L’apparition de l’axe virtuel machine-outil CNC est considéré comme la percée la plus révolutionnaire de conception de machine-outil dans ce siècle.Si nous donnons un jeu complet aux avantages de cette nouvelle machine-outil dans la structure, il est possible d’ouvrir une nouvelle façon d’améliorer considérablement les performances de la machine-outil.
Grâce à l’analyse a constaté que, pour le plan général, directement basé sur le principe de la plate-forme Stewart de la machine-outil à axe virtuel, le mouvement des coordonnées rotatives raisonnable cinq machines-outils de coordonnées est beaucoup plus petit que d’habitude (généralement seulement 20 à 30 degrés, et cinq coordonnées de machine-outil peut atteindre au-dessus de 90 degrés), et avec l’augmentation de la rotation Angle permettra de réduire considérablement la taille du travail efficace des machines-outils.Bien que la structure composée puisse élargir la gamme Angle, mais la structure est complexe, il est difficile d’assurer une rigidité élevée, par conséquent, la machine-outil d’axe virtuel commune n’est pas appropriée pour le traitement de large portée, multi-coordonnées pièces de mouvement.Cependant, d’un autre point de vue, dans la production réelle de pièces complexes nécessitant un traitement multi-coordonnées est un petit nombre, et la position dominante est toujours le traitement des pièces conventionnelles ordinaires.Par conséquent, il sera d’une importance plus pratique d’étudier comment utiliser les caractéristiques structurelles de la machine-outil à axe virtuel pour jouer ses avantages dans le traitement à grande vitesse et efficace des pièces conventionnelles.
L’idée de base de la méthode de contrôle triaxial imitée pour la machine-outil à axe virtuel est de contrôler les six degrés de mouvement de liberté de la machine-outil à axe virtuel en imitant la méthode de contrôle de la machine-outil CNC à trois coordonnées existante.De cette façon, non seulement le système de programmation automatique de trois coordonnées matures existant peut être directement utilisé pour six degrés de liberté de la machine-outil à axe virtuel, mais aussi par l’imitation de trois axes de contrôle peut faire l’unité de fuseau seulement continuer le mouvement de traduction, considérablement élargi l’espace de travail machine-outil à axe virtuel, le faire jouer un rôle plus important.En outre, le contrôle triaxial imité peut effectivement réduire la complexité du système de contrôle, afin de réduire considérablement le coût de la machine-outil, qui est propice à l’application de cette nouvelle machine-outil dans une large gamme.
2. Avantages de l’usinage conventionnel avec machine-outil à axe virtuel
Une structure typique d’une machine-outil à arbre virtuel, qui peut se résumer comme une soi-disant «structure plate-forme à six barres».Sa signification spécifique est de fixer une extrémité de la tige de conduite de six longueurs variables (abréviation pour la tige de conduite) sur la plate-forme statique (telle que la fondation ou le cadre de machine-outil), et l’autre extrémité de la tige de conduite est reliée à la plate-forme mobile, c’est-à-dire avec l’unité de fuseau.De cette façon, la longueur de la tige à six roues motrices peut être ajustée de sorte que le fuseau et le coupeur peuvent faire le mouvement d’alimentation requis par rapport à la pièce de travail.Grâce au système de contrôle pour alimenter le mouvement pour un contrôle précis, peut être traitée pour répondre aux exigences de la pièce de travail.
Compte tenu de la machine-outil à axe virtuel a la machine classique CNC avantages incomparables, et ces avantages sont d’atteindre la vitesse élevée, l’usinage de haute précision est nécessaire, de sorte qu’il est utilisé comme les parties conventionnelles de l’équipement de traitement efficace, afin de maximiser ses avantages.
Le principe de base de trois - contrôle de l’axe
Comme il n’y a pas de rail de guidage le long de la direction fixe dans la machine-outil à axe virtuel, l’axe de mouvement d’outil X, Y et Z requis par l’usinage de contrôle numérique n’existe pas vraiment. Par conséquent, même si ce n’est que pour obtenir le mouvement de l’outil 3D (attitude constante seulement changement de position), il est nécessaire de contrôler la plate-forme mobile avec six degrés de liberté.
La méthode de contrôle triaxial imitative est une méthode de contrôle pour simuler les trois machines-outils CNC coordonnées conventionnelles en fonction des caractéristiques de la structure de la machine-outil à axe virtuel.Son point de départ est le suivante : lors de l’utilisation de la machine-outil à axe virtuel pour traiter les pièces conventionnelles, l’outil installé dans le fuseau n’a qu’à faire un mouvement de traduction tridimensionnel, son attitude est une valeur fixe.Ainsi, bien que l’unité de fuseau fixée à la plate-forme mobile a six degrés de liberté de mouvement, seulement trois degrés de liberté de traduction sont impliqués dans le calcul en temps réel.Dans ce document, la position de l’outil est représentée par les coordonnées Xm, Ym et Zm du centre d’outils ou du centre de face fin dans le système de coordination de la machine-outil, et le déplacement est calculé en temps réel par l’algorithme d’interpolation à trois coordonnées.Dans le même temps, un système de coordonnées de coupeur avec l’origine au centre de la boule de coupe ou de la face d’extrémité est établi, et ses axes de coordonnées Xt, Yt et Zt sont parallèles aux axes Xm, Ym et Zm du système de coordination de la machine-outil.L’angle de rotation du cadre de coordination des outils autour de l’axe Xm, Ym et Zm est utilisé pour représenter l’attitude de la plate-forme mobile et la définir à une valeur fixe.De cette façon, le mouvement de la plate-forme mobile le long des trois coordonnées de Xm, Ym et Zm est calculé et contrôlé en temps réel, et la rotation de la plate-forme mobile autour des axes de Xm, Ym et Zm est contrôlée en temps réel avec des valeurs fixes. Ainsi, le degré complet de liberté de la plate-forme mobile peut être contrôlé, et le contrôle de liaison à trois coordonnées du mouvement de l’outil peut être réalisé.Parce que cette méthode ne nécessite pas de calcul en temps réel de l’attitude de plate-forme mobile, de cette façon, non seulement peut effectivement réduire la quantité réelle de calcul, de cartographie et de contrôle de liaison peut également inclure six degrés de liberté de contrôle de la machine-outil à axe virtuel dans la catégorie conventionnelle de contrôle de trois numéros S machine outil de commande, à l’aide de trois méthodes de contrôle de coordonnées matures pour contrôler ce nouveau type de machine-outil.
De la structure de la machine-outil à axe virtuel, on peut savoir que la quantité contrôlée directement contrôlable dans la machine-outil est la longueur de la tige à six roues motrices soutenant le composant de fuseau Li (I '1,2,..., 6), c’est-à-dire le mouvement réel du fuseau machine-outil (appelé « véritable axe), donc pour faire le degré de liberté de déplacement du contrôle du mouvement des mouvements de la plate-forme, réalisant ainsi le contrôle précis de la trajectoire de mouvement de l’outil, les instructions de mouvement de plate-forme en mouvement doivent être (instruction d’axe imaginaire) conversion à l’espace d’axe réel, et à travers l’espace à l’axe réel axe imaginaire axe d’axe de cartographie inverse pour atteindre automatiquement.
Le processus de fonctionnement du système est le suivant : premièrement, la trajectoire de mouvement de l’outil est générée en temps réel selon les informations d’entrée données par le programme de contrôle numérique de la pièce, c’est-à-dire la vitesse de déplacement prévue de l’outil le long des coordonnées de Xm, Ym et Zm dans l’espace d’axe virtuel est résolue ;Ensuite, le mouvement attendu de l’axe virtuel est converti en valeur d’instruction de mouvement de la tige à six lecteurs par calcul de cartographie réel virtuel.Enfin, la longueur de chaque tige de conduite est découplée et contrôlée par servo, de sorte que la longueur réelle est compatible avec la longueur désirée, et la cartographie inverse du réel au virtuel est réalisée implicitement à travers la structure de la machine-outil, de sorte que la trajectoire de l’outil qui se conforme à la commande peut être obtenue, et l’attitude de l’outil peut être garanti d’être la valeur constante donnée.
Génération de chemin d’outil dans l’espace d’axe virtuel
La tâche de la génération de chemin d’outil est de convertir le chemin d’outil donné par le programme de contrôle numérique de partie (la courbe géométrique dans l’espace d’axe virtuel qui n’a rien à voir avec le temps et les caractéristiques de machine-outil) dans le chemin d’outil discret lié aux caractéristiques de temps et de machine-outil (tels que les caractéristiques d’accélération et de décélération, etc.).Le processus de solution est le suivant :
L’établissement d’un modèle mathématique
Afin d’assurer la précision de la génération de trajectoire, l’algorithme d’interpolation directe paramétrique est utilisé dans le contrôle pseudo-triaxial.Les points clés sont les suivants : établir un modèle mathématique paramétrique pour la courbe interpolée qui est facile à calculer :
X f1 (u)
Y f2 (u)
Z f3 (u) (1)
Dans la formule u -- paramètre, u[0,1] exige qu’aucun calcul de fonction n’est impliqué dans le calcul de trajectoire en temps réel, et seulement quelques fois d’addition, de soustraction, de multiplication et d’opérations de division ne peuvent être complétés.
Pour l’interpolation circulaire de l’arc, par exemple, le type (1) la forme spécifique est: (2) le type de M - matrice constante, lorsque les points d’interpolation sont situés dans un quadrant de quatre, ses valeurs sont: r - rayon d’arc de cette façon, la trajectoire, il peut être de manière absolue, à savoir chaque point de trajectoire de coordonnées de calcul avec l’origine des coordonnées pour le modèle de référence, qui peut éliminer l’erreur accumulée , garantissent effectivement la vitesse et la précision du calcul de l’interpolation.
Contrôle de l’accélération et de la décélération
Afin de faire en sorte que la trajectoire générée de l’outil réponde aux exigences des caractéristiques d’accélération et de décélération de la machine-outil, la courbe optimale d’accélération et de décélération peut être déterminée en fonction des caractéristiques dynamiques de la machine-outil et stockée dans le système de contrôle.Dans le processus de fonctionnement du système, tout d’abord, plusieurs segments de programme sont numérisés avant et après pour analyser la tendance de variation de la vitesse d’alimentation et de déterminer la vitesse d’alimentation souhaitée F.Ensuite, le multiplicateur de vitesse d’alimentation K sur le panneau d’opération est lu, et F est modifié avec elle. La vitesse d’alimentation cible Fnew, Fnew-K.F;En outre, Fnew est comparé à la vitesse d’alimentation actuelle Fold, et la vitesse d’alimentation instantanée Fk (mm/min) de la période d’échantillonnage actuelle est calculée en fonction de l’accélération et de la décélération courbe caractéristique de la machine-outil.
Contrôle de vitesse et d’erreur
Étant donné que l’interpolation n’est pas un calcul géométrique statique, elle doit faire en sorte que la distance entre le point d’interpolation actuel et le point d’interpolation précédent réponde aux exigences de vitesse d’alimentation, d’accélération et de décélération, et s’assurer que l’erreur entre le segment de la ligne d’interpolation et la courbe interpolée entre les deux points se situe dans la plage de tolérance donnée.Par conséquent, la longueur Dtk du segment de ligne d’interpolation doit être contrôlée avec la vitesse d’alimentation instantanée comme cible de contrôle et l’erreur admissible comme condition de contrainte.
La méthode est la suivante:
Tout d’abord, selon la vitesse d’alimentation instantanée Fk donnée par le calcul de l’accélération et de la décélération, la formule suivante est utilisée pour calculer la longueur d’accord souhaitée dans la période d’échantillonnage actuelle (la longueur du segment de ligne d’interpolation sans contrainte) : Dt1 en formule (3) -- longueur d’accord désirée, mm T -- période d’échantillonnage, ms
E -- l’erreur permise entre la trajectoire d’interpolation et la trajectoire souhaitée
R -- rayon de courbure de la trajectoire souhaitée au point d’interpolation
Enfin, la valeur de Dtk est déterminée en fonction des tailles relatives de Dt1 et Dt2.En d’autres termes, si on s’attend à ce que la longueur de chaîne Dt1 soit inférieure à la longueur de la chaîne de contrainte Dt2, la longueur du segment actuel de la ligne d’interpolation est réglée à DtkMD Dt1 ; autrement, Dtk-Dt2.
Calcul de trajectoire d’interpolation
La tâche du calcul de la trajectoire d’interpolation est de calculer la valeur de coordonnées du point précédent de trajectoire d’interpolation en temps réel en fonction de la longueur Dtk de segment de ligne d’interpolation obtenue ci-dessus dans chaque période d’échantillonnage.Le processus de calcul est le suivant :
Tout d’abord, selon la relation suivante entre l’incrément variable Du et Dt, le Du de la période d’interpolation actuelle est calculé: en équation (5), Du /ds - le taux de variation de la variable sur la longueur de l’arc courbe
En raison de la fréquence d’interpolation élevée, la longueur de l’arc est très proche de la longueur d’accord dans une période d’échantillonnage, ainsi du/ds 'du/ Dt peut être faite dans le calcul réel.Donc, si vous prenez une incrément de vous, Du, et de trouver le Dt correspondant, alors vous pouvez obtenir le Du / ds que vous avez besoin.
Bien que cette approximation ait un léger effet sur la vitesse d’alimentation, elle n’a aucun effet sur la précision de trajectoire d’interpolation.Dans l’interpolation d’échantillonnage, l’exactitude de la trajectoire est la principale contradiction, le calcul de coordonnées du point d’interpolation doit être absolument précis, tandis que l’exactitude de la vitesse de déplacement du point d’interpolation le long de la trajectoire est en position secondaire, et des erreurs mineures peuvent être autorisées.Ce résultat garantit non seulement la précision de la trajectoire, mais améliore également la vitesse de calcul.
Ensuite, calculez la valeur de la variable de paramètres de la période d’échantillonnage actuelle : UK -uk-1-Du (6). Enfin, substituez le Royaume-Uni à l’équation (1) pour calculer les valeurs de coordonnées xk, yk et zk du point précédent de la trajectoire d’interpolation.L’ensemble de la trajectoire d’interpolation discrète peut être obtenue en répétant le processus ci-dessus jusqu’à ce que le point final de l’interpolation soit atteint.