得到了很大的改善。并成功地加工

6、出了样件。}／关键词：高速切削离线插补高速高精度柔性加减速定位，速度过渡原型系统jⅡResearchonHighAccuracyInterpolationStrategyforHigh—Speed—CuttingABSTRACT撕ghspeedcutting(HSC)is∞emergededvancedmamafacturingtechnologyarisenin1990’s．Itischaracterizedwithhighefficiency,lowcuttingforce，highⅨa

7、racy’sim

8、plifiedworkprocedure，etc．AnditisveryimportanttothedevelopmentofthemanufacturingindustryinOUrcountry．Inindustry-developodcountry,theresearchOnHSChasbeenmakinggreatprogfessIthasbeenusedinmanyfieldssuchasdie&mold,motor,aeronautics．astronauticsandmilitary．Howev

9、er,itisjustbegimIjl塔t0researchin0111"country．High-speedmotionsystemisallimportantresearchfieldinHSC．Itinvolvesinterpolation,controlling，driving,ere．Thisdissertationgoesdeepintotheresearch011HSC-oriente