基于Pro／E的多轴联动数控加工进给速度控制技术研究

　　进给速度是数控加工切削用量中的一个重要参数，如果在工件加工过程中实际切削进给速度存在剧烈变化，将对加工表面质量和刀具使用寿命产生严重影响。因此，最大限度地保持刀具切削部位相对于工件的表面进给速度恒定，对多轴联动加工具有重要意义。

　　数控加工进给速度F指的是各轴的伺服控制速度，而伺服控制速度以对应轴的位移来确定。三轴联动加工编程时，刀具相对于工件做平动，仅以一个刀位点的运动就可以代表整个刀具的运动，此时程序中的F为刀具相对于工件的合成进给速度。多轴联动加工编程时，由于转动轴或回转轴的加入，还需要用一个刀轴矢量才能准确描述刀具的运动，刀轴上各点的实际进给速度不尽相同，合成后的刀具实际进给速度厂与程序中指定的进给速度不一致，而随刀具的位置发生变化。为了保证工件表面的恒切削速度，在编程时应考虑对编程进给速度F进行修正，根据工艺条件选择好合适的实际进给速度^对每个程序段反求出所需要的F指令值，来保持刀位点的进给速度的平稳。

　　针对上述多轴联动实际进给速度不断变化的问题，结合数控系统相应指令，推导出多轴联动数控加工时实际进给速度，和编程进给速度F的关系，并在Pro／E上对其进行后置处理，实现数控加工进给速度的有效控制。

1 多轴联动进给速度控制建模

　　在数控系统中，对多轴联动加工进给速度的控制通常采用G93和G94指令进行。

　　(1)G94指令有效对应F的特点

　　G94指令有效时，数控加工程序段中的F值表示的是速度，即

F=△ s／△T

　　当三轴联动加工时，F代表的是单位时间内进给的位移，且这个位移量是x、y、z三个直线轴位移的矢量合成。
 

　　式中，△X、△Y、△z为在数控加工程序段中三个直线轴方向上的增量，单位为mm。

　　当多轴联动加工时，由于含有移动轴和转动或旋转轴的增量，系统处理比较复杂。对于一些较新的数控系统，通常都采用了扩展线位移概念的做法，即把角度的旋转位移也等同于线位移看待，合成位移量类似于上述直线轴位移的矢量合成，即

　　式中：移动轴的增量单位为mm，转动或旋转轴的增量为(°)；As无实际意义，为了方便，称之为当量位移。此时，多轴联动加工程序段中的，代表的是单位时间内产生的当量位移。在G94指令有效时，数控系统执行各程序段所需要的时间△T(单位为min)。

△T=△s／F

　　(2)G93指令有效对应F的特点

　　G93指令有效时，数控加工程序段中的，值给出的是进给率，表示为数控系统执行该段程序所需要时间的倒数，即

F=1／△T

　　对应的时间由式(4)计算。式中时间单位为min。

△T=1/F              (4)

　　从式(4)可以看出，无论这个程序段有几个轴的运动，且不论是移动、转动还是旋转，所有的运动轴都在规定的时间△T内到达指定位置。

　　(3)多轴联动进给速度的分析

　　从式(3)、(4)可知，数控系统能计算执行该段程序所运行的时间，并用此统一时间来控制各轴的匀速运动，且使各运动轴同时到达规定位置，实现多轴联动加工。刀具相对工件的实际速度，为

f=δs/△T              (5)

　　数控加工程序经过后置处理，系统计算出加工程序中相邻两程序段转动或旋转轴在机床坐标系中的增量△A、△C；当△A、△c较小时，则在前处理阶段得到的对应的相邻两刀位点坐标在工件坐标系中的距离就可看作为刀具相对于工件的实际运动距离8s，如式(6)所示。

　　多轴联动数控加工刀具的运动方式是线性插补运动，刀具运动包络面和加工曲面之间存在一定的逼近误差，包括直线逼近误差和刀具摆动误差。因此，为减小加工误差，在前处理阶段一般选择较小的走刀步长，从而在后处理阶段得到的△A、△C也在合理的范围之内，保证了式(5)的正确性。