高速高精度五轴数控系统前瞻算法研究

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1、学校代码：10385分类号：研究生学号：1300705029密级：高速高精度五轴数控系统前瞻算法研究ResearchontheLook-aheadAlgorithmforHigh-speedandHigh-precisionFive-axisCNCSystem作者姓名：李淑梅指导教师：谢明红研究员学科：机械工程研究方向：机械电子工程所在学院：机电及自动化学院论文提交日期：二〇一六年六月一日摘要随着数控自动编程技术的快速发展，对数控系统的要求也越来越高，高速高精度五轴数控加工技术逐渐成为制造业的关键性技术，被广泛应

2、用在航空航天、汽车轮船、精密医疗、军事器械等加工领域。这些领域的加工零件形状复杂，且要求的加工质量较高，不允许加工过程中产生过切、机床振动及数据饥饿等现象。本课题针对此问题，提出了适用于五轴数控系统的前瞻控制算法，能在数控插补之前预读加工数据，分析加工轨迹，确定轨迹中的速度危险点，并计算其安全速度，对进给速度进行提前规划，实现速度高速平稳过渡，能有效提高加工效率和加工质量。论文主要研究五轴数控前瞻控制技术：建立了五轴联动数控机床通用数学模型；提出一种满足实时性要求的五轴非线性插补算法；提出一种适合高速加工的速度平

3、稳控制算法；提出空间连续微线段前瞻控制策略。对五轴联动数控机床的运动学分析，以A/C双摆头五轴机床为例，得出其空间变换矩阵，并将其推导到A/B双摆头五轴机床的情况，并得出其转换公式，同理可应用至其它结构的五轴数控机床。论文分别对空间直线插补问题和空间圆弧插补问题进行研究，根据五轴数控机床刀具空间运动规律，详细分析了空间各个运动轴的插补过程，及其插补速度。针对S型曲线加减速方法的一种计算复杂的特殊情况，提出了半边S型曲线加减速方法，大大简化了计算过程，并提高了整体的效率。最后，在研究数控系统前瞻控制原理的基础上，结

4、合五轴数控机床特点，提出了适用于空间连续微线段的速度前瞻控制策略，并通过仿真验证了该策略的可行性。关键词：速度前瞻控制五轴数控S型曲线加减速非线性插补IAbstractWiththedevelopmentofNCautomaticprogrammingtechnology,therequirementofnumericalcontrolisbecominghigherandhigher.Five-axisCNCmachiningtechnologyisbecomingakeytechnologyinmanufac

5、turingindustry,andisbeingwidelyusedinaerospace,automotiveships,precisionmedical,militaryequipmentandotherprocessingareas,foritsmeritsofhigh-speedandhigh-precision.Theseareasallneedmorecomplexpartsandhigherqualityrequirements.Therefor,excessivecuttingprocess,v

6、ibrationanddatastarvationarenotallowed.Towardsthisend,alook-aheadalgorithmforfive-axisCNCsystemwasintroduced.Byreadingandanalyzingprocessingdatabeforetheinterpolationprocess,findingthedangerpointoftrajectoryandcalculatingthesafespeed,thisalgorithmachievesasmo

7、otherandfastervelocityattransitionpoints.Thisalgorithmcaneffectivelyimprovetheprocessingefficiency,aswellasquality.Thispaperresearchedlook-aheadtechnologyoffive-axisCNCmachinetool.Establishedageneralmathematicalmodelwhichsuitedallfive-axismachinetools;Propose

8、dafive-axisnonlinearinterpolationalgorithm,whichmeetsreal-timerequirements;Introducedasmoothspeedcontrolalgorithmforhigh-speedprocessing;Proposedalook-aheadcontrolstrategywhichisavailable