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《天津大学》 2004年
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数控系统的插补算法及加减速控制方法研究

赵巍  
【摘要】:插补及加减速控制的精度和速度是CNC系统的重要指标,决定了数控系统的性能优劣。本文针对这两方面的问题做了深入的理论和应用研究。 针对研制自主知识产权的经济型数控系统,本文主要研究插补精度高、换向较少、有利于轴连续运动的最小偏差插补算法及直接加减速控制方法。在改进原算法的基础上处理了非过原点线形的插补问题,证明了特殊情况下的插补精度,推导出最小偏差法三维直线插补算法,并首次采用解析法证明了三维直线插补精度,详细讨论了终点判别条件,解决了圆弧插补时因终点错误而导致飞车的问题,首次将计算机图形学的Bresenham算法与最小偏差法有机结合,建立了图形学与电机控制系统的关系。本文还提出了基于最小偏差算法的加减速控制方法,采用实时速度计算法,通过减少静态变量、减少参数传递、减少程序的长转移、简化乘除法运算,以解决实时计算浪费机时的问题,使进给速度达到2500 mm /min。该速度控制方法使操作者可以根据负载的情况,灵活改变最高运行频率、加速度等速度控制参数,而无需重新制表,可方便实现数控系统与机床的配套。上述的研究展现了一个从理论推导到实际应用的完整的最小偏差插补算法和速度控制方法,满足经济型数控系统的精度、速度的要求,并已应用于本实验室自主开发的数控系统中,为其产业化铺平了道路。 针对目前大多数中高档CNC系统只具有直线圆弧插补指令的现状,本文研究了Step标准中的Nurbs曲线插补算法、多坐标参数曲面插补算法及自适应速度控制方法。插补过程中,为提高插补计算的精度和速度,提出了改进的试探修正法,以代替复杂的求导过程。速度控制过程中,采用插补前S型加减速曲线进行速度控制,将插补的弓高误差、机床许用加速度均考虑在内,并提出时间顺延法,加减速对称法,实现了在线实时自适应的加减速控制。本文提出的方法不仅充分发挥了插补前加减速控制的位置精确的优势,还解决了减速点预测困难的问题,具有位置精度高、无冲击、自适应等优点。其中的弧长求解算法的精度高于CAD/CAM的计算精度。该速度控制方法也可以用于加工前的仿真,帮助编程人员选择合理的进给速度、加速度、跃变度等参数,从而提高加工的精度和效率。上述的研究使CNC系统具备了Nurbs曲线、五坐标参数曲面插补功能,避免了加工过程中直线圆弧逼近曲线曲面的种种弊端,可有力支持高速、高精加工,将对提高我国CNC系统水平起到积极的推动作用。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TG659

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【引证文献】
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2 李思益;罗为;;用于加工弧面凸轮轮廓曲面的NURBS插补方法[J];机械设计;2008年02期
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4 王东云;张蕾;张国涛;杨凯;刘芳华;;实时开放式简易钻床雕刻数控系统的研究[J];计算机测量与控制;2013年05期
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【参考文献】
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【共引文献】
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8 王玉琳;;步进电机的一种分度算法[A];先进制造技术论坛暨第二届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2003年
9 韩向春;李浩;;数控系统程序编辑器的设计与实现[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
10 郑金兴;张铭钧;孟庆鑫;;变插补周期的数控进给速度控制算法研究[A];先进制造技术论坛暨第五届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2006年
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1 杨长强;激光扫描仪检校及车载激光点云的分类与矢量化研究[D];山东科技大学;2010年
2 宋新玉;镍基合金Inconel 718高速切削刀具磨损机理研究[D];山东大学;2010年
3 沈洪垚;自适应NURBS曲线插补关键技术及实现研究[D];浙江大学;2010年
4 宁宇;基于数字化工厂的轿车地板焊装线的混流设计与规划[D];吉林大学;2011年
5 李波;基于图像分析的车辆识别与跟踪若干关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
6 邹伟;三维地质勘查软件核心技术研究与实现[D];中国地质科学院;2010年
7 杨林;基于工业以太网的运动控制系统关键技术研究[D];山东大学;2011年
8 包卫星;内陆盐渍土工程性质与公路工程分类研究[D];长安大学;2009年
9 刘拥军;合成孔径雷达目标识别与仿真研究[D];西安电子科技大学;2010年
10 戚玮玮;光照变化条件下中型组足球机器人目标识别与定位方法研究[D];中国海洋大学;2011年
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1 汪嵩杰;基于运动控制器的数控服装裁剪机控制系统设计[D];浙江理工大学;2010年
2 娄玉冰;基于“最优激励轨迹”的工业机器人动力学参数辨识研究[D];郑州大学;2010年
3 肖哲锋;三元整体叶轮数控加工刀位规划与仿真[D];大连理工大学;2010年
4 刘丹;基于点云数据的曲线拟合[D];辽宁工程技术大学;2009年
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6 赵辉良;面向切削、研抛的高效NURBS曲线插补算法研究[D];湘潭大学;2010年
7 汤熊;基于UG & VERICUT的弧面凸轮多轴数控加工仿真实现[D];湘潭大学;2009年
8 韩立洋;经济型五轴数控雕刻机关键技术的研究[D];苏州大学;2010年
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10 盖光江;嵌入式智能打标机[D];天津理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 吴小洪;林晓新;曹占伦;姜永军;袁喜林;;三极管粘片机S曲线加减速控制[J];半导体技术;2008年03期
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7 范晋伟;关佳亮;王文超;周顺生;董广谱;岳中军;曹美宁;;SMART-CNC超精密数控曲面磨床综合误差补偿技术[J];北京工业大学学报;2006年04期
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中国重要报纸全文数据库 前3条
1 董锐;[N];中国包装报;2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 何均;高平稳数控运动控制算法与系统软件开发方法研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 王会方;串联机器人多目标轨迹优化与运动控制研究[D];浙江大学;2011年
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7 田锡天;五次样条在数控加工中的全过程应用技术[D];西北工业大学;2003年
8 杨长祺;复杂曲面多轴加工的高精度、高效率数控编程系统研究[D];重庆大学;2004年
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1 余森楠;参数曲线曲面的曲率自适应实时插补技术研究[D];大连理工大学;2010年
2 王大为;双驱式高精度数控铣削实验系统研究与设计[D];大连理工大学;2010年
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4 刘康;基于MATLAB的探地雷达数据处理研究及软件开发[D];中国地质大学(北京);2011年
5 王磊;金刚石车削光学非球面自动编程系统的研究[D];吉林大学;2011年
6 张海洋;金刚石车削光学自由曲面刀具路径规划的研究[D];吉林大学;2011年
7 李坚;非回转对称光学曲面车削加工误差评定的研究[D];吉林大学;2011年
8 赵晓东;快速刀具伺服机构的误差建模与分析[D];吉林大学;2011年
9 胡柳;基于PCI总线的微型车床数控系统的研究[D];山东理工大学;2011年
10 李海洋;龙门刨床数控系统与罗茨鼓风机叶轮型线的研究[D];山东理工大学;2011年
【二级引证文献】
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1 李建伟;赖乙宗;李松;王世勇;;基于DSP/BIOS的PLC执行系统开发[J];电子设计工程;2013年05期
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10 彭悦;扭曲自由曲面的测量数据处理与误差评定方法研究[D];天津大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余森楠;参数曲线曲面的曲率自适应实时插补技术研究[D];大连理工大学;2010年
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【相似文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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