五轴数控系统旋转轴快速平滑插补控制策略.pdf

五轴数控系统旋转轴快速平滑插补控制策略 * 
郑飂默 1,2  林浒 2  盖荣丽 2  王峰 1,2  张晓辉 1,2 
(1. 中国科学院研究生院北京  110039;
2. 中国科学院沈阳计算技术研究所高档数控国家工程研究中心,沈阳  110171) 
摘要:在五轴联动加工中,刀轴矢量与旋转轴运动坐标之间存在非线性关系,刀轴矢量的平滑过渡不能保证旋转轴的平滑运
动,尤其是当刀轴矢量接近机构奇异点时会引起旋转轴的剧烈震动,导致伺服报警,甚至损伤机床部件。通过分析旋转轴线
性插补和矢量插补过程中刀具姿态的变化情况,抽象出刀具姿态误差模型。根据加工允许的刀具姿态误差,在矢量插值段中
插入线性插值段,防止靠近奇异点处产生的旋转轴急速转动。结合指令行程和旋转轴性能进行旋转轴插补速度钳制,使用三
次样条曲线对矢量插值段和线性插值段进行平滑连接,保证整个插补过程中速度的连续平滑。试验结果表明,本策略可以在
满足刀姿误差要求的同时,实现旋转轴的快速平滑插补,并且已经应用于某航空结构件的批量加工生产中。
关键词:五轴数控系统运动控制刀姿误差奇异点
中图分类号:TG156 
Fast Smooth Interpolation Control Strategy of Rotary Axes for Five­axis 
CNC Systems 
ZHENG Liaomo 1,2  LIN Hu 2  GAI Rongli 2  WANG Feng 1,2  ZHANG Xiaohui 1,2 
(1. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039; 
2. National Engineering Research Center for High­C, Shenyang Institute puting Technology, 
Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110171 ) 
Abstract:In  the  five­axis  machining,  due  to  the  non­linear  relationship  between  the  tool  orientation  vector  and  the  rotary  axis 
coordinates, smooth interpolation movement of rotary axes is not capable of being guaranteed by smooth transition of the tool axis 
vector. Especially when the vectors pass through the singular point or its neighborhood, the strenuous mechanical vibration of the 
rotary axis causes the servo alarm, even damages the machine parts. The tool posture error mod