數控仿形精度控制管理論文

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仿形速度對于仿形加工的精度有主要影響，對于曲面過渡變化較大的型面，速度太快，仿形運動穩定性較差，仿形精度就會很低。而對于仿形運動來講，未來路徑上的模型表面是未知的，因此仿形加工也就不可能有前瞻(Look-ahead)的功能。如果仿形加工始終采用一種速度，要想得到理想的精度，就不得不降低仿形速度，這樣就嚴重影響了加工效率。因此，在仿形過程中，針對不同的模型表面情況，采用特殊的控制方法，實時地調整仿形速度，進而得到較高的仿形加工穩定性和精度，就顯得極有意義了。

1仿形運動分析

對于仿形加工，仿形儀壓偏量的大小影響加工的穩定性和精度。在仿形加工中總要設定一個預期的壓偏量，仿形過程中實際壓偏量越接近預期壓偏量，仿形穩定性和精度就越高，反之，仿形穩定性和精度就越低。

圖1和圖2是仿形過程中模型型面、仿形速度及壓偏量的關系曲線圖，圖1a，圖2a為沿仿形方向截得的模型表面輪廓曲線圖，兩輪廓基本相同，圖1b、圖2b為與之對應的仿形儀壓偏量變化圖，但速度不同。仿形過程中預期壓偏量為400μm。分析圖1和圖2的實驗結果，可以得到如下結論：

·平面仿形精度高于曲面仿形，且仿形精度受仿形速度的影響較小；

·曲面過渡越平緩，實際的壓偏量越接近預期壓偏量，仿形精度也越高；曲面過渡越劇烈，實際壓偏量偏離預期壓偏量的值越大，精度就越低；

·曲面仿形速度對仿形精度的影響較大，在同樣的曲面上，仿形速度越大，仿形精度越低；

·模型曲面上的形狀急劇變化處，如棱角、直壁、邊緣等處，仿形儀壓偏量變化很大，嚴重時會造成不正常的離模現象。

2仿形控制的改進方法

仿形加工過程中，在模型曲面過渡平緩的位置時，可以采用較高的仿形速度，而當仿形頭在接近模型曲面變化劇烈的位置時，通過特殊控制方法使之減速，這時仿形頭的速度較低，慣性較小，這樣就可以使超調和欠調減小到最低限度，進而提高仿形加工的穩定性和精度。同時也可提高仿形加工的效率。

1）軟減速電位線法

在仿形過程中，在模型棱角部分、曲面急劇變化等特殊位置附近設置軟減速電位線(圖3)。當仿形頭在軟減速線控制范圍中時，以較低的速度進行仿形加工，其余均采用較高的理想仿形速度。以XOZ平面掃描，Y方向周期進給仿形方式為例進行討論。軟減速電位線的節點用Point來表示：

structPoint｛

floatX;∥節點的X方向坐標

floatY;∥節點的Y方向坐標

｝P［n］;∥N個節點

根據模型的特點，輸入num≤n個節點坐標，就可以確定軟減速電位線的位置。考慮到模型型面的復雜程度，可以最多設置m條軟減速電位線。下面討論中軟減速電位線個數取為m，節點個數取為n。軟減速電位線用Line表示：

structLine｛

structP［n］∥軟減速電位線的節點

floatrg;∥軟減速電位線的控制范圍

｝L［m］;∥m條軟減速電位線

2）自記錄控制法

在仿形加工過程中，利用自記錄控制法，記錄第一次掃描路徑中模型表面的形狀急劇變化處，如直壁、邊緣、折角等的位置。在以后的掃描路徑中，遇到這些位置，仿形速度提前降低，進而避免仿形儀壓偏量的大幅度波動，提高仿形加工穩定性和精度。該控制方法針對的模型有一定局限性，比較適合圖3中的在某方向截面有類似性的模型，但其程序實現較為簡單，并且實際中的模型也多為此種情況。

當然，也可以邊仿形邊記錄模型表面的特殊位置，即把新的特殊位置按一定格式(該格式應與仿形方式相對應，以便于查找)插入到記錄點的序列中去，并且始終檢查本采樣周期記錄點處壓偏量的變化情況，當其實時值與預定壓偏量的差值小于某設定值時，便認為該記錄點處的模型表面情況已平緩，進而把該記錄點剔除。該過程要占用相當的CPU時間，由于該控制模塊嵌在伺服控制模塊中，為中斷執行方式，所以會對控制過程產生一定影響，比如數據采集的速度。程序實現也較復雜。

在此，仍以XOZ平面掃描、Y方向周期進給仿形方式為例。記錄采用偏差控制，僅記錄第一次仿形路徑上的特殊位置。在仿形過程中，當實際仿形壓偏量Dact與預期壓偏量Ddes的偏差|Dact-Ddes|≥Dlim(其中Dlim是預定的偏差量)，則記錄該位置點。為了避免記錄點記錄得過密，而占用過多內存，且在實際應用上不具意義，通過實驗人為設定一個最大記錄距離，當本采樣點與前一記錄點的距離小于該最大距離時，該點不作為被記錄點。利用鏈表結構有利于節省內存，且便于記錄和查找，可節省時間。記錄點用以下Learn表示

structLearn｛

floatX;∥記錄點的位置

intDir;∥減速的方向

structlearn*next;

｝;

該控制方法的程序實現見圖5、圖6。其中Fdir為仿形方向，Flg為減速標志，Xact為實時的仿形頭位置。

3實驗

對這兩種控制方法進行實驗，仍采用圖1、2中的模型截面進行仿形，理想仿形速度為2000mm/min，低速度為1000mm/min。在“軟減速電位線法”中，兩條軟電位線對應于截面的節點分別在X，Y=10mm和X，Y=75mm處，控制范圍為20mm，仿形過程中記錄實時壓偏量變化情況，得到圖7的壓偏量與位置關系圖。通過分析可以得出，在0～10mm、30～75mm及最終路徑上，雖采用較高速度，但由于模型型面變化較為平緩，壓偏量波動較小。在10～30mm、75～95mm型面變化較為劇烈的特殊位置上，由于采用了低速度，壓偏量波動情況明顯好于圖2中的情況。在“自記錄控制法”中，預定的偏差量為50μm，記錄壓偏量波動情況，會得到同圖7極為類似的圖形，在此不再贅述。

4結束語

1）實驗證明，利用“軟減速電位線法”和“自記錄控制法”可以較好地解決由于模型表面形狀帶來的仿形加工不穩定問題，提高了仿形加工精度，同時也提高了仿形加工的效率；

2）由于仿形速度對仿形精度有較大影響，如果要求較高的加工速度，可以利用數字化方法采集數據，處理后進行數字化加工，這樣就可以避免仿形加工中高速度帶來的問題，進而獲得較高的加工精度；

3）同一曲面，同一仿形速度，不同的仿形方式，獲得的加工精度存在較大差異，因此應當針對具體模型的表面形狀，采用合適的仿形加工方式，以獲得理想的加工精度。