数控加工刀具运动的优化控制

刘桂超++张娟

【摘 要】数控加工技术正朝着高速、高效、高精度方向发展，高速加工要求機床各运动轴都能够在极短的时间内达到高速运行状态并实现高速准停，研究开发满足高速、高精度、有效柔性加减速要求的数控加工刀具的控制方法已成为现代高性能数控系统研究的重点。

【关键词】数控加工；刀具运动；优化控制

1.数控加工、数控加工精度的概念及内容

1.1数控加工的概念

数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。从整体来看，数控机床加工与传统机床加工在工艺流程上差别并不大。但从细节来看就会发现，与传统机床加工相比，数控机床加工在工艺流程上发生了明显变化。数控机床加工是由数字信号控制零件和刀具相对位移的一种机械加工工艺。相对来说，数控机床加工更适合小批量、形状复杂、品种多样、精度要求高的高效自动化零件加工。

1.2数控加工精度的概念及内容

数控加工精度指的是零件成品相对于理想模型在各种参数上的精确度，是衡量数控加工质量的重要指标。数控加工精度是一个综合概念，它包含四大方面的内容。

1.2.1尺寸精度。

与零件模型相比，零件实际尺寸的精确程度。

1.2.2形状精度。

与理想要素相比，零件的被测要素的精确程度。

1.2.3位置精度。

相对于图样标注的位置误差，零件实际位置误差的精确程度。

1.2.4表面粗糙度。

就算加工工艺再好，加工出来的零件表面也不可能是完全平整的，总有一些由微观几何图形造成的粗糙。

1.3对数控加工的认识

数控加工过程中，影响数控加工精度的因素非常多，比如温度、湿度等。因此，在数控加工中，就算采用同一种加工方法，其精度也存在很大差异。不管采用何种加工工艺，只要操作细心，切削参数选用正确，再加上精心调整，其最后的零件质量都会很好。但是人们都知道，误差和成本之间是成反比的，低误差必然伴随着高成本。一味地提高数控加工精度，不仅会大大降低生产效率，还会增加成本投资。

2.折线光滑转接优化控制算法

在数控加工过程中，待加工零件的轮廓轨迹多种多样，可以看作由多段直线和圆弧组成。如果对每一条加工型线（直线段或圆弧）都采用从静止加速到目标速度，再在该段终点处减速到的方法，会产生以下不利情况：

（1）平均加工速度低，影响加工效率；

（2）频繁加减速会加大电机的负荷，产生运动噪声和降低控制精度；

（3）对某些由多个微小线段组成的特殊加工轨迹，实际的进给速度不能达到编程时设定的进给速度，加减速导致速度波动，造成加速度过大及轮廓误差。

为解决上述‘折点”问题，需要一种方法使得满足一定条件的相邻待加工曲线之间不必减速，可以保持速度上的连续，而且尽可能地达到编程时设定的进给速度。

2.1折点光滑转接控制模型

首先建立给定折线起点和终点速度的直线加减速模型。如【图1】所示，设第i段路径长Li，起点和终点速度分别为vi，vi+1，实际运动加速度和最大理论进给速度分别为am和vmax加速、匀速和减速段的位移分别为S1、S2和S3，该路径段所能达到的最大实际进给速度为vm，则其运动方程可表示如【图2】：