L'aspetto di macchine utensili CNC ad asse virtuale è considerato come la più rivoluzionaria svolta nella progettazione di macchine utensili in questo secolo.Se diamo pieno gioco ai vantaggi di questa nuova macchina utensile in struttura, è possibile aprire un nuovo modo per migliorare notevolmente le prestazioni della macchina utensile.
Through the analysis found that for general directly based on the principle of Stewart platform of virtual axis machine tool, the motion of rotating coordinates reasonable five coordinate nc machine tools is much smaller than regular (usually only 20 ~ 30 degrees, and five coordinate of machine tool can reach above 90 degrees), and with the increase of rotation Angle will dramatically reduce the size of the effective work of machine tools.Anche se la struttura composta può espandere la gamma Angle, ma la struttura è complessa, è difficile garantire un'elevata rigidità, pertanto, la macchina utensile comune asse virtuale non è adatta per l'elaborazione di parti di movimento multi-coordinate di grandi dimensioni.Tuttavia, da un altro punto di vista, nella produzione effettiva di parti complesse che richiedono l'elaborazione multi-coordinata è un numero piccolo, e la posizione dominante è ancora la lavorazione di parti convenzionali ordinarie.Pertanto, sarà più pratico studiare come sfruttare le caratteristiche strutturali delle macchine ad asse virtuale per giocare i suoi vantaggi nell'elaborazione ad alta velocità ed efficiente delle parti convenzionali.
L'idea di base del metodo di controllo triassiale imitato per la macchina macchina dell'asse virtuale è quello di controllare i sei gradi di movimento della libertà della macchina utensile asse virtuale imitando il metodo di controllo della macchina utensile CNC a tre coordinate esistente.In questo modo, non solo il sistema di programmazione automatica a tre coordinate maturo esistente può essere utilizzato direttamente per sei gradi di libertà della macchina utensile dell'asse virtuale, ma anche attraverso l'imitazione di tre controlli dell'asse può rendere l'unità mandrino solo portare sul movimento di traslazione, espandere notevolmente lo spazio di lavoro della macchina dell'utensile dell'asse virtuale, farla svolgere un ruolo maggiore.Inoltre, il controllo triaxiale imitato può ridurre efficacemente la complessità del sistema di controllo, in modo da ridurre significativamente il costo della macchina utensile, che favorisce l'applicazione di questa nuova macchina utensile in una vasta gamma.
2. Vantaggi della lavorazione convenzionale con utensile ad asse virtuale
Una struttura tipica di una macchina utensile albero virtuale, che può essere riassunta come una cosiddetta "struttura della piattaforma a sei barre".Il suo significato specifico è quello di fissare un'estremità dell'asta di guida a sei lunghezze variabile (abbreviazione di asta di guida) sulla piattaforma statica (come la fondazione o il telaio della macchina utensile), e l'altra estremità dell'asta di guida è collegata alla piattaforma in movimento, cioè con l'unità mandrino.In questo modo, la lunghezza dell'asta a sei unità può essere regolata in modo che il mandrino e la fresa possano effettuare il movimento di alimentazione richiesto rispetto al pezzo in lavorazione.Attraverso il sistema di controllo per alimentare il movimento per un controllo preciso, può essere elaborato per soddisfare i requisiti del pezzo.
In considerazione della macchina utensile asse virtuale ha la macchina convenzionale CNC vantaggi incomparabili, e questi vantaggi sono per ottenere alta velocità, lavorazione ad alta precisione è necessaria, quindi viene utilizzato come le parti convenzionali delle attrezzature di elaborazione efficiente, al fine di massimizzare i suoi vantaggi.
Il principio di base del controllo a tre assi
Dal momento che non esiste una guida che passa lungo la direzione fissa nella macchina dell'asse virtuale, l'asse di movimento dell'utensile X, Y e , richiesto dalla lavorazione numerica del controllo non esiste realmente. Pertanto, anche se solo per ottenere il movimento 3d dell'utensile (atteggiamento costante solo cambiamento di posizione), è necessario controllare la piattaforma in movimento con sei gradi di libertà.
Il metodo di controllo triassiale imitativo è un metodo di controllo per simulare le tradizionali macchine utensili CNC a tre coordinate in base alle caratteristiche della struttura della macchina utensile dell'asse virtuale.Il suo punto di partenza è: quando si utilizza la macchina utensile asse virtuale per elaborare le parti convenzionali, lo strumento installato nel mandrino deve solo fare un movimento di traduzione tridimensionale, il suo atteggiamento è un valore fisso.Così, anche se l'unità mandrino fissato alla piattaforma in movimento ha sei gradi di libertà di movimento, solo tre gradi di libertà di traduzione sono coinvolti nel calcolo in tempo reale.In questo documento, la posizione dell'utensile è rappresentata dalle coordinate Xm, Ym e sm del centro dell'utensile o del centro della faccia finale nel sistema di coordinate dell'utensile macchina e lo spostamento viene calcolato in tempo reale dall'algoritmo di interpolazione delle coordinate a tre.Allo stesso tempo, viene stabilito un sistema di coordinate della fresa con l'origine al centro della sfera fresa o della faccia finale e i suoi assi di coordinate Xt, Yt e s sono paralleli agli assi Xm, Ym e .m del sistema di coordinate dell'utensile macchina.L'Angolo di rotazione della cornice delle coordinate dell'utensile attorno agli assi Xm, Ym e .m viene utilizzato per rappresentare l'atteggiamento della piattaforma in movimento e impostarlo su un valore fisso.In questo modo, il movimento della piattaforma in movimento lungo le tre coordinate di Xm, Ym e zm viene calcolato e controllato in tempo reale, e la rotazione della piattaforma in movimento intorno agli assi di Xm, Ym e zm è controllata in tempo reale con valori fissi. Così, l'intero grado di libertà della piattaforma in movimento può essere controllato, e il controllo di collegamento a tre coordinate del movimento dell'utensile può essere realizzato.Poiché questo metodo non richiede il calcolo in tempo reale dell'atteggiamento della piattaforma in movimento, in questo modo, non solo può ridurre in modo efficace la quantità effettiva di calcolo, mapping e controllo del collegamento può includere anche sei gradi di libertà di controllo della macchina utensile asse virtuale nella categoria convenzionale di controllo macchina di controllo S, con l'aiuto di tre metodi di controllo delle coordinate maturi per controllare questo nuovo tipo di macchina utensile.
Dalla struttura della macchina utensile dell'asse virtuale, si può sapere che la quantità controllata direttamente controllabile nella macchina utensile è la lunghezza della canna a sei unità che supporta il componente mandrino Li (I - 1,2,..., 6), cioè il movimento effettivo del mandrino dell'utensile macchina (denominato "asse reale), quindi per rendere il grado di libertà di controllo del movimento della piattaforma in movimento, realizza così il controllo preciso della traiettoria del movimento dell'utensile, le istruzioni di movimento della piattaforma in movimento devono essere (istruzioni immaginarie dell'asse) conversione nello spazio dell'asse reale e attraverso lo spazio in uno spazio reale dell'asse di mappatura in senso eproprio per ottenere automaticamente.
Il processo operativo del sistema è il seguente: in primo luogo, la traiettoria di movimento dell'utensile viene generata in tempo reale in base alle informazioni di input fornite dal programma di controllo numerico della parte, cioè la velocità di movimento prevista dello strumento lungo le coordinate di Xm, Ym e s nello spazio dell'asse virtuale viene risolta;Quindi, il movimento previsto dell'asse virtuale viene convertito nel valore dell'istruzione di movimento dell'asta a sei unità mediante il calcolo della mappatura reale virtuale.Infine, la lunghezza di ogni asta di guida è disaccoppiata e controllata dal servo, in modo che la lunghezza effettiva sia coerente con la lunghezza desiderata, e la mappatura inversa da reale a virtuale viene realizzata in modo implicito attraverso la struttura della macchina utensile, in modo che la traiettoria dell'utensile conforme al comando possa essere ottenuta e l'atteggiamento dell'utensile possa essere garantito come il valore costante dato.
Generazione di percorsi utensile nello spazio dell'asse virtuale
Il compito della generazione del percorso utensile è quello di convertire il percorso dell'utensile dato dal programma di controllo numerico della parte (la curva geometrica nello spazio dell'asse virtuale che non ha nulla a che fare con le caratteristiche del tempo e dell'utensile macchina) nel percorso utensile discreto relativo alle caratteristiche del tempo e della macchina utensile (come le caratteristiche di accelerazione e decelerazione, ecc.).Il processo di soluzione è il seguente:The solution process is as follows:
L'istituzione di un modello matematico
Al fine di garantire l'accuratezza della generazione della traiettoria, nel controllo pseudo-triaxiale viene utilizzato l'algoritmo di interpolazione diretta parametrica.I punti chiave sono: per stabilire un modello matematico parametrico per la curva interpolata che è facile da calcolare:
X - f1 (u)
Y - f2 (u)
F3 (u) (1)
Nella formula, u -- parameter, u'[0,1] richiede che nessun calcolo della funzione sia coinvolto nel calcolo della traiettoria in tempo reale e solo poche volte di operazioni di addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione possano essere completate.
Per l'interpolazione circolare dell'arco, ad esempio, digitare (1) la forma specifica è: (2) il tipo di M - matrice costante, quando i punti di interpolazione si trovano in un quadrante a quattro, i suoi valori sono: r - raggio dell'arco in questo modo, la traiettoria, può essere in modo assoluto, vale a dire ogni calcolo delle coordinate del punto della traiettoria con l'origine delle coordinate per il modello di riferimento, che può eliminare l'errore accumulato , garantire in modo efficace la velocità e la precisione del calcolo dell'interpolazione.
Controllo dell'accelerazione e della decelerazione
Al fine di rendere la traiettoria dell'utensile generata soddisfare i requisiti delle caratteristiche di accelerazione e decelerazione della macchina utensile, la curva ottimale di accelerazione e decelerazione può essere determinata in base alle caratteristiche dinamiche della macchina utensile e memorizzata nel sistema di controllo.Nel processo di funzionamento del sistema, in primo luogo, diversi segmenti di programma vengono scansionati prima e dopo per analizzare la tendenza di variazione della velocità di avanzamento e determinare la velocità di avanzamento desiderata F.Quindi, viene letto il moltiplicatore di velocità di avanzamento K sul pannello delle operazioni e F viene modificato con esso. La velocità di avanzamento di destinazione Fnew, Fnew-K.F;Inoltre, Fnew viene confrontato con la velocità di avanzamento corrente Fold, e la velocità di avanzamento istantanea Fk(mm/min) del periodo di campionamento corrente viene calcolata in base alla curva caratteristica di accelerazione e decelerazione della macchina utensile.
Controllo della velocità e degli errori
Poiché l'interpolazione non è un calcolo geometrico statico, deve fare in modo che la distanza tra il punto di interpolazione corrente e il punto di interpolazione precedente soddisfi i requisiti di velocità di avanzamento, accelerazione e decelerazione e assicurarsi che l'errore tra il segmento della linea di interpolazione e la curva interpolata tra i due punti rientri nell'intervallo di tolleranza specificato.Pertanto, la lunghezza Dtk del segmento della linea di interpolazione deve essere controllata con la velocità di avanzamento istantanea come destinazione del controllo e l'errore consentito come condizione di vincolo.
Il metodo è il seguente:
In primo luogo, in base alla velocità di avanzamento istantanea Fk data dal calcolo di accelerazione e decelerazione, la seguente formula viene utilizzata per calcolare la lunghezza dell'accordo desiderata nel periodo di campionamento corrente (la lunghezza del segmento della linea di interpolazione senza vincolo) : Dt1 nella formula (3) - lunghezza dell'accordo desiderato, mm T -- campionamento, ms
E -- l'errore consentito tra la traiettoria di interpolazione e la traiettoria desiderata
R -- raggio di curvatura della traiettoria desiderata nel punto di interpolazione
Infine, il valore di Dtk viene determinato in base alle dimensioni relative di Dt1 e Dt2.In altre parole, se si prevede che la lunghezza della stringa Dt1 sia minore della lunghezza della stringa di vincolo Dt2, la lunghezza del segmento della linea di interpolazione corrente è impostata su Dtk, Dt1; in caso contrario, Dtk-Dt2.
Calcolo della traiettoria di interpolazione
Il compito del calcolo della traiettoria di interpolazione consiste nel calcolare il valore della coordinata del punto precedente della traiettoria di interpolazione in tempo reale in base alla lunghezza Dtk del segmento della linea di interpolazione ottenuta sopra in ogni periodo di campionamento.Il processo di calcolo è il seguente:
In primo luogo, in base alla seguente relazione tra l'incremento variabile Du e Dt, viene calcolato il Du del periodo di interpolazione corrente: nell'equazione (5), Du /ds -- il tasso di variazione della variabile sulla lunghezza dell'arco della curva
A causa dell'elevata frequenza di interpolazione, la lunghezza dell'arco è molto vicina alla lunghezza dell'accordo in un periodo di campionamento, quindi è possibile effettuare du/ds .Quindi, se si prende un incremento di voi, Du, e trovare il corrispondente Dt, allora è possibile ottenere il Du / ds che avete bisogno.
Anche se questa approssimazione ha un leggero effetto sulla velocità di avanzamento, non ha alcun effetto sulla precisione della traiettoria di interpolazione.Nell'interpolazione di campionamento, la precisione della traiettoria è la contraddizione principale, il calcolo delle coordinate del punto di interpolazione deve essere assolutamente accurato, mentre la precisione della velocità di movimento del punto di interpolazione lungo la traiettoria è in una posizione secondaria e possono essere consentiti errori minori.Questo risultato non solo garantisce la precisione della traiettoria, ma migliora anche la velocità di calcolo.
Quindi, calcolare il valore della variabile di parametro del periodo di campionamento corrente: UK -uk-1-Du (6). Infine, sostituire UK nell'equazione (1) per calcolare i valori delle coordinate xk, yk e zk del punto precedente della traiettoria di interpolazione.L'intera traiettoria di interpolazione discretizzata può essere ottenuta ripetendo il processo precedente fino al raggiungimento del punto finale di interpolazione.