数控机床高精度轨迹控制的一种新方法87442

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1、数控机床高精度轨迹控制的一种新方法数控机床是实现先进制造技术的重要基础装备，它关系到国家发展的战略地位。因此，立足国内实际，加速发展具冇较强竞争能力的国产高粹度数控机床，不断扩大市场占冇率，逐步收复火地，便成为我国数控机床研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。为完成这一任务，必须攻克若干关键技术，但其中最关键的一项是数控机床的鬲精度轨迹控制技术。因此，我们近年來结合半产实际，从高速高精度插补、高速高精度伺服控制和信息化轨迹校正等诸方面，对話速高精度轨迹控制技术进行了系统研究，并以此为基础加强了新型数控系统和高精度数控机床的开发。本文将介绍

2、所取得的部分结果。1数控机床高精度轨迹控制的棊本思想随着科学技术的进步和社会经济的发展，对机床加工精度的要求越来越高。如果完全靠提高零部件制造精度和机床装配精度的传统方法来设计制造高精度数控机床，势必大邮度提高机床的成本，在冇些悄况下甚至不可能。面对这一现实，我们对以低成本实现鬲精度的途径进行了探索，提出i种通过信息、控制与机床结构相结合实现数控机床高精度轨迹控制的方法，其核心思想是：①采用具冇高分辨率和高采样频率的新盘插补技术，在保证速度的前提下大幅度提高轨迹生成精度；②通过新型双位置闭环控制，冇效保证希望轨迹的高精度实现。③以信息化轨迹

3、校正消除机械误差和干扰对轨迹精度的影响，从而保证所控制的机床可在生产环境屮长期高精度运行。2高速高精度轨迹生成高精度轨迹生成是实现高精度轨迹控制的基础。本文以高分辨率、鬲采样频率和粗精插补合一的多功能采样插补生成刀具希望轨迹。2.1基本措施由采样插补原理可知，插补误差6(mm)与进给速度vf(mm/min).插补频率f(Hz)和被插补曲线曲率半径p(mm)间冇如下关系—[1—J1—(品匸⑴由上式可知，为既保证高的进给速度，乂达到高的轨迹精度，一种有效的办法就是提高采样插补频率。考虑到在现代数控机床上将经常碰到高速髙精度小1111率半径加工问

4、题。为此，我们在开发新型数控系统时，发挥软换件综合优势将采样插补频率提高到5kHz,即插补周期为0.2ms。这样,即使要求进给速度达到60m/min,在当前曲率半径为50mm时,仍能保证插补误差不大于0.1pmc2.2数学模型常规采样插补算法普遍采用递推形式，一般存在误差积累效应。这种效应在高速高梢度插补时将对插补精度造成不可忽视的影响。因此，我们在开发高速高精度数控系统时采用新的绝对式插补算法，其要点是：为被插补曲线建立便于计算的参数化数学模型x=fi(u),y=f2(u),z=f3(u)⑵式中U——参变量，UE[0,1]要求用其进行轨迹

5、插补时不涉及函数计算，只需经过次数很少的加减乘除运算即对完成。例如，对于圆弧插补，式(2)的具体形式为•[尤》]=[十*2[2比1—⑶式中m——常数矩阵，当插补点位于一、二、三、四象限时，其取值分别为2.3实时插补计算在参数化模型的基础上，插补轨迹计算可以模型坐标原点为基准进行，从而可消除积累误差，冇效保证插补计算的速度和精度。其实现过程如下：首先根据当前进给速度和加减速要求确定当前采样周期插补直线段长度然后，按下式计算当前采样周期参变量的取值、zATUi=妁tH△乙十矽+愛⑷式中UM——上一采样周期参变量的取值参变量的摄动量——与对应的x

6、,y,z的摄动量最后将5代入轨迹计算公式(2),即可计算出插补轨迹上当前点的处标值Xj,yi.Zjo不断重复以上过程直至到达插补终点，叩可得到整个离散化的插补轨迹。需说明一点，按式(4)计算5时允许有-定误差，此误差仅会对进给速度有微小影响，不会对插补轨迹精度产生任何影响。这样，式中的开方运算可用查衣方式快速完成。2.4算例分析表1给出了第一象限半径为50mm岡弧的插补计算结果。表中第一行为插补点序号，u行•为各插补点处参变量的取值，x、y行为各插补点的坐标值。为分析插补谋差，将各插补点处的圆弧半径和插补直线段长度的实际值也一同列于衣中的r

7、行和△!_行。山表可见，虽然插补过程中计算5时产牛的误差对插补点沿被插补曲线前后位置的准确性有一定影响(△!_值约有小于1%的误差)，但各插补点处的r值总是50.000,这说明插补点准确位于被插补曲线上，不存在轨迹误差。表4圆弧插补计算结果(x,y,r,AL的单位为mm)插补点UXyr△L10.07949.3837.83150.0007.85520.15947.54315.48250.0007.86930.24144.52622.74750.0007.86640.32640.41029.44650.0007.86350.41535.2973

8、5.41350.0007.85860.51129.31940.50250.0007.85170.61422.62544.58850.0007.84280.72815.38547.