基于OMAPL138的柔性材料切割数控系统关键技术研究与开发

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在柔性材料的加工工艺链中,切割设备加工工艺一直是最核心的环节。柔性材料切割数控系统作为切割设备的核心技术,正朝着柔性化、高效化、精密化的方向发展。本文围绕柔性材料切割数控系统的工艺信息解析算法、微小线段群处理算法、柔性加减速速度规划算法、插补规划算法、刀向跟随算法和速度平滑算法等关键数控技术进行研究,旨在开发出一款拥有自主知识产权的高性能柔性材料切割数控系统。  针对柔性材料PLT加工文件的解析工作,提出了在解析轨迹信息的基础上,加入轨迹平滑优化处理的算法,并针对不同的加工条件自适应生成附加工艺信息,为后续控制算法运算提供有效数据。  针对加工文件存在的大量微小线段现象,提出了采用NURBS曲线拟合的解决方案,并建立了曲线拟合策略模型;同时,限定了微小线段群的拟合许可条件,制定了分段拟合方法,从而实现数控系统对微小线段群的优化处理功能。  针对柔性加减速速度规划算法,分析了标准七段S型速度曲线的特征模型,建立曲线段加减速过程中求解实际最大速度的数学模型,并提出二分迭代方法计算速度最大值方案,有效提高了系统运算效率。采用混合曲线段速度前瞻算法,建立曲线段间衔接点速度约束模型,推导曲线段间最大许可衔接速度,有效提高了系统的加工运行效率。  针对插补输出算法,采用基于时间分割原理的插补规划技术,分析了NURBS曲线的插补原理,推导出具体的插补计算公式。研究了插补误差量的产生情况,提出了基于三角形平均方法和可变插补周期方法的插补误差消除算法,以减小加工过程的速度波动。同时推导了NURBS曲线的刀向跟随计算公式,提出了刀向跟随算法实现方案。  在基于OMAPL138+FPGA的运动控制器硬件平台上实现上述关键算法,并通过切割机床实际加工验证控制算法,结果表明本文所涉控制算法适用于柔性材料切割数控系统,并能有效提高系统的加工质量和加工精度。
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