第7章-加减速控制原理

现代数控技术第5章连续轮廓控制第4章点位控制与点位/直线控制第3章控制信号的输入第2章数控系统控制信号的构成第1章数控系统概述第6章刀具补偿原理第8章数控系统的软硬件第7章加减速控制原理现代数控技术第7章加减速控制原理第7章加减速控制原理进给速度的控制方法7.1CNC装置的常见加减速控制方法7.27.2CNC装置的常见加减速控制方法数控设备的进给速度要求稳定有一定的调速范围启动快而不失步停止的位置准确不超程7.1进给速度的控制方法进给速度控制的必要性对进给速度进行控制，不仅直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。7.1进给速度的控制方法进给速度控制的必要性对进给速度进行控制，不仅直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度，而且与刀具和机床的寿命和生产效率密切相关。在进给过程中，还可能发生各种不能确定或没有意料到的情况，需要随时改变进给速度，因此还应有操作者可以手动调节进给速度的功能。数控系统能提供足够的速度范围和灵活的指定方法。在进给状态的变化，如启动、停止、轨迹转折、速度变化处保持平滑过渡，防止产生冲击、失步、超程或振荡等，保证运动平稳和准确定位，必须按一定规律完成升速和降速的过程。7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法（进给速度控制方法和所采用的插补算法有关）基准脉冲法进给速度控制和加减速度控制基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环数控系统中。数据采样法进给速度控制和加减速控制数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中。7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法基准脉冲法进给速度控制基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。fF60＝60Ff—脉冲当量(mm/脉冲)；f—脉冲源频率(Hz)；F—进给速度(mm/min)。7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法基准脉冲法进给速度控制基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。•程序计时法（软件延时法）•时钟中断法7.1进给速度的控制方法程序计时法（软件延时法）根据要求的进给速度F，求出与之对应的脉冲频率f：计算出两个进给脉冲的时间间隔（插补周期）T：在控制软件中，只要控制两个脉冲的间隔时间T，就可以方便地实现速度控制。插补周期T通常由插补运算时间tch和程序计时时间tj两部分组成。60FffT1jchttT＋＝7.1进给速度的控制方法程序计时法（软件延时法）举例：已知系统脉冲当量＝0.01mm/脉冲，进给速度F＝300mm/min，插补运算时间tch＝0.1ms，延时子程序延时时间为ty＝0.1ms，求延时子程序循环次数。解：脉冲源频率：插补周期：程序计时时间：tj＝T－tch＝1.9(ms)循环次数：n=tj/ty＝19)1(500601.06030060sFf)(2)(002.01mssfT7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法基准脉冲法进给速度控制和加减速度控制基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。•程序计时法（软件延时法）程序计时法比较简单，但占用CPU时间较长，适合于较简单的控制过程。•时钟中断法7.1进给速度的控制方法时钟中断法用中断的方法，每隔规定的时间（插补周期）向CPU发出中断请求，在中断服务程序中进行一次插补运算，并发出一个进给脉冲。因此改变中断请求信号的频率，就等于改变了进给速度。中断请求信号可通过F指令控制的脉冲信号源产生，也可通过可编程计数器／定时器产生。7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法基准脉冲法进给速度控制基准脉冲插补多用于以步进电机作为执行元件的开环数控系统中，各坐标的进给速度是通过控制向步进电机发出脉冲的频率来实现的，所以进给速度处理就是根据编程的进给速度值来确定脉冲源频率的过程。•程序计时法（软件延时法）程序计时法比较简单，但占用CPU时间较长，适合于较简单的控制过程。•时钟中断法精密、实时、并行，适合于较复杂的控制过程。7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法基准脉冲法进给速度的加减速控制•步进电机的启动频率比其最高运行频率低得多，为了减少定位时间，通过加速使电机逐渐接近最高速度运行。•随着目标位置的接近，为使电机平稳停止，需使频率降下来。•步进电机开环控制系统过程中，运行速度都需要有一个加速-恒速-减速-低恒速-停止的过程。fTFf160速度A时间或距离BCx加速减速恒速低速O频率7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法数据采样法进给速度控制•数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中。•数据采样插补是根据用户程序的进给速度F，将给定轮廓曲线分割为每一插补周期的进给段，即轮廓步长△L：式中，F—程编给出的合成进给速度（mm/min）；T—插补周期（ms）；ΔL—每个插补周期小直线段的长度（µm）。FTL6017.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法数据采样法进给速度控制•数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中。•数据采样插补是根据用户程序的进给速度F（mm/min），将给定轮廓曲线分割为每一插补周期T（ms）的进给段，即轮廓步长△L（µm）：•根据△L计算出下一个周期各个坐标的进给量，如△x、△y等，从而得出下一插补点的指令位置。FTL601Pi+1PiZXYΔZΔXΔYαβγPeP0FT7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法数据采样法进给速度控制•数据采样插补方式多用于以直流电机或交流电机作为执行元件的闭环和半闭环数控系统中。•数据采样插补是根据用户程序的进给速度F（mm/min），将给定轮廓曲线分割为每一插补周期T（ms）的进给段，即轮廓步长△L（µm）：•根据△L计算出下一个周期各个坐标的进给量，如△x、△y等，从而得出下一插补点的指令位置。FTL601Pi+1PiZXYΔZΔXΔYαβγPeP0FT稳定状态下的进给速度处理关系7.1进给速度的控制方法进给速度的控制方法数据采样法进给速度的加减速控制•当设备起动、停止或加工过程中改变进给速度时，系统应自动进行加减速处理。•在CNC系统中，加减速控制多采用软件实现。软件实现的加减速控制可以放在插补前，也可放到插补后。–前加减速控制：插补前进行插补前沿轨迹方向对速度进行加减速控制。–后加减速控制：插补后进行插补后根据各轴到终点的坐标方向上的差值，对速度进行加减速控制。7.1进给速度的控制方法前加减速控制—基本概念原理：插补前沿轨迹方向对速度进行加减速控制。根据速度确定一个插补周期T的轮廓步长△L特点：•优点：仅对合成速度F进行控制，不会造成额外的轨迹误差；不影响插实际插补输出的精度•缺点：需要较复杂的沿弧长方向的路径计算；要根据实际刀具位置与程序段终点之间的距离预测减速点，预测工作的计算量较大。FTL6017.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—基本概念稳定速度和瞬时速度•稳定速度：指系统处于进给状态时，一个插补周期的进给量。ƒs－稳定速度，表示单位插补周期内的进给的长度，mmT－插补周期，msF－命令速度，mm/minK－速度系数，包括快速倍率、切削进给倍率等100060TKFfs7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—基本概念稳定速度和瞬时速度•稳定速度：指系统处于进给状态时，一个插补周期的进给量。•稳定速度计算后，进行速度的极限检验，如果稳定速度超过由系统参数设定的极限速度，则取设定的极限速度为稳定速度。对于圆弧插补，一个插补周期运动的直线段以弦线逼近圆弧，带来轨迹误差。rTFrrer8)(8)2cos1(22100060TKFfs插补周期一般一定（System-7系统T=8ms）。为保证不超差，一定的圆弧半径，与之对应的最大进给速度限定。7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—基本概念稳定速度和瞬时速度•稳定速度：指系统处于进给状态时，一个插补周期的进给量。ƒs－稳定速度，表示单位插补周期内的进给的长度，mmT－插补周期，msF－命令速度，mm/minK－速度系数，包括快速倍率、切削进给倍率等•瞬时速度(ƒi)：系统在每个插补周期的进给量。–稳定状态时：ƒi=ƒs–加速时：ƒiƒs–减速时：ƒi＞ƒs100060TKFfs7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—线性加减速处理启动时，速度按一定斜率直线上升；停止时，速度按一定斜率直线下降；加减速速率作为机床的参数预先设置好。＝1.67×10-2F/t式中：F—进给速度（mm/min）；t—加速时间（ms）；—加速度（m/(ms)2）。系统每插补一次都要进行稳定速度、瞬时加速和加速/减速处理。v(t)vcOABCt7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—线性加减速处理加速处理当计算出的稳定速度f’s大于原来的稳定速度fs时，则要加速，瞬时速度为：fi+1=fi+T新的瞬时速度fi+1参加插补计算，即计算△L，然后对各坐标轴进行分配。入口出口加速结束否ƒ’sƒsƒi+1=ƒi+T置加速状态标志清加速状态标志NYYN图7-4线性加速处理原理框图7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—线性加减速处理减速处理减速时的瞬时速度为：fi+1=fi-T新的瞬时速度fi+1参加插补计算，对各坐标轴进行分配。减速区域S：△S：提前减速量，预先设置参数入口出口减速状态否Si≤S?fi+1=ƒi-T置减速状态标志NYYN离终点瞬时距离Si计算减速区域SSSF22＝图7-5线性减速处理原理框图7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—线性加减速处理减速处理在每次插补运算结束后，系统都要根据求出的各轴的插补进给量，来计算刀具中心离开本程序段终点的距离，进行终点判别，并需检查是否已达到减速区域并开始减速。•直线插补的Si计算cosXXSiei1yxE(xe,ye)A(xi,yi)7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—线性加减速处理减速处理•圆弧插补的Si计算圆弧插补时Si的计算分圆弧所对应圆心角小于和大于两种情况。A(xi,yi)MP(x,y)αa)圆心角小于yxyACDOαBb)圆心角大于x7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—线性加减速处理减速处理•圆弧插补的Si计算—圆弧所对应圆心角小于瞬时点A离圆弧终点P的直线距离越来越小：A(xi,yi)MP(x,y)αa)圆心角小于yxixxAM－＝iyyMPcosyycosMPAPSii117.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—线性加减速处理减速处理•圆弧插补的Si计算—圆弧所对应圆心角大于yACDOαBb)圆心角大于x瞬时点离圆弧终点距离Si的变化：A点-C点时，Si越来越大；过点C后，Si越来越小。终点判别处理：Si若变大，不进行终点判别处理；Si变小，进行终点判别处理。A点为圆弧起点，C点为离终点的弧长所对应的圆心角等于时的分界点。7.2CNC装置的常见加减速控制方法前加减速控制—线性加减速处理减速处理图7-8终点判别处理原理图7.1进给速度的控制方法前加减速控制原理：插补前沿轨迹方向对速度进行加减速控制。根据速度确定一个插补周期T的轮廓步长△L特点：•优点：仅对合成速度F进行控制，