1、第四章 插补、刀补与速度控制第一节 插补原理与程序设计 第二节 刀具补偿 第三节 进给速度和加减速控制,机械工程学院 School of Mechanical Engineering,Xian Jiaotong University,数控技术,第三节 进给速度及加减速控制一、概述二、开环CNC系统进给速度及加减速控制 三、闭环（或半闭环）进给速度及加减速控制,一、概述任何一个数控机床，都要求能够对进给速度进行控制为什么要控制进给速度 直接影响到加工零件的表面粗糙度和精度对于不同材料的零件，需根据切削速度、切削深度、表面粗糙度和精度的要求，选择合适的进给速度。 间接影响刀具和机床的寿命和生产效率
2、。要求 足够的速度范围和灵活的指定方法在进给过程中，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，还应有操作者可以手动调节进给速度的功能。 启动快而不失步，停止位置准确而不超程 必须按一定规律完成升速和降速的过程在加工过程中，由于进给状态的变化，如起动、升速、降速和 停止，为了防止产生冲击、失步、超程或振荡等，保证运动平稳。,第三节 进给速度及加减速控制,二、开环CNC系统进给速度及加减速控制进给速度控制方法和所采用的插补算法有关。在开环CNC系统中，多用脉冲增量插补算法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 1.进给速度控制根据程编的进给速度值来确定脉冲
3、源频率。进给速度F与脉冲源频率f之间关系为,式中 为脉冲当量(mm/脉冲)； f脉冲源频率(Hz)； F进给速度(mm/min)。 脉冲源频率为,第三节 进给速度及加减速控制,第三节 进给速度及加减速控制,（1）程序计时法 利用调用延时子程序的方法来实现速度控制。根据要求的进给速度F，求出与之对应的脉冲频率f，再计算出两个进给脉冲的时间间隔在控制软件中，只要控制两个脉冲的间隔时间，就可以方便地实现速度控制。这一间隔时间，通常由插补运算时间tch和程序计时时间tj两部分组成一般插补运算时间是固定的，只要改变程序计时时间就可控制进给速度的快慢。程序计时时间可用空运转循环来实现。,例4-5 已知系统
4、脉冲当量0.01mm/脉冲，进给速度F300mm/min，插补运算时间tch0.1ms，延时子程序延时时间为ty0.1ms，求延时子程序循环次数。脉冲源频率 插补周期 程序计时时间 tjTtch1.9(ms) 循环次数 n=tj/ty19 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。,第三节 进给速度及加减速控制,（2）时钟中断法采用一变频振荡器，根据编程速度F，经译码控制变频振荡器，发出一定频率的脉冲作为中断请求信号，在中断服务程序中完成插补与输出。采用可编程定时器、计数器代替变频振荡器。此法增加硬件成本，应用少。,第三节 进给速度及加减速控制,2. 加减速控制目的：为
5、了是电机正常启动、运行和停止。步进电机开环控制系统中，运行速度都需要有一个 加速-恒速-减速-低恒速-停止的过程。方法：改变输入脉冲的时间间隔，加速时是脉冲串逐渐加密，减速时使脉冲串逐渐稀疏。,第三节 进给速度及加减速控制,三、闭环（或半闭环）进给速度及加减速控制 1. 速度控制一般采用数据采样插补方式速度控制的任务是确定一个插补周期的轮廓步长，即一个插补周期T内的位移量。式中 F程编给出的合成进给速度（mm/min）；T插补周期（ms）；L每个插补周期内直线段的长度（m）。以上是稳定状态下的进给速度处理关系。当机床起动、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。,第三节 进给
6、速度及加减速控制,2. 加减速控制 自动加减速处理常用指数加减速或直线加减速规律进行。加减速控制一般采用软件来实现。,第三节 进给速度及加减速控制,2. 加减速控制闭环（或半闭环）加减速控制有较大灵活性，可放在插补前，也可放在插补后。前加减速控制：放在插补前进行，仅对合成速度F控制，不影响插补输出的位置精度，但要预测减速点，计算量大。后加减速控制：放在插补后进行，对各运动轴分别进行加减速控制，不需预测减速点，但各轴的合成位置可能不准确。,第三节 进给速度及加减速控制,（1）前加减速控制稳定速度和瞬时速度 稳定速度：系统处于稳定进给状态时，每插补一次（一个插补周期）的进给量。 稳定速度的计算公式
7、：式中 Vw稳定速度（mm/插补周期）;T插补周期（ms）；F程编指令速度（mm/min）；K速度系数，调节范围在0200%之间，它包括快速倍率，切削进给倍率等。 瞬时速度：系统在每一瞬时，每个插补周期的进给量。当系统处于稳定进给状态时，ViVw；当系统处于加速状态时，ViVw。,第三节 进给速度及加减速控制,线性加减速处理以直线加减速说明其计算方法。线性加减速的加速度计算公式式中 F进给速度（mm/min）；t加速时间（ms）；加速度（mm/(ms)2）。,第三节 进给速度及加减速控制,加速处理 系统每插补一次都要进行稳定速度、瞬时速度和加速处理。当上一个插补周期瞬时进给速度Vi小于当前稳定
8、速度Vw时，则要加速，每加速一次，瞬时速度为新的瞬时速度Vi+1参加插补计算， 对各坐标轴进行分配。,加速处理的原理框图,第三节 进给速度及加减速控制,减速处理 系统每进行一次插补计算，都要进行终点判别，计算出离开终点的瞬时距离Si。若本程序段要减速，且SiS，开始减速处理。每减速一次，瞬时速度为当上一个插补周期瞬时进给速度Vi大于当前稳定速度Vw时，则要减速。减速时，首先计算出减速区域长度S，当稳定速度Vw和设定的加速度确定后，S可由下式求得新的瞬时速度Vi+1参加插补运算，对各坐标轴进行分配。一直减速到新的稳定速度或减到零。若要提前一段距离开始减速，将提前量S作为参数预先设置好，由下式计算
9、,减速处理的原理框图,第三节 进给速度及加减速控制,终点判别处理 在每次插补结束后，系统都要根据求出的各轴的插补进给量，来计算刀具中心离本程序段终点的距离Si，然后进行终点判别。 直线插补时Si的计算应用公式计算其各坐标分量值，取其长轴（如X轴）， 则瞬时点A离终点E距离Si为式中 X轴（长轴） 与直线的夹角,第三节 进给速度及加减速控制,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。 小于时，瞬时点离圆弧终点的直线距离越来越小。A（Xi，Yi）为顺圆插补上某一瞬时点，B（Xb，Yb）为圆弧的终点AP为A点在X方向上离终点的距离PB为A在Y方向离终点的距离则A点离终点的距离AB=
10、Si,第三节 进给速度及加减速控制,大于时，设A点为圆弧AB的起点，C点为离终点的弧长所对应的圆心角等于时的分界点，D点为插补到离终点的弧长所对应的圆心角小于的某一瞬时点。,第三节 进给速度及加减速控制,瞬时点离圆弧终点的距离Si的变化规律是:当从圆弧起点A开始，插补到C点时，Si越来越大，直到Si等于直径；当插补越过分界点C后，Si越来越小，与小于时的情况相同。因此，计算Si时首先判别Si的变化趋势。Si若变大，则不进行终点判别处理，直到越过分界点；若Si变小，再进行终点判别处理。,（2）后加减速控制1. 直线加减速控制算法 速度阶跃因子KL加速过程：当输入速度Vc大于输出速度Vi1 ， Vc- Vi1 KL时，将使输出速度增加KL速度上升的斜率为加速过渡过程：当0 Vc Vi1KL时，匀速过程：减速过渡过程：当0 Vc V i1 KL时，减速过程：当输入速度Vc小于输出速度V i1 ，且二者之差大于 KL时，将使输出速度减小KL速度下降的斜率为,第三节 进给速度及加减速控制,Vc,加速时式中 时间常数；Vc稳定速度。匀速时减速时,2. 指数加减速控制算法在将起动或停止时的速度突变成随时间按指数规律上升或下降。,第三节 进给速度及加减速控制,
