摘要：作為一門綜合技術(shù)，數(shù)控加工技術(shù)涉及到了機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)、信號(hào)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等多門學(xué)科技術(shù)。而運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是高速數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，其將對(duì)系統(tǒng)加工速度和精度起到至關(guān)重要的影響?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)加減速控制技術(shù)、插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)和誤差補(bǔ)償技術(shù)這三種高速數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)展開了研究，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：高速數(shù)控系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制 技術(shù)研究

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0216-01

隨著各行各業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)數(shù)控加工的速度和精度也提出了更高的要求。在這種發(fā)展形勢下，高速數(shù)控加工技術(shù)成為了主流的數(shù)控加工技術(shù)，其加工速度和精度能夠在一定程度上滿足其他行業(yè)對(duì)零件加工速度和精度的要求。而運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是高速數(shù)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，因此有必要對(duì)該技術(shù)展開研究，以便更好的利用該技術(shù)促進(jìn)數(shù)控行業(yè)的發(fā)展。

1 高速數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制分析

在高速數(shù)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的目的不僅是提升數(shù)控加工的進(jìn)給速度，同時(shí)也需要為加工軌跡精度提供保證。就目前來看，可以利用加減速控制技術(shù)、插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)和誤差補(bǔ)償技術(shù)等多種技術(shù)提高高速加工進(jìn)給速度和精度。而將軟硬件結(jié)合起來，則能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的不同運(yùn)動(dòng)控制功能。從運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成上來看，該系統(tǒng)將由PC機(jī)和相應(yīng)接口的運(yùn)動(dòng)控制模塊構(gòu)成。利用軟件，則可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的加減速調(diào)節(jié)、插補(bǔ)運(yùn)算和誤差補(bǔ)償?shù)惹岸斯芾砣蝿?wù)。

2 高速數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)分析

2.1 加減速控制技術(shù)

在數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)的過程中，啟動(dòng)或加速時(shí)出現(xiàn)失步或停止現(xiàn)象，減速時(shí)出現(xiàn)超程現(xiàn)象，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的速度和精度受到影響。所以，想要實(shí)現(xiàn)過度過程時(shí)間最短，還要根據(jù)機(jī)床的加減速控制規(guī)律進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制，以便在確保機(jī)床運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的基礎(chǔ)上，使機(jī)床擁有滿足高速高精度加工要求的加減速特性。就目前來看，高速數(shù)控系統(tǒng)常用加減速控制方案有兩種，即前加減速控制和后加減速控制。使用前一種控制方法，需要在插補(bǔ)之前和插補(bǔ)預(yù)處理之后進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制，控制對(duì)象為指令進(jìn)給速度。使用后一種方法，控制算法相對(duì)簡單，無需進(jìn)行減速點(diǎn)的計(jì)算。但是，使用該方法如果遭遇每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的伺服增益不同的情況，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)較大軌跡輪廓誤差，繼而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度受到影響。

為提升高速數(shù)控系統(tǒng)加工精度，目前普遍使用柔性加減速法進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制。其中，S曲線加減速控制法是一種通過加速度和加加速度物理量設(shè)定實(shí)現(xiàn)柔性加減速控制的方法，可以在不同工況條件下進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制。在機(jī)床加減速的過程中，使用該方法會(huì)將加速度導(dǎo)數(shù)設(shè)定為常數(shù)，然后通過限制機(jī)床加加速度減小機(jī)床沖擊和振動(dòng)[1]。通常情況下，S曲線加減速過程將由系統(tǒng)設(shè)定的最大加速度、起點(diǎn)速度、終點(diǎn)速度、加工路徑長短和最大加速度等參數(shù)決定。利用該技術(shù)，可以使機(jī)床在加減速階段的加速度呈現(xiàn)出分段連續(xù)線性變化狀態(tài)，因此能夠減小機(jī)床速度變化對(duì)機(jī)床的沖擊。

2.2 插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)

在數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)的過程中，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的最小移動(dòng)量為脈沖當(dāng)量，所以其運(yùn)動(dòng)軌跡并非使光滑曲線，而是一種逼近代加工曲線軌跡的折線。機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)軌跡生成過程，就被稱之為插補(bǔ)。所以，合理進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算技術(shù)的應(yīng)用，才能夠使機(jī)床按照給定加工軌跡運(yùn)動(dòng)。在高速數(shù)控系統(tǒng)中，參數(shù)曲線插補(bǔ)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。使用該技術(shù)，需要將插補(bǔ)過程中的參數(shù)間隔設(shè)為常數(shù)，并且使用前向差分算法進(jìn)行坐標(biāo)軸增量計(jì)算。通過控制參數(shù)間隔，則能夠提升插補(bǔ)的精度。但是，在參數(shù)域空間出現(xiàn)等間隔問題時(shí)，則容易出現(xiàn)相鄰插補(bǔ)距離不等問題。為避免該問題給進(jìn)給速度造成波動(dòng)，還要使用基于參數(shù)空間的Taylor展開法進(jìn)行插補(bǔ)。而為了對(duì)Taylor展開中的高階截?cái)嗾`差進(jìn)行控制，還要使用自適應(yīng)曲線插補(bǔ)的補(bǔ)償算法，以便使進(jìn)給速度穩(wěn)定性得到提升。在五軸數(shù)控加工控制方面，參數(shù)曲線插補(bǔ)技術(shù)得到了擴(kuò)展應(yīng)用。使用該技術(shù)，不僅能夠提升插補(bǔ)精度，還能夠改善五軸插補(bǔ)的速度平穩(wěn)性。同時(shí)，由于使用該技術(shù)可以將逆機(jī)床運(yùn)動(dòng)在機(jī)床控制器中實(shí)現(xiàn)，所以能夠使零件加工編程得到簡化[2]。因此，通過使用參數(shù)曲線插補(bǔ)技術(shù)，不同結(jié)構(gòu)的五軸數(shù)控機(jī)床加工只需要進(jìn)行逆機(jī)床運(yùn)動(dòng)變換程序模塊的更換，就能夠?qū)Σ煌Y(jié)構(gòu)形式的零件進(jìn)行加工。

2.3 誤差補(bǔ)償技術(shù)

在數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)的過程中，復(fù)雜型面加工的機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡較為復(fù)雜，所以容易導(dǎo)致加工輪廓產(chǎn)生誤差。而使用誤差補(bǔ)償技術(shù)，則能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡的優(yōu)化控制，所以能夠提高機(jī)床加工的輪廓精度。具體來講，就是利用單軸跟隨誤差控制和多軸交叉耦合控制對(duì)刀具實(shí)際位置距離指定軌跡在軌跡法線上的偏差進(jìn)行補(bǔ)償。使用單軸跟隨誤差控制技術(shù)，能夠在系統(tǒng)各種運(yùn)動(dòng)控制器中進(jìn)行干擾觀測器的建立，所以能夠使系統(tǒng)干擾抑制能力和魯棒性得到提升，從而使獨(dú)立軸的動(dòng)態(tài)位置控制性能得到改善。而數(shù)控加工輪廓是由各坐標(biāo)軸合成運(yùn)行形成的，所以還要對(duì)各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行綜合考慮[3]。使用多軸交叉耦合控制技術(shù)，則能夠?qū)Ω鱾€(gè)軸輪廓誤差大小進(jìn)行估算，然后在不改變各個(gè)軸位置控制環(huán)基礎(chǔ)上，利用單軸跟蹤誤差對(duì)各個(gè)軸輪廓誤差進(jìn)行補(bǔ)償。而通過實(shí)現(xiàn)各個(gè)軸輪廓誤差的協(xié)調(diào)控制補(bǔ)償，則能夠使加工輪廓精度得到進(jìn)一步改善。

3 結(jié)語

總而言之，隨著數(shù)控加工行業(yè)的發(fā)展，高速數(shù)控系統(tǒng)將得到更加廣泛的應(yīng)用。而研究高速數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，則能夠有效提升數(shù)控加工速度和精度，所以能夠?yàn)楦咚俑呔葦?shù)控加工的實(shí)現(xiàn)打下良好的基礎(chǔ)。因此，相信本文對(duì)高速數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)展開的研究，可以為相關(guān)工作的開展提供指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)

[1]游有鵬，張禮兵，何均.高速高精度數(shù)控系統(tǒng)若干控制技術(shù)的原理分析和應(yīng)用進(jìn)展[J].航空制造技術(shù)，2010，（11）：60-63.

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收稿日期：2016-05-25

作者簡介：崔靜（1980—），女，陜西西安人，副教授，碩士，研究方向：數(shù)控技術(shù)。