维普资讯http://www.cqvip.com
第１３卷第５期 ２ ０ ０ ７年５月
计算机集成制造系统
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ
Ｖｏ１．１３ Ｎｏ．５
Ｍａｙ ２ ０ ０ ７
文章编号：１００６—５９１１（２００７）０５－－０９５０—０５
轴联动数控系统速度控制方法
郑魁敬 ，钟海娜
（１．燕山大学机械工程学院，河北
秦皇岛
０６６００４；２．广州数控研发中心，广东
广州 ５１０１６５）
摘要：高速加工过程中，在刀具路径上容易产生过冲，影响加工精度，因此必须提前对加工速度进行优化处
理。基于数据采样法，利用当量位移和坐标轴方向系数实现了５轴联动线性插补；利用直线加减速原理进行插补
前加减速控制；对速度前瞻控制方法进行了深入探讨，实现了相邻程序段转接处速度优化、连续微小程序段速度计 算、减速点提前预测及前瞻程序段数动态选择等。仿真结果表明，速度平滑连续，有效地解决了５轴联动线性插补 中的速度控制问题，提高了加工精度和加工效率。
关键词：数控系统；５轴联动；线性插补；直线加减速；前瞻控制
中图分类号：ＴＰ２７３
文献标识码：Ａ
Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ５－ａｘｉｓ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＥＮＧ Ｋｕｉ－ｊｉｎｇ ，ＺＨＯＮＧ Ｈａｉ—ｎａ。
（１．Ｓｃｈ．ｏｆ Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇ．，Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖ．，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ ０６６００４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔ．，ＧＳＫ ＣＮＣ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０１６５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｏｖｅｒｓｈｏｏｔｓ ｏｆｔｅｎ ｏｃｃｕｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ．Ｔｏ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｓｐｅｅｄ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｔａ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ５－ａｘｉｓ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ
ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ａｘｉｓ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｌｉｎｅａｒ ａｃｃｅ１ｅｒａｔｉｏｎ／ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅ－ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ａｃ—
ｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ／ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ ｌｏｏｋ—ａｈｅａｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅｅ— ｄｒａｔｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｅ－ａｎｄ—ａｆｔ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｂｌｏｃｋｓ，ｔｈｅ ｆｅｅｄｒａｔｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅ ｔｉｎｙ ｐｒｏｇｒａｍ ｂｌｏｃｋｓ，ｔｈｅ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｏｋ－ａｈｅａｄ ｐｒｏｇｒａｍ ｂｌｏｃｋ ａｍｏｕｎｔ．Ｓｉｍｕ— ｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｕｒｖｅ ｗａｓ ｓｍｏｏｔｈｅｒ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ．Ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ５－ａｘｉｓ ｓｉｍｕｌ— ｔａｎｅｏｕｓ ｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｏｌｖｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｗｅｒｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍ— ｐｒｏｖｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；５－ａｘｉｓ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｓｙｓｔｅｍ；ｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ；ｌｉｎｅａｒ ａｃｃｅｌｅｒ—
ａｔｉｏｎ／ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ：ｌｏｏｋ－ａｈｅａｄ ｃｏｎｔｒｏｌ
０ 引言
在数控加工中，对于３维曲面和复杂的自由曲 面，计算机辅助设计（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ， ＣＡＤ）／计算机辅助制造（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃ—
ｔｕｒｉｎｇ，ＣＡＭ）系统通常按加工精度的要求产生一系 列微小的直线段，再由数控系统进行插补运算处理， 通过大量微小的线性运动合成加工出高精度的曲
面 ¨。
高速加工由于进给速度快，微小线性运动总是
收稿日期：２００６一Ｏ４—２１｝修订日期：２００６一Ｏ６—１２。Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２１ Ａｐｔ．２００６｝ａｃｃｅｐｔｅｄ １２ Ｊｕｎｅ ２００６．
基金项目：广州市博士后科研基金资助项目。Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｉｔｅｍ：Ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｐｏｓｔｄｏｃｔｏｒａｌ Ｆｕｎｄ ｏｆ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ．
作者简介：郑魁敬（１９７１一），男，河北枣强人，燕山大学机械工程学院副教授，广州数控设备有限公司博士后，主要从事计算机数字控制技术的
研究。Ｅ－ｍａｉｌ：￣ｚｈｅｎｇ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ。
维普资讯http://www.cqvip.com
第５期 郑魁敬等：５轴联动数控系统速度控制方法
存在方向改变，极易在刀具路径上产生过冲，从而导 致工件过切。为保证工件的加工精度，必须对微小 路径段进行加减速处理ｌ＿２］。速度前瞻控制ｌ＿３］可根据 待加工路径提前对加工速度进行优化处理，能够在 连续微小程序段间实现速度平滑过渡，从而产生尽
量精确的加工轨迹。
本文首先用数据采样法对５轴联动数控系统中 的线性插补进行了探讨，然后利用直线加减速方法 进行插补前加减速控制；接着深入分析了速度前瞻
控制方法，包括相邻程序段转接处速度优化、连续微 小程序段速度计算、减速点提前预测及动态前瞻控 制等；最后用仿真验证了本文算法的正确性。
１ ５轴联动线性插补原理
５轴联动一般是指Ｘ，ｙ， 