基于編碼器-播放器架構(gòu)的新型數(shù)控系統(tǒng)及其插補(bǔ)器的研究.pdf

1、數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的自動(dòng)化控制和人機(jī)交互等重要任務(wù)的承擔(dān)者，隨著功能需求的不斷增加和硬件技術(shù)的不斷發(fā)展而變得日趨龐大和復(fù)雜，需要在加工過程中在線執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量和計(jì)算量也在不斷增加。數(shù)控系統(tǒng)功能的豐富需求與數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性（即能否在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)完成加工過程中的在線任務(wù)）之間的矛盾越來越突出。數(shù)控系統(tǒng)中的插補(bǔ)器作為將軌跡的幾何描述轉(zhuǎn)化為電機(jī)位置指令的橋梁，是刀具與工件之間相對運(yùn)動(dòng)的指揮棒，對加工精度、加工表面質(zhì)量乃至機(jī)床壽命有著至關(guān)重要的影響

2、。使用參數(shù)曲線來表示加工運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠比傳統(tǒng)的連續(xù)小直線段的表示方式消耗更少的存儲(chǔ)空間、提供更豐富的幾何特征信息、對機(jī)床引起更小的運(yùn)動(dòng)沖擊、獲得更高的表面質(zhì)量?；谏鲜霰尘埃疚尼槍ΜF(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)及其插補(bǔ)器中存在的問題，提出相應(yīng)的解決方案。本文的創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　（1）針對數(shù)控系統(tǒng)日漸復(fù)雜的功能需求與數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性之間的矛盾，提出一種基于編碼器/播放器體系架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，不但能夠減輕數(shù)控系統(tǒng)在加工過程中的實(shí)時(shí)計(jì)算負(fù)擔(dān)，還有利于采用分

3、布式數(shù)控系統(tǒng)、以一臺(tái)服務(wù)器連接多個(gè)輕量級客戶端的形式實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的同步協(xié)作。
　　（2）針對參數(shù)曲線插補(bǔ)中的核心步驟—曲線參數(shù)計(jì)算中因曲線參數(shù)計(jì)算誤差所導(dǎo)致的速度波動(dòng)問題，提出了可用于現(xiàn)有參數(shù)曲線插補(bǔ)器的修正泰勒展開法，通過與現(xiàn)有曲線參數(shù)計(jì)算方法的比較，表明修正泰勒展開法在占用較少的存儲(chǔ)空間的情況下能以與二階泰勒展開法相當(dāng)?shù)挠?jì)算時(shí)間來獲得較精確的參數(shù)值，且能避免加工過程因計(jì)算所得的曲線參數(shù)不落在其定義域內(nèi)所導(dǎo)致的加工異常中止的問題

4、。
　?。?）針對現(xiàn)有插補(bǔ)器難以實(shí)現(xiàn)以精確速度對不同類型的曲線進(jìn)行統(tǒng)一插補(bǔ)的問題，在基于編碼器/播放器體系架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)中，以修正泰勒展開法為基礎(chǔ)，提出了一種先離線將參數(shù)曲線轉(zhuǎn)化為一系列逼近點(diǎn)并將相鄰逼近點(diǎn)之間的坐標(biāo)增量編碼為運(yùn)動(dòng)比特流、再在加工過程中實(shí)時(shí)對運(yùn)動(dòng)比特流進(jìn)行解碼以生成電機(jī)指令位置的方法，形成一種利用編碼器/播放器實(shí)現(xiàn)參數(shù)曲線插補(bǔ)的插補(bǔ)器。該插補(bǔ)器避免了因在加工過程中執(zhí)行不穩(wěn)定的曲線參數(shù)計(jì)算任務(wù)所導(dǎo)致的速度波動(dòng)，支持包

5、含一階導(dǎo)矢為零矢量的奇異點(diǎn)的參數(shù)曲線的插補(bǔ)，允許加工過程中隨時(shí)調(diào)節(jié)指令速度，統(tǒng)一了所有連續(xù)參數(shù)曲線的插補(bǔ)方法，簡化了實(shí)時(shí)插補(bǔ)器的程序結(jié)構(gòu)。
　?。?）針對速度規(guī)劃中現(xiàn)有的速度極值曲線生成方法在微小拐角附近的速度極值計(jì)算不精確的問題，提出了一種新的速度極值曲線計(jì)算方法—單位弧長增量掃描法，避免了沿參數(shù)曲線運(yùn)動(dòng)的過程中一些不必要的加減速過程，縮短了運(yùn)動(dòng)時(shí)間，提高了加工效率。
　?。?）針對現(xiàn)有插補(bǔ)器缺乏對多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工中的并