가상 축 CNC 공작 기계의 외관은 이 세기에 가장 혁신적인 공작 기계 설계 혁신으로 간주됩니다.이 새로운 공작 기계의 이점에 대한 완전한 플레이를 구조로 제공한다면 공작 기계의 성능을 크게 향상시킬 수있는 새로운 방법을 열 수 있습니다.
분석을 통해 가상 축 공작 기계의 Stewart 플랫폼의 원리에 따라 일반적으로 합리적인 5 좌표 NC 공작 기계의 움직임이 일반 (일반적으로 20 ~ 30도, 공작 기계의 5 좌표가 90도 이상에 도달 할 수 있음)보다 훨씬 작고 회전 각도가 증가하면 공작 기계의 효과적인 작업 크기를 크게 줄일 수 있음을 발견했습니다.복합 구조는 각도 범위를 확장할 수 있지만 구조가 복잡하지만 높은 강성을 보장하기 어렵기 때문에 일반적인 가상 축 공작 기계는 넓은 범위, 다중 좌표 모션 부품을 처리하기에 적합하지 않습니다.그러나, 또 다른 관점에서, 다중 좌표 처리를 요구하는 복잡한 부품의 실제 생산은 소수이며, 지배적인 위치는 여전히 일반 종래의 부품의 처리이다.따라서, 종래의 부품의 고속 및 효율적인 가속에서 그 장점을 재생하는 가상 축 공작 기계의 구조적 특성을 활용하는 방법을 연구하는 것이 더 실용적인 의미가있을 것이다.
가상축 공작기계용 삼축제어법의 기본 개념은 기존의 3좌표 CNC 공작기계의 제어방법을 모방하여 가상축 공작기계의 6도 자유로운 이동을 제어하는 것이다.이와 같이, 기존의 성숙한 3좌표 자동 프로그래밍 시스템은 가상축 공작기계의 6자유도에 직접 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 3축 제어의 모방을 통해 스핀들 유닛이 번역 이동만을 수행할 수 있도록 할 수 있으며, 가상축 공작기계 작업 공간을 크게 확장하여 더 큰 역할을 할 수 있다.또한, 모방 된 삼축 제어효과적으로 제어 시스템의 복잡성을 줄일 수 있습니다, 크게 큰 범위에서이 새로운 공작 기계의 응용 프로그램에 도움이되는 공작 기계의 비용을 줄일 수 있도록.
2. 가상 축 공작 기계로 기존의 가공의 장점
소위 "6 바 플랫폼 구조"로 요약 할 수있는 가상 샤프트 공작 기계의 전형적인 구조.그 구체적인 의미는 정적 플랫폼 (예 : 파운데이션 또는 공작 기계 프레임)에 6 개의 가변 길이 구동 봉 (구동 로드의 짧은)의 한쪽 끝을 고정하고, 구동 봉의 다른 쪽 끝은 스핀들 유닛과 함께 움직이는 플랫폼과 연결됩니다.이러한 방식으로 6구동 로드의 길이를 조정하여 스핀들 및 커터가 공작물대비 필요한 피드 모션을 만들 수 있습니다.정밀한 제어를 위한 이송 운동을 위한 제어 시스템을 통해, 가공물의 요구 사항을 충족하도록 가공될 수 있다.
가상축 공작기계의 관점에서 볼 때 종래의 CNC 기계는 비교할 수 없는 장점을 가지고 있으며, 이러한 장점은 고속, 고정밀 가공이 필요하므로 그 장점을 극대화하기 위해 효율적인 가공 장비의 종래의 부품으로 사용된다.
세 가지 기본 원리 - 축 제어
가상 축 공작 기계에 고정 된 방향을 따라 가이드 레일이 없기 때문에 수치 제어 가공에 필요한 공구 모션 축 X, Y 및 Z는 실제로 존재하지 않습니다. 따라서, 3D 공구 모션(자세 상수만 위치 변경)을 획득하는 경우에도 6도의 자유도로 움직이는 플랫폼을 제어할 필요가 있다.
상기 모방삼축 제어 방법은 가상축 공작기계의 구조 특성에 따라 종래의 3좌표 CNC 공작기계를 시뮬레이션하는 제어 방법이다.그 출발점은 종래의 부품을 처리하기 위해 가상축 공작기계를 사용할 때, 스핀들에 설치된 공구는 3차원 변환 이동만하면 되며, 그 태도는 고정된 값이다.따라서 이동 플랫폼에 고정된 스핀들 유닛은 6도의 이동 자유를 가지지만 실시간 계산에는 3도의 변환 자유도만 관여합니다.이 백서에서 공구 위치는 공작 기계 좌표계의 공구 중심 또는 끝 면 중심의 Xm, Ym 및 Zm 좌표로 표시되며, 변위는 3coordinate 보간 알고리즘에 의해 실시간으로 계산됩니다.동시에 커터 볼 또는 단면면의 중심에 원점이 있는 커터 좌표계가 설정되고 좌표축 Xt, Yt 및 Zt는 공작 기계 좌표계의 Xm, Ym 및 Zm 축과 평행합니다.Xm, Ym 및 Zm 축 을 중심으로 공구 좌표 프레임의 회전 각도는 움직이는 플랫폼의 태도를 나타내고 고정 값으로 설정하는 데 사용됩니다.이러한 방식으로 Xm, Ym 및 Zm의 세 좌표를 따라 움직이는 플랫폼의 모션이 실시간으로 계산 및 제어되고 Xm, Ym 및 Zm의 축 주위의 이동 플랫폼의 회전이 고정 값으로 실시간으로 제어됩니다. 따라서, 이동 플랫폼의 전체 자유도를 제어할 수 있고, 공구 이동의 3coordinate 연계 제어를 실현할 수 있다.이 방법은 이동 플랫폼 태도의 실시간 계산을 필요로 하지 않기 때문에, 이러한 방식으로, 효과적으로 계산, 매핑 및 연계 제어의 실제 양을 줄일 수 없을 뿐만 아니라, 기존의 3개의 좌표수 S 제어 공작 기계 제어 카테고리에서 가상축 공작기계 제어의 6도의 자유도를 포함할 수 있으며, 이러한 새로운 유형의 공작기계를 제어하는 성숙한 3개의 좌표 제어 방법의 도움으로 도모할 수 있다.
가상 축 공작 기계의 구조로부터, 공작 기계에서 직접 제어 제어 수량이 스핀들 성분 Li(I=1,2,...를 지지하는 6구동 로드의 길이임을 알 수 있습니다.6) 즉, 공작기계 스핀들("실제 축"이라 함)의 실제 이동은 플랫폼 모션 제어의 자유도를 실현하기 위해, 따라서 공구 이동 궤적의 정밀한 제어를 실현하기 위해, 이동 플랫폼 모션 지시는 실제 축 공간으로 변환(가상 축 지시)되어야 하며, 공간을 통해 역매핑의 실제 축 으로 자동 적인 공간 가상 축을 달성해야 한다.
시스템의 동작 과정은 다음과 같다: 먼저, 공구 이동 궤적은 부품의 수치 제어 프로그램에 의해 주어진 입력 정보에 따라 실시간으로 생성되며, 즉, 가상 축 공간에서 Xm, Ym 및 Zm의 좌표를 따라 공구의 예상 이동 속도가 해결되는 단계;그런 다음 가상 축의 예상 모션이 가상 실제 매핑 계산에 의해 6드라이브 로드의 모션 명령 값으로 변환됩니다.마지막으로, 각 구동봉의 길이는 분리되고 서보가 제어되어 실제 길이가 원하는 길이와 일치하도록 하고, 실제에서 가상으로의 역매핑이 기계 공구의 구조를 통해 암시적으로 실현되어 명령에 부합하는 공구 궤적을 얻을 수 있고, 공구 자세가 주어진 일정한 값을 보장할 수 있다.
가상 축 공간에서 공구 경로 생성
공구 경로 생성 작업은 부품 수치 제어 프로그램(시간 및 공작 기계 특성과 는 아무 상관이 없는 가상 축 공간의 기하학적 곡선)에 의해 주어진 공구 경로를 시간 및 공작 기계 특성과 관련된 개별 공구 경로(예: 가속 및 감속 특성 등)로 변환하는 것입니다.솔루션 프로세스는 다음과 같습니다.
수학적 모델의 확립
궤적 생성의 정확성을 보장하기 위해 파라메트릭 직접 보간 알고리즘은 의사 삼축 제어에 사용됩니다.핵심 포인트는 계산하기 쉬운 보간 된 곡선에 대한 파라메트릭 수학 모델을 설정하는 것입니다.
X = f1 (u)
Y = f2 (u)
Z = f3 (u) (1)
수식에서 u -- 매개 변수, u[0,1]는 실시간 궤적 계산에 함수 계산이 필요하지 않으며 몇 번의 덧셈, 뺄셈, 곱셈 및 분할 작업을 완료할 수 있습니다.
원형 아크 보간, 예를 들어, 유형 (1) 특정 형태는 다음과 같습니다 : (2) M의 유형 - 상수 행렬, 보간 점이 ~ 4 사분면에 위치 할 때, 그 값은 다음과 같습니다 : r - 아크 반경, 궤적, 즉 각 궤적 포인트 좌표 계산과 좌표의 원점이 누적 된 오차를 제거 할 수 있습니다. 보간 계산 속도와 정밀도를 효과적으로 보장합니다.
가속 및 감속 제어
생성된 공구 궤적이 공작 기계의 가속 및 감속 특성의 요구 사항을 충족하도록 하기 위해, 최적의 가속 및 감속 곡선은 공작 기계의 동적 특성에 따라 결정될 수 있으며 제어 시스템에 저장됩니다.시스템 작동 과정에서 먼저, 여러 프로그램 세그먼트를 스캔하여 이송 속도의 변동 추세를 분석하고 원하는 이송 속도 F를 결정합니다.그런 다음, 조작 패널에서 이송 속도 승수 K를 읽고, 그것으로 F가 수정된다. 대상 공급 속도 Fnew, Fnew=K.F;또한, Fnew는 현재 공급 속도 폴드와 비교하여, 현재 샘플링 기간의 순간 공급 속도 Fk(mm/min)는 공작 기계의 가속 및 감속 특성 곡선에 따라 계산된다.
속도 및 오류 제어
보간은 정적 기하학적 계산이 아니므로 현재 보간점과 이전 보간 점 사이의 거리를 이송 속도, 가속도 및 감속 요건을 충족하고 보간선 세그먼트와 두 점 사이의 보간 곡선 사이의 오차가 지정된 공차 범위 내에 있는지 확인해야 합니다.따라서 보간 선 세그먼트의 길이 Dtk는 제어 대상과 같은 순간 이송 속도와 제약 조건으로서 허용 가능한 오차로 제어되어야 합니다.
메서드는 다음과 같습니다.
첫째, 가속 및 감속 계산에 의해 주어진 순간 공급 속도 Fk에 따라, 다음 공식은 현재 샘플링 기간 (제약없이 보간 라인 세그먼트의 길이)에서 원하는 코드 길이를 계산하는 데 사용됩니다 : 수식 (3)에서 Dt1 -- 원하는 코드 길이, mm T -- 샘플링 기간, ms
E -- 보간 궤적과 원하는 궤적 사이의 허용 오차
R -- 보간 점에서 원하는 궤적의 곡률 반지름
마지막으로, Dtk의 값은 Dt1 및 Dt2의 상대적 크기에 따라 결정됩니다.즉, 문자열 길이 Dt1이 제약 조건 문자열 길이 Dt2보다 낮을 것으로 예상되는 경우 현재 보간 선 세그먼트의 길이가 Dtk= Dt1로 설정됩니다. 그렇지 않으면 Dtk=Dt2.
보간 궤적 계산
보간 궤적 계산의 작업은 각 샘플링 기간에서 위에서 얻은 보간 선 세그먼트의 길이 Dtk에 따라 보간 궤적의 선행 지점의 좌표값을 실시간으로 계산하는 것입니다.계산 프로세스는 다음과 같습니다.
첫째, 변수 증분 Du와 Dt 사이의 다음 관계에 따라 현재 보간 기간의 Du가 계산됩니다: 방정식 5에서 Du/ds -- 곡선 호 길이의 변수 변경 속도
높은 보간 빈도로 인해 아크 길이는 샘플링 기간의 코드 길이에 매우 가깝기 때문에 du/ds에서 du/Dt를 실제 계산에서 만들 수 있습니다.따라서 Du의 증분을 가지고 해당 Dt를 찾으면 필요한 Du /ds를 얻을 수 있습니다.
이 근사치는 이송 속도에 약간의 영향을 미치지만 보간 궤적 정확도에는 영향을 미치지 않습니다.샘플링 보간에서 궤적 정확도는 주요 모순이며 보간 점의 좌표 계산은 절대적으로 정확해야 하며 궤적을 따라 보간점의 모션 속도의 정확도는 보조 위치에 있고 사소한 오류가 허용될 수 있습니다.이 결과는 궤적 정확도를 보장할 뿐만 아니라 계산 속도를 향상시킵니다.
그런 다음 현재 샘플링 기간의 매개 변수 변수 값을 계산합니다: UK-1+Du(6). 마지막으로 영국을 방정식(1)으로 대체하여 보간 궤적의 앞부분의 좌표값 xk, yk 및 zk를 계산합니다.전체 불연속 보간 궤적은 보간의 종점에 도달할 때까지 위의 프로세스를 반복하여 얻을 수 있습니다.