1.一种高速加工过程中急速变向加速度补偿系统,其特征在于:包括进给轴、急速变向加速度补偿装置、工作台和控制系统,进给轴上安装有急速变向加速度补偿装置,急速变向加速度补偿装置上连接有工作台,进给轴、急速变向加速度补偿装置和控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种高速加工过程中急速变向加速度补偿系统,其特征在于:
所述的进给轴包括进给轴位移传感器(4),进给轴位移传感器(4)和进给轴驱动电机(1)的输出连接,或者,进给轴位移传感器(4)通过进给轴运动副(2)和进给轴驱动电机(1)的输出连接,进给轴位移传感器(4)中部连接有进给轴滑台(3)。
3.根据权利要求2所述的一种高速加工过程中急速变向加速度补偿系统,其特征在于:
所述的急速变向加速度补偿装置安装在进给轴滑台(3)上,急速变向加速度补偿装置包括急速变向加速度补偿装置位移传感器(8),急速变向加速度补偿装置位移传感器(8)和急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)的输出连接,或者,急速变向加速度补偿装置位移传感器(8)通过急速变向加速度补偿装置运动副(6)和急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)的输出连接连接,急速变向加速度补偿装置位移传感器(8)中部连接有急速变向加速度补偿装置滑台(7),急速变向加速度补偿装置滑台(7)与工作台固定连接,急速变向加速度补偿装置向进给轴提供一个与当前运动相反的加速度。
4.根据权利要求3所述的一种高速加工过程中急速变向加速度补偿系统,其特征在于:
所述的进给轴驱动电机(1)、进给轴位移传感器(4)与进给轴电机驱动器(9)连接,急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)、急速变向加速度补偿装置位移传感器(8)与急速变向加速度补偿装置电机驱动器(10)连接,进给轴电机驱动器(9)、急速变向加速度补偿装置电机驱动器(10)与控制系统(11)连接。
5.根据权利要求2所述的一种高速加工过程中急速变向加速度补偿系统,其特征在于:
当进给轴驱动电机(1)采用旋转电机,则进给轴运动副(2)为丝杠导轨运动副,同时进给轴位移传感器(4)为旋转编码器或光栅尺编码器;若进给轴驱动电机(1)为直线电机,则不需要进给轴运动副(2),进给轴位移传感器(4)为光栅尺编码器。
6.根据权利要求3所述的一种高速加工过程中急速变向加速度补偿系统,其特征在于:
当急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)采用旋转电机,则急速变向加速度补偿装置运动副(6)为丝杠导轨运动副,同时急速变向加速度补偿装置位移传感器(8)为旋转编码器或光栅尺编码器;若急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)为直线电机,则不需要急速变向加速度补偿装置运动副(6),急速变向加速度补偿装置位移传感器(8)为光栅尺编码器。
7.基于权利要求4所述系统的一种高速加工过程中急速变向加速度补偿方法,包括以下步骤:
1)在进行高速加工时,工作台延某一方向高速运动,控制系统(11)要求工作台以恒定加速度a急速变向,此时进给轴驱动电机(1)开启阻尼减速模式,进给轴位移传感器(4)测得进给轴滑台(3)实时位移si,根据公式(1)计算出进给轴滑台(3)瞬时速度dvi,式中t为时间;
2)将进给轴滑台(3)实时速度dvi带入到阻尼减速模型fri中,求出阻尼提供给进给轴滑台(3)的瞬时反向加速度dai;
dai=fri(m,dvi) (2)
式中m为进给轴驱动电机阻尼减速模式电机阻尼系数;
3)再将进给轴滑台(3)的瞬时速度dvi、瞬时反向加速度dai和控制要求的加速度a,带入急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)的控制模型fmi,求出急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)瞬时输出加速度daf和瞬时输出加加速度da′f;
(daf,da′f)=fmi(a,dvi,dai) (3)
4)将急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)瞬时输出加速度daf和瞬时输出加加速度da′f的值通过控制系统(11)输出到急速变向加速度补偿装置电机驱动器,再由急速变向加速度补偿装置电机驱动器驱动急速变向加速度补偿装置驱动电机(11)按照指定瞬时输出加速度daf和瞬时输出加速度da′f运转,此时,工作台即按照恒定加速度a减速直到完全停止;
5)当工作台减速到完全停止,急速变向加速度补偿装置驱动电机(5)开启阻尼减速模式,急速变向加速度补偿装置位移传感器(8)测得急速变向加速度补偿装置滑台(7)实时位移sf,并根据公式(4)计算出急速变向加速度补偿装置滑台瞬时速度dvf;
6)将急速变向加速度补偿装置滑台实时速度dvf带入到阻尼减速模型frf中,求出阻尼提供给急速变向加速度补偿装置滑台(7)的瞬时反向加速度daf;
daf=frf(m′,dvf) (5)
式中m′为急速变向加速度补偿装置驱动电机阻尼减速模式阻尼系数;
7)再将急速变向加速度补偿装置滑台(7)的瞬时速度dvf、瞬时反向加速度daf和控制要求的加速度a,带入进给轴驱动电机(1)的控制模型fmf,求出进给轴驱动电机瞬时输出加速度dai和瞬时输出加加速度da′i;
(dai,da′i)=fmf(a,dvf,daf) (6)
8)将进给轴驱动电机瞬时输出加速度daf和瞬时输出加加速度da′f的值通过控制系统(11)输出到进给轴电机驱动器,再由进给轴电机驱动器驱动进给轴驱动电机(1)按照指定瞬时输出加速度dai和瞬时输出加加速度da′i运转,此时,工作台即按照恒定加速度a反向加速直到从停止反向加速到控制要求速度。