La apariencia de la máquina herramienta CNC de eje virtual se considera como el avance en el diseño de la máquina herramienta más revolucionario en este siglo.Si damos pleno juego a las ventajas de esta nueva máquina herramienta en estructura, es posible abrir una nueva forma de mejorar en gran medida el rendimiento de la máquina herramienta.
A través del análisis encontró que para general directamente basado en el principio de la plataforma Stewart de la máquina herramienta de eje virtual, el movimiento de las coordenadas giratorias razonables cinco coordenadas máquinas herramienta nc es mucho menor que regular (generalmente sólo 20 x 30 grados, y cinco coordenadas de la máquina herramienta puede llegar por encima de 90 grados), y con el aumento de la rotación ángulo reducirá drásticamente el tamaño del trabajo eficaz de las máquinas herramienta.Aunque la estructura compuesta puede ampliar el rango de ángulo, pero la estructura es compleja, es difícil garantizar una alta rigidez, por lo tanto, la máquina herramienta de eje virtual común no es adecuada para procesar piezas de movimiento multicoordenadas de gran rango.Sin embargo, desde otro punto de vista, en la producción real de piezas complejas que requieren un procesamiento multiordisor es un número pequeño, y la posición dominante sigue siendo el procesamiento de piezas convencionales ordinarias.Por lo tanto, será de más importancia práctica estudiar cómo hacer uso de las características estructurales de la máquina herramienta de eje virtual para reproducir sus ventajas en el procesamiento eficiente y de alta velocidad de piezas convencionales.
La idea básica del método de control triaxial imitado para la máquina herramienta de eje virtual es controlar los seis grados de movimiento de libertad de la máquina herramienta de eje virtual imitando el método de control de la máquina herramienta CNC de tres coordenadas existente.De esta manera, no sólo el sistema de programación automática de tres coordenadas maduros existente se puede utilizar directamente durante seis grados de libertad de la máquina herramienta del eje virtual, sino que también a través de la imitación de tres ejes de control puede hacer que la unidad de husillo sólo continúe con el movimiento de traducción, ampliado en gran medida el espacio de trabajo de la máquina herramienta de eje virtual, hacer que desempeñe un papel más importante.Además, el control triaxial imitado puede reducir eficazmente la complejidad del sistema de control, con el fin de reducir significativamente el costo de la máquina herramienta, lo que es propicio para la aplicación de esta nueva máquina herramienta en un amplio rango.
2. Ventajas del mecanizado convencional con herramienta de máquina de eje virtual
Una estructura típica de una máquina herramienta de eje virtual, que se puede resumir como una llamada "estructura de plataforma de seis barras".Su significado específico es fijar un extremo de la varilla de conducción de seis longitudes variables (abreviatura de varilla de conducción) en la plataforma estática (como la base o el marco de la máquina herramienta), y el otro extremo de la varilla de conducción está conectado con la plataforma móvil, es decir, con la unidad de husillo.De esta manera, la longitud de la varilla de seis accionamientos se puede ajustar para que el husillo y la fresa puedan realizar el movimiento de alimentación requerido en relación con la pieza de trabajo.A través del sistema de control para alimentar el movimiento para un control preciso, se puede procesar para cumplir con los requisitos de la pieza de trabajo.
En vista de la máquina herramienta de eje virtual tiene la máquina CNC convencional ventajas incomparables, y estas ventajas son para lograr alta velocidad, el mecanizado de alta precisión es necesario, por lo que se utiliza como las partes convencionales del equipo de procesamiento eficiente, con el fin de maximizar sus ventajas.
El principio básico de tres - control del eje
Dado que no hay ningún carril guía a lo largo de la dirección fija en la herramienta de máquina de eje virtual, el eje de movimiento de la herramienta X, Y y Z requerido por el mecanizado de control numérico no existe realmente. Por lo tanto, aunque sólo sea para obtener el movimiento de la herramienta 3d (actitud constante sólo cambio de posición), es necesario controlar la plataforma móvil con seis grados de libertad.
El método de control triaxial imitativo es un método de control para simular la herramienta convencional de máquina CNC de tres coordenadas de acuerdo con las características de estructura de la máquina herramienta de eje virtual.Su punto de partida es: cuando se utiliza la máquina herramienta de eje virtual para procesar las piezas convencionales, la herramienta instalada en el husillo sólo necesita hacer un movimiento de traducción tridimensional, su actitud es un valor fijo.Por lo tanto, aunque la unidad de husillo fijada a la plataforma móvil tiene seis grados de libertad de movimiento, sólo tres grados de libertad de traducción están involucrados en el cálculo en tiempo real.En este documento, la posición de la herramienta se representa mediante coordenadas Xm, Ym y Zm del centro de herramientas o del centro de la cara final en el sistema de coordenadas de la máquina herramienta, y el desplazamiento se calcula en tiempo real mediante el algoritmo de interpolación de tres coordenadas.Al mismo tiempo, se establece un sistema de coordenadas de corte con el origen en el centro de la bola de corte o la cara final, y sus ejes de coordenadas Xt, Yt y Zt son paralelos a los ejes Xm, Ym y Zm del sistema de coordenadas de la máquina herramienta.El ángulo de rotación del marco de coordenadas de la herramienta alrededor del eje Xm, Ym y Zm se utiliza para representar la actitud de la plataforma móvil y establecerla en un valor fijo.De esta manera, el movimiento de la plataforma móvil a lo largo de las tres coordenadas de Xm, Ym y Zm se calcula y controla en tiempo real, y la rotación de la plataforma móvil alrededor de los ejes de Xm, Ym y Zm se controla en tiempo real con valores fijos. Por lo tanto, se puede controlar el grado total de libertad de la plataforma móvil, y se puede realizar el control de enlace de tres coordenadas del movimiento de la herramienta.Debido a que este método no requiere el cálculo en tiempo real de la actitud de la plataforma móvil, de esta manera, no sólo puede reducir eficazmente la cantidad real de cálculo, mapeo y control de enlace también puede incluir seis grados de libertad de control de máquina herramienta de eje virtual en la categoría de control de la máquina herramienta de control de tres coordenadas s convencional, con la ayuda de tres métodos de control de coordenadas maduros para el control de este nuevo tipo de máquina herramienta.
A partir de la estructura de la máquina herramienta del eje virtual, se puede saber que la cantidad controlada directamente controlable en la máquina herramienta es la longitud de la varilla de seis unidades que soporta el componente de husillo Li(I 1,2,..., 6), es decir, el movimiento real del husillo de la máquina herramienta (denominado "eje real), para hacer así el grado de libertad de movimiento de la plataforma móvil, así realizar el control preciso de la trayectoria de movimiento de la herramienta, las instrucciones de movimiento de la plataforma móvil deben ser (instrucción de eje imaginario) conversión al espacio del eje real, y a través del espacio al espacio real espacio imaginario eje imaginario de mapeo inverso para lograr automáticamente.
El proceso de funcionamiento del sistema es el siguiente: en primer lugar, la trayectoria del movimiento de la herramienta se genera en tiempo real de acuerdo con la información de entrada dada por el programa de control numérico de la pieza, es decir, se resuelve la velocidad de movimiento esperada de la herramienta a lo largo de las coordenadas de Xm, Ym y Zm en el espacio del eje virtual;A continuación, el movimiento esperado del eje virtual se convierte en el valor de instrucción de movimiento de la barra de seis unidades mediante el cálculo de asignación real virtual.Por último, la longitud de cada varilla de conducción se desacopla y se controla en servo, de modo que la longitud real es coherente con la longitud deseada, y la asignación inversa de real a virtual se realiza implícitamente a través de la estructura de la máquina herramienta, de modo que se puede obtener la trayectoria de la herramienta que se ajusta al comando, y se puede garantizar que la actitud de la herramienta sea el valor constante dado.
Generación de trayectoria de herramienta en el espacio del eje virtual
La tarea de la generación de la trayectoria de herramienta es convertir la trayectoria de la herramienta dada por el programa de control numérico de la pieza (la curva geométrica en el espacio del eje virtual que no tiene nada que ver con las características de la herramienta de tiempo y máquina) en la trayectoria discreta de la herramienta relacionada con las características de la herramienta de tiempo y máquina (como las características de aceleración y desaceleración, etc.).El proceso de solución es el siguiente:
El establecimiento de modelos matemáticos
Para garantizar la precisión de la generación de trayectoria, el algoritmo de interpolación directa paramétrica se utiliza en el control pseudotriaxial.Los puntos clave son: establecer un modelo matemático paramétrico para la curva interpolada que sea fácil de calcular:
X a f1 (u)
Y a f2 (u)
Z a f3 (u) (1)
En la fórmula, u -- parámetro, u á[0,1] requiere que no haya ningún cálculo de función implicado en el cálculo de la trayectoria en tiempo real, y sólo se pueden completar unas pocas veces de las operaciones de suma, resta, multiplicación y división.
Para la interpolación de arco circular, por ejemplo, escriba (1) la forma específica es: (2) el tipo de M - matriz constante, cuando los puntos de interpolación se encuentran en un cuadrante de cuatro, sus valores son: r - radio de arco de esta manera, la trayectoria, puede ser de manera absoluta, a saber, cada cálculo de coordenadas de punto de trayectoria con origen de coordenadas para el modelo de referencia, que puede eliminar el error acumulado , garantizar eficazmente la velocidad de cálculo de interpolación y la precisión.
Control de aceleración y desaceleración
Para que la trayectoria de la herramienta generada cumpla con los requisitos de las características de aceleración y desaceleración de la máquina herramienta, la curva óptima de aceleración y desaceleración se puede determinar de acuerdo con las características dinámicas de la máquina herramienta y almacenarse en el sistema de control.En el proceso de funcionamiento del sistema, en primer lugar, se escanean varios segmentos del programa antes y después para analizar la tendencia de variación de la velocidad de avance y determinar la velocidad de avance deseada F.A continuación, se lee el multiplicador de velocidad de avance K en el panel de control y F se modifica con él. La velocidad de alimentación objetivo Fnew, Fnew-K.F;Además, Fnew se compara con la velocidad de avance actual Fold, y la velocidad de avance instantánea Fk(mm/min) del período de muestreo actual se calcula de acuerdo con la curva característica de aceleración y desaceleración de la máquina herramienta.
Control de velocidad y errores
Dado que la interpolación no es un cálculo geométrico estático, debe hacer que la distancia entre el punto de interpolación actual y el punto de interpolación anterior cumpla los requisitos de velocidad de avance, aceleración y desaceleración, y asegúrese de que el error entre el segmento de línea de interpolación y la curva interpolada entre los dos puntos se encuentre dentro del intervalo de tolerancia dado.Por lo tanto, la longitud Dtk del segmento de línea de interpolación debe controlarse con la velocidad de avance instantánea como destino de control y el error permitido como condición de restricción.
El método es el siguiente:
En primer lugar, de acuerdo con la velocidad de avance instantánea Fk dada por el cálculo de aceleración y desaceleración, la siguiente fórmula se utiliza para calcular la longitud de cuerda deseada en el período de muestreo actual (la longitud del segmento de línea de interpolación sin restricción) : Dt1 en la fórmula (3) -- longitud de acorde deseada, mm T -- período de muestreo, ms
E -- el error permitido entre la trayectoria de interpolación y la trayectoria deseada
R -- radio de curvatura de la trayectoria deseada en el punto de interpolación
Por último, el valor de Dtk se determina según los tamaños relativos de Dt1 y Dt2.En otras palabras, si se espera que la longitud de cadena Dt1 sea menor que la longitud de cadena de restricción Dt2, la longitud del segmento de línea de interpolación actual se establece en Dtk- Dt1; de lo contrario, Dtk-Dt2.
Cálculo de la trayectoria de interpolación
La tarea del cálculo de la trayectoria de interpolación consiste en calcular el valor de coordenadas del punto de interpolación anterior en tiempo real según la longitud Dtk del segmento de línea de interpolación obtenido anteriormente en cada período de muestreo.El proceso de cálculo es el siguiente:
En primer lugar, de acuerdo con la siguiente relación entre el incremento variable Du y Dt, se calcula el Du del período de interpolación actual: en la ecuación (5), Du /ds -- la tasa de cambio de la variable en la longitud del arco de curva
Debido a la alta frecuencia de interpolación, la longitud del arco está muy cerca de la longitud del acorde en un período de muestreo, por lo que du/ds á du/ Dt se puede hacer en el cálculo real.Así que si tomas un incremento de ti, Du, y encuentras el Dt correspondiente, entonces puedes obtener el Du /ds que necesitas.
Aunque esta aproximación tiene un ligero efecto en la velocidad de avance, no tiene ningún efecto en la precisión de la trayectoria de interpolación.En la interpolación de muestreo, la precisión de la trayectoria es la principal contradicción, el cálculo de coordenadas del punto de interpolación debe ser absolutamente preciso, mientras que la precisión de la velocidad de movimiento del punto de interpolación a lo largo de la trayectoria está en una posición secundaria y se pueden permitir errores menores.Este resultado no sólo garantiza la precisión de la trayectoria, sino que también mejora la velocidad de cálculo.
A continuación, calcule el valor de la variable de parámetro del período de muestreo actual: Reino Unido -uk-1+Du (6). Finalmente, sustituya el Reino Unido en la ecuación (1) para calcular los valores de coordenadas xk, yk y zk del punto anterior de la trayectoria de interpolación.Se puede obtener toda la trayectoria de interpolación discretizada repitiendo el proceso anterior hasta que se alcance el punto final de interpolación.