数控机床的柔性加减速控制

　　数控加工正朝着高速高效方向发展。在高速加工中，一方面由于进给速度很快，为充分利用机床的有效工作行程(一般只有数百毫米)，必须要求各坐标运动部件能在极短的时间内达到给定的速度并能在高速行程中瞬间停准。另一方面，由于高速加工的切削时间缩短，换刀间隔缩短，机床运动启停频繁，因此，缩短运动部件启停的过渡过程时间，也将具有重要意义。上述两方面要求归结到一点，就是要求机床运动具有极短的加减速过渡过程。然而，如果仅从时间上去考虑缩短过渡过程，而不对机床的加减速动态过程进行合理的控制，必将给机床结构带来很大冲击，轻者将使其难以正常工作，重者将损伤机床零部件。因此，如何保证在机床运动平稳的前提下，实现以过渡过程时间最短为目标的最优加减速控制规律，使机床具有满足高速加工要求的优良加减速特性，已成为现代数控系统研究开发中亟待解决的关键问题之一。

　　为解决此问题，一方面要求数控系统能因机而异、因时而异来动态确定加、减速控制规律(即动态选择或生成与具体情况相适应的加减速曲线)。另一方面，需在控制系统中采用特殊方法来实现这种动态规律(多变的加、减速曲线)。显然，传统数控系统采用的固定加减速控制方法是无法实现这一要求的。为此，本文根据开放式结构控制的思想，提出一种可根据任意曲线对数控机床的运动进行自动加减速控制的方法。这种方法将自动加减速控制由传统的固定模式推向新的柔性模式，为有效提高数控机床的动态性能探索出一条新的途径。

　　1、柔性加减速控制的基本思想

　　传统数控系统中，一般由系统程序直接实现特定的(如直线、指数曲线等)自动加减速控制功能。在这一方式下，要对系统的加减速特性作大的改变或增加新的加减速控制规律必须修改数控系统程序，因而普通用户无法按自己的意愿使数控机床具有最佳的加减速性能。与此相反，本文提出的柔性加减速控制方法则采用数据库的原理，将加减速控制分为加减速描述与实施两部分，并将加减速描述与系统程序相分离。这样，若要改变系统的加减速控制规律只需独立地修改加减速描述数据，而不需要修改数控系统程序，从而为用户提供一种可按自己的实际情况方便地改变系统的加减速性能的新方法。在这一新的控制方式下，数控系统的自动加减速控制功能将具有高度柔性并对用户完全开放。

　　为做到加减速的计算和控制过程与加减速曲线形状无关，本文以实时数据库的形式来独立存储加减速曲线。即将给定的加、减速曲线或自动生成的加、减速曲线进行数字化处理，得到其离散形式，并将其以数表形式动态存放于数控系统内的加、减速曲线库中。在数控系统软件中，则设计一条通用的与加减速数据库内容(曲线形状)无关的控制通道，由其独立完成加减速计算和轨迹控制。该方法的实现原理如图1所示。