数控系统轮廓精度控制方法研究

摘要

当前，随着制造业技术的日益发展，数字化加工技术被广泛应用并不断升级进步。作为数字化加工技术的大脑，精确性、灵活性、多功能性等特点使得数字化控制系统拥有了日渐稳固的行业地位，也因此受以更加严格的要求与标准。循迹能力是数控系统的关键技术之一，发展迅速，近几年与之相关的新控制方法不断涌现，目前多轴控制系统依然采用各单轴独立控制方法，由于对于其他轴的位置及状态一无所知，不同轴所伴随的不尽相同的静、动态特性很大程度上导致了数控系统控制精度误差的叠加，直接影响数控机床的控制精度。
　　为了解决这种问题，本文采用轮廓误差控制方法，一方面建立轮廓误差估测模型设计并实现了基于轮廓最优圆逼近方法的轮廓误差估测模型，该模型不仅克服了常规方法对于任意加工曲线，误差计算过程复杂、计算量大、难以应用到实时任务的缺点，并且有针对性的避免了依赖于跟踪误差的估算方法，通过实时读取数控机床的位置反馈值和插补器的指令数据估算出轮廓误差值，有效估算轮廓误差值。另一方面在建立了轮廓误差估测模型的基础上结合双模糊变论域自适应控制算法设计了轮廓最优圆逼近方法轮廓误差控制器，应用于平面轮廓误差实时估算并补偿。最后为了有效验证本文所提方法，设计并实现了新的总线式数控主板AV2，在试验数控机床上应用并进行相关对比试验。
　　试验结果表明，所提出的基于轮廓最优圆逼近方法的双模糊变论域轮廓误差控制方法能有效减小加工轮廓误差，有更高的轮廓精度。对于推动数控技术的研究具有重要的现实意义和工程实用价值。

目录

声明

摘要

图清单

表清单

字母注释表

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题研究背景及意义

1．2．1 课题研究背景

1．2．2 课题研究意义

1．3 轮廓误差关键技术研究现状

1．3．1 轮廓误差估算方法

1．3．2 轮廓误差控制方法

1．4 论文研究概述及主要内容

1．4．1 论文研究概述

1．4．2 论文主要内容

第二章 轮廓误差估测模型

2．1 进给伺服系统工作原理

2．2 数控机床对伺服系统的技术要求

2．3 线性轨迹轮廓误差

2．3．1 直线轨迹

2．3．2 圆弧轨迹

2．4 非线性轨迹轮廓误差

2．4．1 等效切线轮廓误差估算方法

2．4．2 自由曲线密切圆轮廓误差估算方法

2．4．3 自由曲线线性化轮廓误差估算方法

2．5 基于轮廓最优圆逼近方法的轮廓误差估测模型

2．6 轮廓误差估算方法准确性验证

2．6．1 轮廓误差插值计算法

2．6．2 轮廓误差轨迹点逐一计算法

2．6．3 轮廓误差估算准确性验证

2．7 本章小结

第三章 轮廓误差控制器

3．1 模糊控制方法简述

3．1．1 模糊化

3．1．2 模糊规则

3．1．3 模糊推理

3．1．4 去模糊化

3．2 轮廓误差自适应耦合控制器

3．3 本章小结

第四章 轮廓误差控制系统总体设计与验证

4．1 轮廓误差控制系统硬件设计

4．1．1 硬件架构设计

4．1．2 关键器件选型及电路设计

4．2 轮廓误差控制系统软件设计

4．2．1 总线模块

4．2．2 轮廓误差估测模块

4．2．3 轮廓误差控制模块

4．3 实验验证

4．3．1 实验设备

4．3．2 轮廓控制精度验证

4．3．3 控制算法实时性验证

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢