課程設(shè)計（論文）數(shù)控機床加減速控制

1、緒論計算機數(shù)控技術(shù)（computer numerical control）集傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)、計算機技術(shù)、成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、光機電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。他的廣泛使用給機械制造業(yè)生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式帶來深刻的變化。數(shù)控技術(shù)是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代cad/cam，fms，cim等也都是以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)。因此數(shù)控技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家工業(yè)自動化的重要標志。數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控技術(shù)的核心，也是數(shù)控發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)其，其功能強弱、性能優(yōu)劣直接影響著數(shù)控設(shè)備的加工質(zhì)量和效能發(fā)揮，對整個制造系統(tǒng)的

2、集成控制、高效運行、更新發(fā)展都具有至關(guān)重要的影響。因此，數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)不僅作為數(shù)控發(fā)展的先導(dǎo)技術(shù)，而且作為制造業(yè)的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略技術(shù)，越來越受到世界各國的重視。為更好的滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，滿足現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的要求，當今數(shù)控技術(shù)呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢34。1、高精度、高速度盡管十多年前就出現(xiàn)高精度高速度的趨勢，但是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的，高精度、高速度的內(nèi)涵也不斷變化。目前正在向著精度和速度的極限發(fā)展，其中進給速度已到達每分鐘幾十米乃至數(shù)百米。2、智能化智能化是為了提高生產(chǎn)的自動化程度。智能化不僅貫穿在生產(chǎn)加工的全過程（如智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控），還要貫穿在產(chǎn)品的售后服務(wù)和

3、維修中。即不僅在控制機床加工時數(shù)控系統(tǒng)是智能的，就是在系統(tǒng)出了故障，診斷、維修也都是智能的，對操作維修人員的要求降至最低。3、軟硬件的進一步開放數(shù)控系統(tǒng)在出廠時并沒有完全決定其使用場合和控制加工的對象，更沒有決定要加工的工藝，而是由用戶根據(jù)自己的需要對軟件進行再開發(fā)，以滿足用戶的特殊需要。數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商不應(yīng)制約用戶的生產(chǎn)工藝和使用范圍。4、pcnc正在被更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)商采用。它不僅有開放的特點，而且結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高。但是作為發(fā)展方向似乎并未被普遍認同，且將來向著超精密和超高速的極限發(fā)展對動態(tài)實時檢測和動態(tài)實時誤差補償要求很高時，它未必就是發(fā)展方向。不過，目前作為一個發(fā)展分支還是一種趨勢。

4、5、網(wǎng)絡(luò)化便于遠距離操作和監(jiān)控，也便于遠程診斷故障和進行調(diào)整，不僅利于數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場廠對其產(chǎn)品的監(jiān)控和維修，也適于大規(guī)?，F(xiàn)代化生產(chǎn)的無人化車間，實行網(wǎng)絡(luò)管理，還適于在操作人員不宜到現(xiàn)場的環(huán)境（如對環(huán)境要求很高的超精密加工和對人體有害的環(huán)境）中工作。 隨著高性能、低成本pc硬件資源的日益豐富、實時多任務(wù)操作系統(tǒng)的發(fā)展以及基于軟件的控制技術(shù)和伺服技術(shù)的發(fā)展，開放式數(shù)控系統(tǒng)的構(gòu)造成為可能，關(guān)于開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究已成為當今世界各國數(shù)控界研究的熱點。而我國目前在這一領(lǐng)域的研究相對比較落后，在開放式數(shù)控系統(tǒng)方面缺乏統(tǒng)一規(guī)范和參考模型的指導(dǎo)，尤其是在加減速控制技術(shù)的研究上，和國外有很大的差距。而加減速控制對

5、數(shù)控機床的主要加工性能：加工效率和加工精度，都有很大的影響。因此，本文結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，研究開放式數(shù)控系統(tǒng)的加減速控制技術(shù)無疑具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。本文主要研究cnc數(shù)控系統(tǒng)加減速控制技術(shù)，并對其開發(fā)與實現(xiàn)進行深入探討，同時對整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做了一定闡述。論文結(jié)構(gòu)如下：緒論簡要介紹本文目的、意義和研究內(nèi)容。第一章對進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性進行簡要的分析，對以后的加減速控制算法具有指導(dǎo)意義。第二章主要是對cnc數(shù)控系統(tǒng)具體的加減速方法進行研究。對常用的加減速控制方法進行了研究，其中包括直線加減速控制方法，指數(shù)加減速控制方法，s曲線控制方法，并對三種加減速控制方法進行比較。第三章對cnc

6、數(shù)控系統(tǒng)加減速控制方法的其他一些具體的技術(shù)進行研究，主要是高精度高速定位算法，并將該算法應(yīng)用到編程當中，實現(xiàn)加減速過程中速度的控制。進給伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性分析（一） 進給伺服系統(tǒng)特性與速度關(guān)系的確定按照刀具軌跡曲線走刀，離散插補點的位置是根據(jù)軌跡曲線的幾何特征、插補周期、給定允許誤差以及指定的進給速度確定。但進給速度的指定需要考慮機床的最大加速度以保證軌跡曲線的加工誤差在允許范圍之內(nèi)。機床的進給速度與最大加速度的數(shù)學(xué)模型的建立過程如下。在控制部分中，伺服系統(tǒng)的輸入輸出之間總存在滯后，且伺服馬達在加減速運動中也有時間延遲，這些都會引起加工軌跡的誤差，加工誤差與進給速度的平方成正比，與軌跡曲線的曲

7、率半徑成反比。（二）系統(tǒng)速度控制參數(shù)的選擇在數(shù)控系統(tǒng)中，插補器設(shè)計各運動軸的聯(lián)動控制問題起到了承上啟下的作用，是一個非常重要的部分。但由于傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的封閉性，使其在該階段只能處理簡單的直線和圓弧，當加工復(fù)雜曲線時，必須將其分解成直線和圓弧。這樣做的好處是減輕了該階段數(shù)控系統(tǒng)的負擔。也在一頂程度上提高其通用性；但是存在的最大問題是刀具路徑的其他幾何信息（如切向矢量、曲率、撓率等）全部丟失，使數(shù)控系統(tǒng)只能完全忠實地按照指定的數(shù)控程序和進給速度加工，阻礙其性能的進一步提高。隨著零件復(fù)雜程度和加工速度的提高，人們希望數(shù)控系統(tǒng)能夠直接加工任意空間曲線，尤其是樣條曲線的出現(xiàn)，這種希望更為迫切。下面給出了

8、通用的速度和加速度確定公式，能很好的解決這個問題。1 加工路徑的表示加工路徑可以由下式表示7： （2.17） 式中 加工路徑的參數(shù)； 加工路徑的階次； 加工路徑的空間坐標。2 各軸進給速度分量設(shè)為加工時的進給速度，為軸的進給速度分量，則有： （2.18）式中表示加工路徑上任意位置的單位切向矢量在軸上的分量，可以由下公式計算：同理，可以得到軸和軸的進給速度分量。3 各軸加速度分量設(shè)為機床沿曲線嬌嫩感時產(chǎn)生的加速度在軸上的分量，則： 式中為加工路徑的長度 令，則有 （2.19）表示進給速度隨時間變化率。即為進給加速度。根據(jù)微分幾何原理，表示加工路徑任意點的曲率在軸上的分量，曲率可以按照式（2.20

9、）來計算。式（2.19）等號右邊第一項表示進給速度方向改變時產(chǎn)生的向心減速度在軸上的分量。第二項表示進給速度大小改變產(chǎn)生切向加速度在軸的分量，當進給速度大小保持恒定時，則有。 （2.20）同理，可以得到軸和軸加速度分量。4 約束條件根據(jù)前面的分析，我們知道機床的運動學(xué)特性與刀具路徑幾何特性有密切的關(guān)系。當機床進給速度和刀具路徑的幾何特性一定時，機床的運動學(xué)特性也就可以確定。但由于加工路徑（尤其是曲線）上各位置的幾何特性在不斷地發(fā)身變化，因此加工路徑上各位置所允許的進給速度也在發(fā)生變化。要確定加工時的安全最大進給速度，必須使加工路徑任意位置都滿足最大速度和最大加速度的約束條件，即：式中 ，； 機

10、床各軸所允許的最大加速度； 機床各軸所允許的最大速度。下面以兩軸聯(lián)動加工線形程序段如何滿足上述條件為例來說明這個問題。（1）修正速度兩軸聯(lián)動時，聯(lián)動各軸的加減速能力各不相同，在每一個線形程序段內(nèi)各聯(lián)動軸的位移、速度、加速度也都不同。為保證各軸同時達到終點并準確地走出預(yù)定軌跡，必須對程序段進行插補，聯(lián)動各軸的速度必須滿足速度分配規(guī)律。插補過程為： （2.21）、為，軸進給速度，為加工路徑最高速度，為插補周期，按下式計算 （2.22）、分別為軸位移量、軸位移量、加工路徑長度。由于各程序段內(nèi)機床各運動軸的運動速度必須小于其最大允許速度。因此有： （2.23）式中 、分別表示、軸分別允許的最大速度。若

11、某一運動軸不滿足（2.23）式要求，則需要降低修正為： （2.24）（2）修正加速度即是加減速階段插補中所采用的最大加速度，實際上是聯(lián)動各軸的加速度合成。顯然，如何選擇合理的，對加減速時間有很大的影響。從上面可以看出，加速度滿足和速度相同的分配規(guī)律。 （2.25）選擇的必須保證聯(lián)動各軸的分加速度、滿足各軸的加速度能力，即要求： （2.26）因此，常用的一種做法是保守地選擇為各軸最大加速度的最小值，即，這樣在任何情況下均可滿足（2.26）式條件。這樣選取雖然對定位精度不會產(chǎn)生影響，但在大多數(shù)情況下聯(lián)動各軸沒有發(fā)揮最大的能力，通過合理規(guī)劃，進給時間可以進一步縮短。cnc數(shù)控系統(tǒng)加減速控制加減速控制

12、是cnc系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)高實時性的瓶頸。在cnc裝置中，為了保證機器在啟動或停止時不產(chǎn)生沖擊、失步、超程或震蕩，必須對進給電機的脈沖頻率或電壓進行加減速控制。即在機床加速啟動時，保證加在電機上的脈沖頻率或電壓逐漸增加；而當機床件速停止時，保證加在電機上的脈沖頻率或電壓逐漸減小。好的加減速控制算法除了保證數(shù)控機床運動平穩(wěn)，在啟停和程序段間速度有變化時不產(chǎn)生失步、超程、沖擊和震蕩外，還應(yīng)當具有算法簡單、系統(tǒng)加減速處理時間短、實時性強的特點。此外，很好的柔性（通用性）也是必要的，以便適應(yīng)不同配置的機床，特別是在高速加工中，這顯得尤為重要。在高速加工中，一方面由于進給速度很快，為充

13、分利用機床的有效工作行程，必須要求各坐標運動部件能在極短的時間內(nèi)達到給定的速度，并能在高速運行中快速準確地停止在預(yù)定位置；另一方面，由于高速加工的加工時間縮短，機床運動起停頻繁，因此，縮短運動部件起停的過渡時間，具有十分重要的意義。綜合上述兩點，也就是要求機床運動具有極短的加減速過渡過程。然而，如果僅從時間上考慮縮短過渡過程，而不對機床的加減速動態(tài)過程進行合理的控制，必將給機床結(jié)構(gòu)帶來很大的沖擊，容易引起刀具振動和斷刀，降低加工精度。因此，如何保證在機床運動平穩(wěn)的前提下，實現(xiàn)以過度過程時間最短為目標的最優(yōu)加減速控制規(guī)律，使機床具有滿足高速加工要求的柔性加減速特性，是研究中的一個關(guān)鍵問題8。（一

14、）常用加減速控制方法在目前數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中，加減速過程中有兩個速度的概念，一個是穩(wěn)定速度，它是系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行狀態(tài)時的速度。另一個是瞬時速度，它是數(shù)控系統(tǒng)在任一插補周期的速度，用表示，是一個變化量，根據(jù)加減速狀態(tài)的不同而不同。當系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，加速時，減速時。數(shù)控加工中，程序段中的速度命令和快速進給時的快速進給速度，需要轉(zhuǎn)換成每個插補周期的進給量。穩(wěn)定速度的計算公式如下9： （3.1）式中： 穩(wěn)定速度； 速度系數(shù)，包括快速倍率、切削進給倍率等； 指令速度。它對于減速點的計算十分重要。1 直線加減速控制方法直線加減速控制方法是加減速控制方法中最為簡單的一種，也是最常用的一種。數(shù)控系統(tǒng)每插補

15、一次，都要進行穩(wěn)定速度、瞬時速度和加減速處理。（1）加速處理當系統(tǒng)計算出新的穩(wěn)定速度大于原來的穩(wěn)定速度時，就要進行加速處理。在這種情況下，瞬時速度計算如下： （3.2）式中為加速度。 此時系統(tǒng)以新的瞬時速度進行插補計算，得到該周期的進給量，對各坐標軸進行分配，這是一個迭代過程，這個過程一直進行到為止。（2）減速處理系統(tǒng)每進行一次插補運算，都要進行終點判別，計算離終點點的瞬時距離，并由此判斷系統(tǒng)是否進入減速區(qū)。減速區(qū)的長度由先行加減速算法得到： （3.3）式中是最終的末速度。若，則表明進入減速區(qū)，插補計算需要以減速方式進行，瞬時速度按下式計算： （3.4）此時系統(tǒng)以新的瞬時速度進行插補計算，此過

16、程一直到新的穩(wěn)定速度或零為止。整個過程共有加速、勻速、減速三個階段。根據(jù)具體參數(shù)的不同可分為三中情況，如圖3.1所示：圖3.1 直線加速度對應(yīng)的加速度如圖3.2所示：圖3.2 直線加減速的加速度2 指數(shù)加減速控制方法前面介紹了直線加減速控制的算法，接著簡要介紹一種新的加減速控制方法，即指數(shù)加減速控制方法10。有關(guān)指數(shù)加減速符號定義如下： ：分別代表指令速度，起點速度，終點速度；：調(diào)節(jié)系統(tǒng)時間常數(shù)；：采樣周期；：進給距離。按指數(shù)規(guī)律變化的速度控制方程為： （3.5）加速段：故： （3.6）當 時，；當 時，。勻速段： （3.7）故：減速段：，故： （3.8）當 時，；當 時，。3 s曲線加減速控

17、制方法由上可知，直線加減速啟動加減速結(jié)束時存在加速度突變，產(chǎn)生沖擊，因而不適合用于高檔的數(shù)控系統(tǒng)。一些先進的cnc系統(tǒng)采用s性加減速，通過對啟動階段即高速階段的加速度衰減，來保證電機性能的充分發(fā)揮和減小啟動沖擊11。正常情況下s形曲線加減速的運行過程可分為7段：加加速度段、勻加速度段、減加速度段、勻速度段、加減速度段、勻減速度段、減減速度段12。因為實際運行過程中，不可能7個階段完全運行，所以根據(jù)不同情況分類討論。由于起始速度和終止速度的不同，速度曲線也不同，所以起始和終止速度分類討論。（1）這種情況下，只有勻速運行，所以不需處理。（2）且沒有加速過程，只有減速過程，。 最大加速度能夠達到，則

18、，減速區(qū)長度在這種情況下，根據(jù)的大小不同，又可以分為以下三種情況：）運行段為：勻速，加減速，勻減速，減減速。) ，運行段為：加減速，勻減速，減減速。但到終點無法達到末速度。解決方法是在譯碼模塊中，令，解方程得到，從而修正指令鏈表中的起始速度。 最大加速度不能達到。則，在這種情況下，根據(jù)與的大小不同，又可以分為以下三種情況：）運行段為：勻速，加減速，減減速) ，運行段為：加減速，減減速。），運行段為：加減速，勻減速，減減速。但到終點無法達到末速度。解決方法是在譯碼模塊中，令，解方程得到，由，可知，從而修正指令鏈表中的起始速度。（3）且沒有減速過程，只有加速過程。 最大加速度能達到。則，在這種情況

19、下，根據(jù)與的大小不同，又可以分為以下幾種情況：）運行段為：加加速，勻加速，減加速，勻速。) ，運行段為：加加速，勻加速，減加速。），運行段為：加加速，勻加速，減加速。但到終點無法達到。解決方法是在譯碼模塊中，令，解方程得到，從而修正指令鏈表中的起始速度。 最大加速度不能達到。則，在這種情況下，根據(jù)與的大小不同，又可以分為以下三種情況：）運行段為：加加速，減加速，勻速) ，運行段為：加加速，減加速。），運行段為：加加速，勻加速，減加速。但到終點無法達到。解決方法是在譯碼模塊中，令，解方程得到，由，可知，從而修正指令鏈表中的起始速度。(4) ，且由于，的大小不同，可分為四種情況考慮。 且最大加速度

20、能夠達到。取，。由可得：若上式成立，能達到。運行段為：加加速段，勻加速段，減加速段，勻速段，加減速段，勻減速段，減減速段。若上式不成立，不能達到，。分三種情況討論： ，減速運行。，。設(shè)，。在這種情況下，根據(jù)加速時能否達到最大加速度，又可以分為以下幾種情況： 在上述條件下，根據(jù)與的大小不同，又可以分為以下幾種情況： 運行段為：勻速，加減速，勻減速，減減速。 運行段為：加減速，勻減速，減減速。但到終點時不能減速到。解決方法是在譯碼模塊中，令，解方程得到，從而修正指令鏈表中的起始速度。 可得：，在上述條件下，根據(jù)與的大小不同，又可以分為以下幾種情況： 運行段為：勻速，加減速，減減速。 運行段為：加減

21、速，減減速。但到終點時不能減速到。解決方法是在譯碼模塊中，令，解方程得到，由，可知，從而修正指令鏈表中的起始速度。 勻速運行。 ，。設(shè)，。在這種條件下，根據(jù)加速時能否達到最大加速度，又可以分為以下幾種情況： 與情況基本相同。 與情況基本相同。 可得：，在上述條件下，根據(jù)與的大小不同，又可以分為以下幾種情況： 與情況基本相同。 與情況基本相同。 且加速時最大加速度能夠達到，減速時最大加速度不能達到。取，取，。由可得：若上式成立，能達到。運行段為：加加速段，勻加速段，減加速段，勻速段，加減速段，減減速段。若上式不成立，按照前面的方法直接從加速到。 減速時最大加速度能夠達到，加速時最大加速度不能達到

22、。取，取，。由可得：若上式成立，能達到。運行段為：加加速段，減加速段，勻速段，加減速段，勻減速段，減減速段。若上式不成立，按照前面的方法直接從減速到。 最大加速度能夠達到。取，。取， 。由可得：若上式成立，能達到。運行段為：加加速段，減加速段，勻速段，加減速段，減減速段。若上式不成立，按照前面的方法直接從加速或減速到。特殊之處在于：時，；時，。（二） 直線加減速、指數(shù)加減速、s形曲線加減速控制的比較1 直線加減速和指數(shù)加減速的比較（1）指數(shù)加減速指數(shù)加減速，當時，取時間中點，加速行程： 在相同的時間內(nèi)，勻速過程所走的距離是，二者之比是 （2）直線加減速設(shè)n個周期內(nèi)達到勻速，取，在時間中點，所走

23、的距離為：在相同的時間內(nèi)，勻速過程所走的距離是：二者之比：當時有=2.41.58。從上面的分析可以看出，在起始階段指數(shù)加速快，并且作用平均時間指數(shù)加減速優(yōu)于直線加減速。2 指數(shù)加減速和s形曲線加減速的比較取調(diào)速時間常數(shù)，以加速過程為例對兩種算法進行比較，可取作為加速過程的初始極端，取作為加速過程的結(jié)束段。那么，采用指數(shù)曲線調(diào)速時，初始段速度為：初始段加速度為：故：結(jié)束段速度：加速度：而采用s形曲線進行調(diào)速控制，當取500時，初始段速度：故：結(jié)束段速度：通過兩種算法的比較，不難得出以下結(jié)論：指數(shù)算法在快速性方面有明顯的優(yōu)勢，s形算法有較好的平穩(wěn)性。但當取時，s形算法啟動時：，結(jié)束時：。這個結(jié)果在

24、快速性方面與指數(shù)算法相當，且仍然保持了較好的平穩(wěn)性，由此可見s形算法有較大的靈活性。綜上所述，在數(shù)控系統(tǒng)中常用的直線加減速、指數(shù)加減速和s形曲線加減速中，前兩種加減速方式柔性度不好，在啟動和加減速結(jié)束時存在加速度突變，產(chǎn)生沖擊，因而不適合用于高速數(shù)控系統(tǒng)。在多軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)中常采用s形曲線加減速控制，通過對啟動階段加速度衰減，來減小啟動沖擊，充分發(fā)揮電機的性能。終點控制算法的研究以及軟件的實現(xiàn)（一）高精度定位算法現(xiàn)代化工業(yè)在機床設(shè)備的精度、效率、可靠性和經(jīng)濟性等方面，提出了越拉越高的要求，實現(xiàn)機床設(shè)備數(shù)控化、自動化、高速化是必然的發(fā)展方向。定位精度是機床精度的一項重要指標，它綜合反映了機

25、床構(gòu)件和進給系統(tǒng)的精度及動態(tài)特性，靠常規(guī)的機械設(shè)計技術(shù)難以達到要求。影響數(shù)控機床定位精度的因素除了機床的機構(gòu)、控制系統(tǒng)檢測元件等硬件因素外，在軟件方面，加減速方式對數(shù)控系統(tǒng)的定位也有著十分重要的影響。在控制算法中不易解決的精度與速度矛盾，通過改善加減速算法能夠起到一定的效果。數(shù)控系統(tǒng)通常采用的加減速方式有指數(shù)加減速、直線加減速，高檔的數(shù)控系統(tǒng)還具有s曲線加減速等。一般情況下，伺服系統(tǒng)的控制過程可分為加速、勻速、減速和低速定位四個階段，其中，減速和低速定位兩個階段對伺服系統(tǒng)的定位精度有很重要的影響。如果采用s曲線的加減速控制方式，算法計算量都遠大于線形加減速，在實時插補過程中往往需要比較長的運行

26、時間才能完成，但對于定位來說，由于對過程要求不是很高，使用直線加減速就比較合適一些。直線加減速是各種算法中最簡單的，它算法平穩(wěn)性較好，速度快，適合使用在速度變化范圍較大的快速定位方式中13。數(shù)據(jù)采樣插補的特點是系統(tǒng)按固定的時間間隔進行插補，算出每一時間間隔結(jié)束時各軸應(yīng)達到的位置，實際相當于數(shù)控系統(tǒng)對目標位置進行定時采樣。其中插補輸出位置采用數(shù)字表示而非脈沖串。在數(shù)據(jù)采樣位置控制方式中，保證各軸能同時到達程序段的重點而它們的運動又是連續(xù)的條件，是使每個程序段各軸的運行時間恰好是插補周期的整數(shù)倍，即時間分割條件。這可以通過調(diào)整各軸的命令進給率即每個插補周期的進給量，即加減速來實現(xiàn)。由于數(shù)據(jù)采樣插補

27、過程是一個離散過程，因此采用連續(xù)方式的計算公式計算出來的減速點是不準確的，必須采用離散方式計算減速點，并在減速算法中考慮最小速度問題和最大速度問題。首先計算開始減速時各軸的進給速度：其中為代碼段長度，為響應(yīng)的x軸分量，為y軸分量。然后計算各自軸以各自的最大加速能力減速至所需要的時間：取作為減速時間，從而可得合成最大加速度為：由以上計算過程可以看出，（加）減速過程中，聯(lián)動各軸沒有均沒有超過各自的最大加速度，但充分發(fā)揮了各軸的能力，使加減速過程時間達到最短。由式（4.2）可得插補的次數(shù)n，是一個實數(shù)，表示從線形減速至時，理論上的運行時間是插補周期的倍數(shù)，由前面分析，插補過程必須滿足時間分割條件，即

28、n必須為整數(shù)，取n為不小于n的整數(shù)： （4.4）上式是取整函數(shù)，用n來代替n，帶入（4.2）式可得加速度為： （4.5）即重新計算出一個略小于而可以讓插補過程滿足時間分割條件的加速度，即將（4.4）和（4.5）代入到（4.3）中得到：由上式計算可得理論減速距離，從而可得到理論減速點p。從理論上講，若剛好在p點開始減速，則可以按預(yù)先規(guī)劃好的線性減速規(guī)律經(jīng)過n-1個插補周期減速到，然后經(jīng)過一個周期的運行，剛好到達終點停止。但由前可知，實際減速點不可能剛好與理論減速點重合。為了保證定位精度和平穩(wěn)性，減速點必須提前，這樣最大減速區(qū)長度為（為實際減速區(qū)長度）若仍按事先的線性減速，則在速度減至時仍有剩余長

29、度在普通的速度控制中，這一段將在最后由運行，由于一般很小。所以運行時間比較長，降低了加工效率。在減速過程中，各個插補周期的程序進給量是不相同的，它們逐漸遞減，這樣不夠以運行一個周期（但由運行則需要很多周期），但它可以比低的速度運行來補償，即減速點的誤差可以在較高的速度得到補償，而不必全部放到最后，這樣在減速段結(jié)束時剩余長度就很小了，這樣就提高了運行效率。（二）程序中終點控制算法在數(shù)控加工中，有時遇到這樣的情況，由于加工長度比較小，往往刀具還沒有達到指令的進給速度就必須做減速處理，以免在加工中發(fā)生超程，沖撞等問題。加工線段的長短是一個相對的概念，實際中很難界定，如何在不同長度的情況下正確的預(yù)測減

30、速點，也就成了加減速控制的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的直線加減速的減速區(qū)域判斷方法是采用下式進行計算： （4.6）其中為減速區(qū)域的距離，為加減速度，根據(jù)已設(shè)定的數(shù)據(jù)即可求得。這種方法雖然簡單，但存在明顯不足，首先是對于長加工線段適用，而對于短線段則不適用，因為電機還沒來得及加到最高速度就減速了，這時是不能采用上式計算的，其次是這種方法并不能實現(xiàn)自動加減速，不具備智能性。下面將介紹一種新的智能化的減速區(qū)域的判斷方法。以直線加減速為例采用前加減速控制，并用到“步”的概念?！耙徊健?，是指電機以一定速度走一個插補周期所走的距離，即步長。在電機每次開始走步時，根據(jù)前一步的速度可求出下一步的速度，再比較根據(jù)此速度這步

31、走完時已加工的長度和剩余長度，則根據(jù)具體條件實行加速或者勻速運行，繼而得到新的剩余長度和加速長度，繼續(xù)比較直至剩余長度小于加速長度，此時開始減速處理。這里的“具體條件”指的是首先比較加工限度長度與起跳長度，若，則不進行加減速直接輸出；其次比較剩余長度與加速長度，若剩余長度小于加速長度，則說明已進入減速區(qū)域減速，否則繼續(xù)比較此時電機速度是否已達到最高速度；若小于最高速度，則繼續(xù)加速，否則以最高速度勻速運行。當加工完當前步后，再次比較剩余長度與加速長度，如此反復(fù)，直至最后加工完畢。這種方案在保證長線段減速區(qū)域的判斷與傳統(tǒng)方案一致的同時，又彌補了傳統(tǒng)方案在短線段減速區(qū)域的判斷上的不足，具有預(yù)見性。而

32、且初始速度，指令速度，加速度以及加工線段的長度都可以預(yù)先從g代碼中讀出，得到這些參數(shù)后，上位pc機可以很快的計算下一步的速度，以此來判斷是繼續(xù)加速，還是勻速，或者減速，并將結(jié)果送入下位機以驅(qū)動電機運行?；谙嗤?，此方法也可適用于s形曲線和指數(shù)加減速方式，只需在計算速度和下一步步長時采用相應(yīng)的積分公式即可。（三） 算法的軟件實現(xiàn) 在數(shù)控系統(tǒng)中，直線是最基本的加工圖形之一。因此直線的加工和控制在數(shù)控系統(tǒng)中占有重要的地位。尤其在復(fù)雜零件的數(shù)控加工中，cad/cam系統(tǒng)以直線代替曲線進行軌跡擬合，生成的數(shù)控代碼往往由許多微小直線段代碼組成，再經(jīng)過系統(tǒng)解釋執(zhí)行控制機械平臺的運動。本章節(jié)就以直線加工為

33、例來闡述數(shù)控系統(tǒng)中直線加減速中速度的控制。流程如圖4.1所示：圖4.1 程序流程圖圖4.2、4.3、4.4、4.5分別為幾種加減速控制方式的速度圖線。其中圖4.2、4.3是直線加減速控制中出現(xiàn)的兩種情況。圖4.2 直線加減速方式速度與位移圖線（1）圖4.3 直線加減速方式速度與位移圖線（2）圖4.4 指數(shù)加減速方式速度與位移圖線圖4.5 s形曲線加減速方式速度與位移圖線從以上幾種速度圖線的輸出結(jié)果來看，程序基本實現(xiàn)了預(yù)定效果。另外需要說明的是速度圖線和位移圖線都存在一些誤差，在編程過程中一些算法是根據(jù)公式而不是積分來編的，對于插補周期t的設(shè)定精度不夠是導(dǎo)致誤差形成的主要原因。結(jié) 論在數(shù)控機床高

34、速加工中，由于進給速度很快，切削時間縮短，換刀間隔縮短，機床運動啟停頻繁，因此要求機床運動具有極短的加減速過渡過程。如果僅從時間上去考慮縮短過渡過程，而不對機床的加減速動態(tài)過程進行合理的控制，必將給機床結(jié)構(gòu)帶來很大沖擊，本文針對這一問題，對幾種常見的加減速控制方法進行了研究， 并在windows環(huán)境下采用visual c+語言，完成了這些加減速控制方式速度圖線的描繪。工作總結(jié)如下：1、進行了三種加減速控制方法的研究，這三種控制方法分別是直線加減速、指數(shù)加減速、s形曲線加減速方法。并對三種控制方式的計算進行了詳細說明，對于其中可能出現(xiàn)的情況也進行了詳細的討論，文中還比較了三種加減速方式的不同，得出