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

1、數(shù)控系統(tǒng)是機床的自動化控制和人機交互等重要任務(wù)的承擔者，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)實時性（即能否在規(guī)定的時間內(nèi)及時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)中的插補器作為將軌跡的幾何描述轉(zhuǎn)化為電機位置指令的橋梁，是刀具與工件之間相對運動的指揮棒，對加工精度、加工表面質(zhì)量乃至機床壽命有著至關(guān)重要的影響

2、。使用參數(shù)曲線來表示加工運動軌跡，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空間、提供更豐富的幾何特征信息、對機床引起更小的運動沖擊、獲得更高的表面質(zhì)量?；谏鲜霰尘?，本文針對現(xiàn)有數(shù)控系統(tǒng)及其插補器中存在的問題，提出相應(yīng)的解決方案。本文的創(chuàng)新點如下：
　?。?）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)實時性之間的矛盾，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)在加工過程中的實時計算負擔，還有利于采用分

3、布式數(shù)控系統(tǒng)、以一臺服務(wù)器連接多個輕量級客戶端的形式實現(xiàn)多臺設(shè)備的同步協(xié)作。
　?。?）針對參數(shù)曲線插補中的核心步驟—曲線參數(shù)計算中因曲線參數(shù)計算誤差所導(dǎo)致的速度波動問題，提出了可用于現(xiàn)有參數(shù)曲線插補器的修正泰勒展開法，通過與現(xiàn)有曲線參數(shù)計算方法的比較，表明修正泰勒展開法在占用較少的存儲空間的情況下能以與二階泰勒展開法相當?shù)挠嬎銜r間來獲得較精確的參數(shù)值，且能避免加工過程因計算所得的曲線參數(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)有插補器難以實現(xiàn)以精確速度對不同類型的曲線進行統(tǒng)一插補的問題，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)化為一系列逼近點并將相鄰逼近點之間的坐標增量編碼為運動比特流、再在加工過程中實時對運動比特流進行解碼以生成電機指令位置的方法，形成一種利用編碼器/播放器實現(xiàn)參數(shù)曲線插補的插補器。該插補器避免了因在加工過程中執(zhí)行不穩(wěn)定的曲線參數(shù)計算任務(wù)所導(dǎo)致的速度波動，支持包

5、含一階導(dǎo)矢為零矢量的奇異點的參數(shù)曲線的插補，允許加工過程中隨時調(diào)節(jié)指令速度，統(tǒng)一了所有連續(xù)參數(shù)曲線的插補方法，簡化了實時插補器的程序結(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算不精確的問題，提出了一種新的速度極值曲線計算方法—單位弧長增量掃描法，避免了沿參數(shù)曲線運動的過程中一些不必要的加減速過程，縮短了運動時間，提高了加工效率。
　?。?）針對現(xiàn)有插補器缺乏對多軸聯(lián)動電火花加工中的并