高速数控加工的速度自适应三次多项式前瞻插补算法研究与实现

摘要

高速数控加工系统在现代制造业中占据至关重要的地位，进给速度和加工精度是评价该系统性能的关键性指标。在高速加工过程中，速度突变点的存在造成进给速度和进给方向急剧变化，严重影响加工精度。因此，前瞻插补技术被引入到数控系统中并得到了广泛应用，较好地解决了这个问题。
　　为了在数控加工中预先发现速度突变点、平稳经过插补点和防止速度突变引起的机床振动，本文结合NURBS曲线插补，提出了速度自适应三次多项式前瞻插补算法，并且建立了该算法的通用模型。首先根据NURBS曲线的相关计算值，由曲线中插补点曲率的变化总结了速度突变点的判定标准，确定了速度突变点的位置。接着根据速度突变点对加工曲线进行分段处理，提出了基于弓高误差和三次多项式加减速的突变点速度局部最优解。然后通过分析突变点处速度的嵌套关系，给出了前瞻距离的有效计算方法。最后根据计算减速点位置的要求，在前瞻范围内进行反向插补，提出了进给速度的实时优化方案。
　　本文通过两种不同的轨迹曲线对提出的速度自适应三次多项式前瞻插补算法进行了仿真验证，并与基于S型加减速算法和传统三次多项式加减速算法进行了性能对比仿真，结果验证了该算法比S型加减速算法的运行时间减少了1.62％，比传统三次多项式加减速算法的最大弓高误差减少了6.77‰。此外，本算法在润金科技数控加工平台中进行了试用，其单次插补时间最大为0.261ms，完全满足该系统设定最大插补时间1ms的要求。

目录

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第一章 绪论

1.1 数控技术综述

1.2 前瞻控制算法综述

1.3 课题研究的意义及内容

1.4 本章小结

第二章 NURBS曲线理论基础

2.1 NURBS曲线

2.2 NURBS曲线计算

2.3 本章小结

第三章 加减速算法研究与实现

3.1 直线加减速算法

3.2 S型加减速算法

3.3 三次多项式加减速算法

3.4 本章小结

第四章 前瞻控制算法改进

4.1 速度突变点的求解

4.2 前瞻距离的确定

4.3 减速点位置的计算

4.4 实时速度的修调

4.5 本章小结

第五章 前瞻控制算法的仿真与实现

5.1 前瞻控制算法的流程

5.2 MATLAB仿真验证

5.3 数控平台实例验证

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢