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    多軸CNC機床耦合輪廓誤差補償方法

      多軸1.機床的,邊功能是按照控制計算機發出的指令。輪流或同時按兒個座標實現討刀具或工作臺1件運動的連續控制。從而加具有復雜輪廓型血的,件。因此,隊機床輪廓,制系統的控制標是盡可能準確地沿指定軌跡按指定速度移動。當指定軌跡在多維空間時,系統的各進給軸必須同時協調運動以獲得指定軌跡。顯,系統的輪廓精度取決!各軸的綜合運動精度,各軸所受的任何負載干擾或任何性能差別均可能造成輪廓誤差。在己有的研宄中,各種提高輪廓精度的誤差補償控制方法,可大致分為非耦合及耦合輪廓誤差補償兩大類。普通的多軸輪廓控制系統通過對各軸位置誤差的補償,來實現對輪廓誤差的補償。這是目前*常和通用的提高輪廓精度的方即非耦合輪廓誤差補償法。由于輪廓誤差站由輪部運動所涉及的各軸的位置誤差共同決定的。

      即是由各軸位置誤差耦合而成的,并且在實際的高精度型面加工中,*終的精度檢驗指標是輪廓精度,而不是各軸的位置精度,因此對多軸運動進行耦合控制以補償費合輪廓誤差,無疑具有其合理性和現實意義。

      對費合輪廓誤差補償已有不少研宄。1980年01拙首先提出了父叉銦合,10880叩161控制以減小輪廊誤差的姐想1.12心等人研,協調兩軸運動的不同控制方法2.由于多軸控制系統在銦合后成為個多變量非線性和時變的復雜控制系統,因此費合控制器的算法結構及實現成為研宄重點。

      81和3143設了。次線性*優費含控制器1.10腿和。1早則分別米。變增益和自適應控制算法43.鑒于模糊控制對多變量非線性和時變的動態系統控制的有效性,文獻6和7提出了模糊耦合輪廓控制器以提高多軸,機床的輪廓精度。己有的研究明,交叉費合控制較之常規的非尤合控制,更好的輪廓帖度1多軸CNC機床輪廓控制系統1.1非耦合輪廓控制多軸機床通常具有兩個或兩個以上的進給軌由各進給軸協調運動產生刀具或工作臺的輪廓運動軌跡;各進給軸。般山伺服驅動機械傳動和控制系統部分組成,其中,控制系統通常包括位置閉環和速度閉環,以提高進給軸的位置及速度控制精度。

      給出了個典型的輪廓系統的單軸組成框,指令信控盔放大器,測速計位移檢測裝置反饋及誤差信號單獨進行控制,各軸之間互不影響。

      通過控制各軸的位置及速度誤差,實現對輪廓精度的控制,這是目前*常的控制方式。

      個位置反饋環和個速度閉環組成。

      指定位置指令;戶實際位置或位置反饋信號;尤位置環增島心速度環增益電機扭矩常數;電機時間常數在位過環。位置誤指記位置與實,位置之差經增益炙產生速度指令送入速度環,由積分環節尤產生扭矩指令乃輸入伺服電機產生實際速度輸出或速度反饋,經階積分壞節得到位聊反饋尸。

      速度環傳遞函數5為令對兩軸輪廓系統所做的特性分析可知,當各軸特性匹配,即各參數,尤,尺,完全匹配協調時,廓形為直線的情況下輪廓誤差為零;廓形為圓弧時輪廓誤差*小且為常數與時間無關。

      在這和情況下鄺,各單獨軸具汀很高的控制精度,難以避免因各軸特性不匹配而產生的輪廓誤差。因此。研究付,變的輪廓誤差的補償控制技術圮十分必要的。

      1.2輪廓誤差的定義輪廊誤老,迎常定義為指定輪廓與實際加工輪之間的*短距離。對直線輪廓而言,輪廓誤差很容易確定。33所小,為汀總時刻,在指定輪廓上指定輪廓上*接近戶的位置矢量為相應于戶的單位速度矢,即尸上述各矢量均為時間的函數。

      在1軸及軸。的分,人小為輪廓誤差矢量,衣為對汗總線輪廊313,耍確定十分網他,為適應實時卟償控制的要求必須進行理的尚化,種常用的簡化方法是用易于計算的扣來代替心幻為在相應于的法矢看方向的投影,從而得到顯然,在輪廓曲線的曲率越小時,這種簡化誤差越小對直線輪廓。簡化誤差為,對兩軸輪廓系統而言,輪廓誤差的大小可為發揮作用。

      因此,在設計多軸輪廓控制系統時,首先應盡可能使各軸的特性匹配。但由于涉及到機械電氣和控制以及組合機床與自動化加工技術1.3耦合輪廓誤差補償由式7可,是由各軸位置誤差和母費合而成的。在輪廓加工中,要求的是輪廓精度而不是各軸的位置誤差,因此對輪廓誤差的補償更具有實際意義。減少扣無疑可直接有效地減少輪廓誤差,從而產生了針對的耦合輪廓控制的概敘。

      以兩軸耦合輪廓控制器為例,其般結構框廊控制器的輸入。經耦合變換利用公式4和7得到輪廓誤差,由耦合補償控制算法得到輪廓誤差的補償量,解耦利用公式8后提供給各軸控制系統作為擰制修1此由于在各軸的控制回路中,附加了針對輪廓誤差償控制作用互相影響和制約。

      2兩軸耦合輪廓控制器的設計由式6和式7可以看出耦合輪廓控制器是個多變量非線性和時變的控制系統。對這種系統的穩定性分析及優化參數的選擇是很困難的。由于耦合輪廓控制器的輸出附加在各軸的位置控制器的輸出上,入1此耦介輪控制器的輸出必須與各軸的位置控制器以戶比例型尤合輪廓控制器的設計為例,耦合輪廓控制器算法知其中為耦合控制器增益,為權系數,尤,和。分別為17軸控制器,此時,速度環的輸入為顯然,上述耦合輪廓控制器的設計問集中在權系數的選擇上。越大,對輪廓誤差越敏感補償作用越大。由仿真結果1可知,增大有助于減小輪廓誤差,但隨著的,大,系統可能出現不穩定。

      因此,應根據實際情況加以適當選擇。

      復雜的進給軸控制器,如變結構控制自適應控制以及變,益模糊控制等,則不能適應變增益的要求,需要加以改進。在己有的研宄中,采用變增益自適應控制*優控制。模糊控制以及智能控制耦合輪廓補償算法等均有研究報導仿真及實驗結果均肯定了這種試。

      3結束語己有的仿真研究及實驗結果17明,耦合輪廓誤差補償器具有以下特點①可有效提高輪廓精度,可明顯減少過切,尤其是減小刀具在輪廓形狀突變及拐角處的過沖,適當選擇補償器增益可實現零過切,無需增加任何硬件電路,不必改變各進給軸的控制系統,只需在控制軟件中增加個耦合輪廓誤差的計算及補償環節,實現方便,可行性好。因此,耦合輪廓誤差補償技術是種很有實用價值和應用潛力的誤差補償技術。

      對于多軸輪廓系統而言,控制目標有兩個,盡可能準確地沿指定軌跡運動,盡可能保持指定的運動速度。除了各軸的位置誤差必須加以精確控制外,對各軸的速度控制同樣十分重要,因為軸向速度的任何偏差都會引起輪部誤差閃此有必要改進各軸的控制系統,如加入前饋速度環,以改善系統的跟蹤響應性能,提高控制精度3.此外,在以往耦合輪廓誤差補償的研究中,只利用了輪廓誤差信息。實際上,任意點切線方向上的跟蹤誤差。從理論上講,對輪廓誤差的補償控制可保持刀具趨近指定輪廓,而對跟蹤誤差的補償控制可保持刀具按指定速度運動。如何在現有的尤合輪廓控制結構中,充分利用輪廓誤差和跟蹤誤差信息,進步改善輪廓系統控制精度,無疑是很有意義此外,已有的耦合輪廓誤差補償研宄多針對兩軸輪廓系統,對兩軸以上的輪廓系統而言,耦合輪廓誤差機忡能的提高和運算違度的大人加快,實時汁算問已+再成為阻礙,從而對兩軸以1輪廊系統的耦合輪廓誤差補償成為下步需要研宄探討的問。

      柔性制造系統仿真問的研究續完陳簫,1鐘江生2 1.華南理工大學制教研室,廣東廣州510641;2.邑大學機電工程系,廣東江門529020面向對象的建模與設計是種圍繞真實世界的概念來組織模型全新思考問的方式,其基本的構造是對象。付象將數據結構與行為都1并單的次體中。

      即血向對象指的是把系統看成是系列離故妁對象面向對象模型的特征是封裝繼承和多態22.

      面以付象方法以對象為基蚍利付象的繼承們息隱藏和模塊化的優點,進行系統分析與設計。用對象為所的概念實體建投,對1的狀態是1代實例的變化中捕捉的。個對象的行為用方法進行封裝。對象可以用消息通過公開接口與其它對象通訊。

      4.1.3維模型方法建立。維投咽可用光,3卟等實現。

      0PGL是j個開放的i維形軟f包,可JVisualCH緊密接口,在交互式維訓彡建模能力和編柯方面具們1比常的優越性它包栝兒1個形函數,開發者可以利用這些函數來建立維模型和維實時交互。

      在維軟件中項很重要的內容是對數據的組織和存取,對于那些非常復雜的形,如個非常精細的人體模型或個逼真的場景等,不可能依賴于單純利刖的例捉供的基木幾何體來構造,次性地在內存中使用基本的繪語句編寫顯然也不現實,因此必須考慮些合適的維數據存儲結構保存這些復雜的維模型。

      保存維形數據的方法多種多樣,有參數曲線法,0描述法等等,但*常用的保存維模型的方法是多邊形逼近法,即用許多小多邊形拼出模型的外觀,在文件中保存這些多邊形信息。這些文件的格式己有很多種,其中比較常的有31仙。08格傳輸維形的評肌格式等等,這些格式可以通過專的軟件,出階只山進1轉換,由于,10提供了*基本的由多邊形構造維模型的方法因此從以上的維形數據文件中讀取模甩數扼并在叫,繪制就非常界從了4.2仿真算法計算機仿真技術經過幾十年的發展,不論是在理論上還是在實踐上都己經取得了豐碩的成果,積累了大量的系統仿真模型和行之有效的仿真算法103.

      廠河3是類典型的離散事件動態系統,仿真算法的*主要方面是事件的產生及時間控制機制,般地有3種算法時間間隔法1相當于時間步長法15事件參考文獻167316917張秋菊,李宏。模糊推理耦合輪廓誤差補償方法的研宄。中國機械工程。1995621921收稿日期200108教授,博士。

      編輯張新龍

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