数控机床进给系统最优加速度参数辨识方法研究

作     者：李昌俊 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨建中

授予年度：2023年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：加速度 运动参数辨识 G指令自辨识 指令域 

摘      要：数控机床进给系统作为机床的执行部件,充分发挥其运动性能是机床实现高速高精度加工的基础。通过对机床加减速能力进行辨识,得到满足加工要求的最优加速度参数,是提高进给系统运行效率的重要方法。现有的加速度参数的评价和设置方法主要基于机床操作人员的主观经验,导致参数的可靠性和重复性较低。针对上述问题,本研究提出一种包括电机电流评价、跟随误差评价和指令频率评价的进给系统加速度评价体系,对进给系统加速度参数(包括快移/加工加减速时间常数,最大法向(向心)加速度)进行定量评价。该评价体系能帮助相关技术人员和操作人员对加速度参数进行准确评价,并为最优加速度参数辨识过程提供理论支撑。为了实现最优加速度参数辨识的目的,基于指令域分析方法,本研究设计了一种数控机床G指令自激励的进给系统最优加速度参数辨识方法,并完成动态加工场景和加工要求下的加速度参数优化。完成参数辨识和设置后能充分发挥机床加减速性能,提高机床运行效率,同时满足机床自激励,自辨识的需求,方便进一步集成至数控系统中供技术人员和机床操作人员使用。为了对本研究提出的最优加速度参数辨识方法进行验证,在高科高速加工中心(GS200)的X、Y轴进给系统上进行验证。对于包含基本G指令(G00、G01和G02/G03)的应用案例,对最优加速度参数进行辨识后,能在保证运动精度的同时,最大提升加工效率31.5%,且运行效率的提升效果随最大进给速度的提高而增大。对加速度参数进一步优化后,能满足不同轮廓段的不同精度要求。