高速加工数控系统续轮廓前瞻控制

    高速加工中超前路径加减速优化预处理就象在各种路面开汽车一样，路面好，前面没有急转弯你可以油门加大开快一些，如果前面有拐弯你得提前减小油门开慢一些。在高速加工中G代码就是路面，电机就是你的汽车，为了保证机床在高速运动条件下的精度和平稳性，系统必须看到将要执行的一系列空间待加工路径，并根据速度看得足够远。在多轴联动控制时可根据程序预处理缓冲区里G代码（高速加工系统提前处理程序段允许2500行）,由各轴的理论加减速与各轴实际允许加减速对比决定是否降低当前速度或提高到理论速度，也就是根据园弧曲率半径的大小，动态地调节进给速度，其工作原理是：首先为不同半径的园弧设定一个zui大允许进给速度，当数控系统发现待加工的某段园弧的zui大允许进给速度小于其编程速度时，它将自动把进给速度降低到该段园弧的zui大允许进给速度。如果数控系统发现待加工的路径比较平直，则立刻将进给速度提高到所允许的zui大理论允许进给速度，由机床数控系统在保证加工精度的条件下使机床尽可能在zui大理论速度下进行工作，它可以在每秒钟内2000～10000次的改变进给速度来达到上述目的。

    高速数控车床在复杂曲面的高速加工中，由于NC数据密集、数据段矢量距离短，只处理两段数据间的补前加减速会产生过大的减速度，仅采取冲击平滑处理将有较大的轮廓误差。高速加工时理论速度为V，在拐角处Pi的速度与机床动态加减速特性有关，即与机床主轴允许的加速度a，加减速允许变化率J=da/dt有关（即运动作用力变化率减小冲击）。要保证高的轮廓精度，必需根据速度V、各轴允许加速度a及加速度变化率j提前确立减速点Pk及Pi至Pk各段的加速度及速度保证各点的轮廓精度，而一般系统只提前计算Pi-1至Pi的加减速，在高速加工中误差较大。

一、预测合理加减速程序段

    在运动质量一定的条件下推力与加速度成正比即F=ma。对于直线电机驱动的机床所能达到的加速度amax与机床运动部件的质量和直线电机的推力有关，对于回转伺服驱动的机床与折算到电机轴的转动惯量和电机扭矩有关。数控系统在加减速预处理时必须考虑机床所能达到的zui大加速度，同时必须考虑机床平稳运行的加速度变化率，才能机床的保证动态精度。在数控系统中，多段NC代码连续轮廓的前瞻处理步骤如下：
(1)调试时确定各轴在保证跟踪精度的前提下其zui大加速度aimax及机床运行平稳的zui大加速度变化率jimax（j=da/dt）。
(2)由各轴的aimax及jimax确定大小圆弧zui大速度。
(3)由各轴的aimax及jimax确定微线段连续运行时各程序段间允许速度及加速度，并递推预测合理减速程序段（多段程序缓冲器要足够大，保证向前搜索范围满足要求）。

二、高速加工前瞻处理的一般要求

(1)由于多段预测计算复杂，插补和预处理二个CPU并列处理，保证数据连续性、实时性。
(2)插补时前馈控制减小加速度、摩擦变化等引起的误差。
(3)机床结构设计中工件不动，各轴惯量一定，使控制简化，参数*。
(4)合理采用新传动元件（如直线电机）增大各轴允许加速度及加速度变化率，可减小预测程序段数，提高运行效率。
(5)采用大容量NC代码储存器(40G以上)或高速传输方式（如速度大于10M的以太网，采用TCP/IP通讯协议）避免一般传输引起的数据饥饿现象。