一种钻攻中心刚性攻丝加减速运动控制方法技术

一种钻攻中心刚性攻丝加减速运动控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一，在数控系统中存储分段逼近转矩曲线，并求解出每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度和加速度；所述若干加速段中的最大速度、曲线匀速段的速度以及若干减速段中的最大速度相等；步骤二，所述数控系统包括计算模块，所述计算模块对输入的总攻丝深度S和所述步骤一求解的每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度进行计算：若所述总攻丝深度大于等于每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度之和，计算模块对输入的指令速度和若干加速段中的速度进行比较计算，可得所述数控系统攻丝过程每段加速段和减速段的攻丝加速度、持续时间、匀速段的攻丝深度和持续时间。

【技术实现步骤摘要】
一种钻攻中心刚性攻丝加减速运动控制方法
本专利技术涉及数控技术与自动化控制
，具体涉及一种钻攻中心刚性攻丝加减速运动控制方法。
技术介绍
钻攻中心是一种切削金属的CNC机床，是目前市场上集切削、钻孔、攻牙为一体工作效率最快且高精度的机床。与其它数控机床相比钻攻中心主要的特点是小巧灵活、位移速度快、主轴转速高、钻孔攻牙快、换刀速度快。钻攻中心凭借其高速、高精度的加工特点，备受市场青睐，是产品零件制造的关键设备，而钻攻中心攻牙速度是衡量机床性能的重要指标之一。由于刚性攻丝时主轴伺服驱动与Z轴伺服驱动增益不是完全匹配，同时受到摩擦力、机械谐振等非线性和不确定因素的影响，主轴的旋转与Z轴的进给并不是完全同步。由于运动轴（X轴，Y轴，Z轴）伺服电机的响应性比主轴伺服电机快，所以为了保证机床以最佳状态运行，一般对主轴伺服电机进行加减速运动控制，运动轴伺服电机进行同步运动，同步过程实时监控跟随误差，再对运动轴的增量插补值进行适当调整，可以有效的提高Z轴与主轴的同步性。当进行低转速刚性攻丝时，主轴伺服电机使用传统的加减速运动控制算法，如S形算法，三角函数算法，指数化算法等，基本上能满足控制要求，而当进行高转速刚性攻丝时，传统加减速运动控制算法难以从根本上解决系统响应的快速平稳性和高稳定精度之间的矛盾，无法满足加工中心刚性攻丝对快速性、稳定性的要求。电机在额定转速下，基本上是恒转矩调速，也就是说电机输出的转矩不会受到转速的影响，只会和负载有关系。而在电机额定转速以上，电机是恒功率调速，也就是说，转速越高，转矩会越小，正如汽车跑得越快，加速即越来越慢。所以电机运转在额定转速下，不同的加减速运动控制算法影响不大，而当电机运转超过额定转速时，其加减速曲线需要与转矩曲线匹配，才能保证主轴电机与运动轴电机之间的较小的跟随误差，进而才能满足系统响应的快速平稳性和高稳定精度的要求。由于不同功率的主轴电机攻丝速度、不同螺距、不同材料时，电机的力矩曲线各不相同，从而跟随误差的误差带都不相同。如果要建立一个通用的电机机械特性转矩曲线的精确数学模型是不切实际的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种分段逼近转矩曲线加减速运动控制算法，可以满足高速刚性攻丝控制要求。详细的技术方案如下：一种钻攻中心刚性攻丝加减速运动控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一，在数控系统中存储分段逼近转矩曲线，所述分段逼近转矩曲线包括若干加速段、曲线匀速段和若干减速段，以及每个加速段、曲线匀速段和每个减速段持续的时间；并求解出每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度和加速度；所述若干加速段中的最大速度、曲线匀速段的速度以及若干减速段中的最大速度相等；（转矩曲线确定了之后，各加速段、减速段以及匀速段的速度就定了，根据每段的持续时间，可计算出每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度）步骤二，所述数控系统包括计算模块，所述计算模块对输入的总攻丝深度S和所述步骤一求解的每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度进行计算：若所述总攻丝深度大于等于每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度之和，则转入步骤三；若所述总攻丝深度小于每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度之和，则转入步骤八；步骤三，所述计算模块对输入的指令速度和若干加速段中的速度进行比较计算：若所述指令速度大于等于所述曲线匀速段的速度，则取所述曲线匀速段的速度为实际最大速度，并转入到步骤四；若所述指令速度小于所述若干加速段中的最大速度，则取所述指令速度为实际最大速度，并转入到步骤五；步骤四，计算所述曲线匀速段的持续时间，该曲线匀速段即为实际匀速段，计算方法为输入的总攻丝深度减去所述步骤一求解的每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度之和，得到的差值除以所述曲线匀速段的速度即得所述曲线匀速段的持续时间；由此可得所述数控系统攻丝过程每段加速段和减速段的攻丝加速度、持续时间、匀速段的攻丝深度和持续时间；步骤五，所述数控系统运行时，从所述若干加速段的第一加速段开始加速并攻丝，直至速度达到所述指令速度；然后所述数控系统以所述指令速度进行匀速攻丝；步骤六，所述计算模块判断所述指令速度处于所述若干加速段中的某一加速段，并根据所述分段逼近转矩曲线对该加速段持续的时间和攻丝深度进行计算；同时累加该加速段的攻丝深度以及处于该加速段之前的所有加速段的攻丝深度（步骤一中已经计算出来了）；所述计算模块判断所述指令速度处于所述若干减速段中的某一减速段，并对该减速段持续的时间和攻丝深度进行计算；同时累加该减速段的攻丝深度以及处于该减速段之后的所有减速段的攻丝深度（步骤一中已经计算出来了）；步骤七，计算所述数控系统以所述指令速度进行匀速攻丝的攻丝深度和持续时间，计算方法如下：以所述指令速度进行匀速攻丝的攻丝深度的攻丝深度为所述输入的总攻丝深度减去所述步骤六中两个累加的攻丝深度；持续时间为该攻丝深度除以所述指令速度；由此可得所述数控系统攻丝过程每段加速段和减速段的攻丝加速度、持续时间、匀速段的攻丝深度和持续时间；步骤八，记第一加速段的攻丝深度和倒数第一减速段的攻丝深度等两段攻丝深度之和为S1，第一、二加速段的攻丝深度和倒数第一、二段减速段的攻丝深度等四段攻丝深度之和为S2，……，第一、二、……、N段加速度的攻丝深度和倒数第一、二、……、N段减速段的攻丝深度等2N段攻丝深度之和为SN；若所述SM-1<S<SM（M<=N），则所述计算模块计算所述数控系统根据所述分段逼近转矩曲线进行加工的最大速度VM，计算方法如下：计算在所述分段逼近转矩曲线中不完整的加速段和加速段的攻丝深度之和S和=S-SM-1；在所述分段逼近转矩曲线中，第M段加速段和倒数第M段减速段的加速度值为相反数，由此，S和/2即为第M段加速段的攻丝深度，根据所述分段逼近转矩曲线中第M段的起始速度VM起和第M段的加速度aM以及上述的攻丝深度S和/2，即可得到所述数控系统根据所述分段逼近转矩曲线进行加工的最大速度VM所述，即VM=（2*aM*S和/2-VM起2）1/2；计算模块对输入的指令速度和所述VM进行比较计算：若所述指令速度大于等于所述VM，则取所述VM为实际最大速度，并转入到步骤九；若所述指令速度小于所述VM，则取所述指令速度为实际最大速度，并转入到步骤五；步骤九，计算所述数控系统攻丝时在所述第M加速段和倒数第M减速段持续的时间TM=（VM-VM起）aM；由此可得所述数控系统攻丝过程每段加速段和减速段的攻丝加速度、持续时间、匀速段的攻丝深度和持续时间。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例一提供的9段线性加减速算法速度分段图。图2为本专利技术实施例二提供的6段线性加减速算法速度分段图。图3为本专利技术实施例三提供的4段线性加减速算法速度分段图。图4为本专利技术实施例四提供的2段线性加减速算法速度分段图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部内容。实施例一本专利技术实施例一提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钻攻中心刚性攻丝加减速运动控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一，在数控系统中存储分段逼近转矩曲线，所述分段逼近转矩曲线包括若干加速段、曲线匀速段和若干减速段，以及每个加速段、曲线匀速段和每个减速段持续的时间；并求解出每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度和加速度；所述若干加速段中的最大速度、曲线匀速段的速度以及若干减速段中的最大速度相等；（转矩曲线确定了之后，各加速段、减速段以及匀速段的速度就定了，根据每段的持续时间，可计算出每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度）步骤二，所述数控系统包括计算模块，所述计算模块对输入的总攻丝深度S和所述步骤一求解的每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度进行计算：若所述总攻丝深度大于等于每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度之和，则转入步骤三；步骤三，所述计算模块对输入的指令速度和若干加速段中的速度进行比较计算：若所述指令速度大于等于所述曲线匀速段的速度，则取所述曲线匀速段的速度为实际最大速度，并转入到步骤四；步骤四，计算所述曲线匀速段的持续时间，该曲线匀速段即为实际匀速段，计算方法为输入的总攻丝深度减去所述步骤一求解的每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度之和，得到的差值除以所述曲线匀速段的速度即得所述曲线匀速段的持续时间；由此可得所述数控系统攻丝过程每段加速段和减速段的攻丝加速度、持续时间、匀速段的攻丝深度和持续时间。...

【技术特征摘要】
1.一种钻攻中心刚性攻丝加减速运动控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一，在数控系统中存储分段逼近转矩曲线，所述分段逼近转矩曲线包括若干加速段、曲线匀速段和若干减速段，以及每个加速段、曲线匀速段和每个减速段持续的时间；并求解出每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度和加速度；所述若干加速段中的最大速度、曲线匀速段的速度以及若干减速段中的最大速度相等；（转矩曲线确定了之后，各加速段、减速段以及匀速段的速度就定了，根据每段的持续时间，可计算出每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度）步骤二，所述数控系统包括计算模块，所述计算模块对输入的总攻丝深度S和所述步骤一求解的每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度进行计算：若所述总攻丝深度大于等于每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度之和，则转入步骤三；步骤三，所述计算模块对输入的指令速度和若干加速段中的速度进行比较计算：若所述指令速度大于等于所述曲线匀速段的速度，则取所述曲线匀速段的速度为实际最大速度，并转入到步骤四；步骤四，计算所述曲线匀速段的持续时间，该曲线匀速段即为实际匀速段，计算方法为输入的总攻丝深度减去所述步骤一求解的每个完整加速段和每个完整减速段的攻丝深度之和，得到的差值除以所述曲线匀速段的速度即得所述曲线匀速段的持续时间；由此可得所述数控系统攻丝过程每段加速段和减速段的攻丝加速度、持续时间、匀速段的攻丝深度和持续时间。2.根据权利要求1所述的一种钻攻中心刚性攻丝加减速运动控制方法，其特征在于，在所述步骤三中，若所述指令速度小于所述若干加速段中的最大速度，则取所述指令速度为实际最大速度，并转入到步骤五；步骤五，所述数控系统运行时，从所述若干加速段的第一加速段开始加速并攻丝，直至速度达到所述指令速度；然后所述数控系统以所述指令速度进行匀速攻丝；步骤六，所述计算模块判断所述指令速度处于所述若干加速段中的某一加速段，并根据所述分段逼近转矩曲线对该加速段持续的时间和攻丝深度进行计算；同时累加该加速段的攻丝深度以及处于该加速段之前的所有加速段的攻丝深度（步骤一中已经计算出来了）；所述计算模块判断所述指令速度处于所述若干减速段中的某一减速段，并对该减速段持续的时间和攻丝深度进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥发，卢俊，
申请(专利权)人：卢俊，
类型：发明
国别省市：广东,44