針對數控加工向高速發展的需求，提出一種新的柔性加減速控制方法，該方法可按用戶給定的任意加減速曲線或系統動態生成的加減速曲線對機床的運動進行自動加減速控制，為獲得最佳的機床動態特性提供一條新的途徑。
數控加工正朝著高速高效方向發展。在高速加工中，一方面由於進給速度很快，為充分利用機床的有效工作行程(一般只有數百毫米)，必須要求各坐標運動部件能在極短的時間內達到給定的速度並能在高速行程中瞬間停准。另一方面，由於高速加工的切削時間縮短，換刀間隔縮短，機床運動啟停頻繁，因此，縮短運動部件啟停的過渡過程時間，也將具有重要意義。上述兩方面要求歸結到一點，就是要求機床運動具有極短的加減速過渡過程。然而，如果僅從時間上去考慮縮短過渡過程，而不對機床的加減速動態過程進行合理的控制，必將給機床結構帶來很大衝擊，輕者將使其難以正常工作，重者將損傷機床零部件。因此，如何保證在機床運動平穩的前提下，實現以過渡過程時間最短為目標的最優加減速控制規律，使機床具有滿足高速加工要求的優良加減速特性，已成為現代數控系統研究開發中亟待解決的關鍵問題之一。
為解決此問題，一方面要求數控系統能因機而異、因時而異來動態確定加、減速控制規律(即動態選擇或生成與具體情況相適應的加減速曲線)。另一方面，需在控制系統中採用特殊方法來實現這種動態規律(多變的加、減速曲線)。顯然，傳統數控系統採用的固定加減速控制方法是無法實現這一要求的。為此，本文根據開放式結構控制的思想，提出一種可根據任意曲線對數控機床的運動進行自動加減速控制的方法。這種方法將自動加減速控制由傳統的固定模式推向新的柔性模式，為有效提高數控機床的動態性能探索出一條新的途徑。
1、柔性加減速控制的基本思想
傳統數控系統中，一般由系統程序直接實現特定的(如直線、指數曲線等)自動加減速控制功能。在這一方式下，要對系統的加減速特性作大的改變或增加新的加減速控制規律必須修改數控系統程序，因而普通用戶無法按自己的意願使數控機床具有最佳的加減速性能。與此相反，本文提出的柔性加減速控制方法則採用資料庫的原理，將加減速控制分為加減速描述與實施兩部分，並將加減速描述與系統程序相分離。這樣，若要改變系統的加減速控制規律只需獨立地修改加減速描述數據，而不需要修改數控系統程序，從而為用戶提供一種可按自己的實際情況方便地改變系統的加減速性能的新方法。在這一新的控制方式下，數控系統的自動加減速控制功能將具有高度柔性並對用戶完全開放。
為做到加減速的計算和控制過程與加減速曲線形狀無關，本文以實時資料庫的形式來獨立存儲加減速曲線。即將給定的加、減速曲線或自動生成的加、減速曲線進行數字化處理，得到其離散形式，並將其以數表形式動態存放於數控系統內的加、減速曲線庫中。在數控系統軟體中，則設計一條通用的與加減速資料庫內容(曲線形狀)無關的控制通道，由其獨立完成加減速計算和軌跡控制。該方法的實現原理如圖1所示。
1、柔性加減速控制的基本思想
傳統數控系統中，一般由系統程序直接實現特定的(如直線、指數曲線等)自動加減速控制功能。在這一方式下，要對系統的加減速特性作大的改變或增加新的加減速控制規律必須修改數控系統程序，因而普通用戶無法按自己的意願使數控機床具有最佳的加減速性能。與此相反，本文提出的柔性加減速控制方法則採用資料庫的原理，將加減速控制分為加減速描述與實施兩部分，並將加減速描述與系統程序相分離。這樣，若要改變系統的加減速控制規律只需獨立地修改加減速描述數據，而不需要修改數控系統程序，從而為用戶提供一種可按自己的實際情況方便地改變系統的加減速性能的新方法。在這一新的控制方式下，數控系統的自動加減速控制功能將具有高度柔性並對用戶完全開放。
為做到加減速的計算和控制過程與加減速曲線形狀無關，本文以實時資料庫的形式來獨立存儲加減速曲線。即將給定的加、減速曲線或自動生成的加、減速曲線進行數字化處理，得到其離散形式，並將其以數表形式動態存放於數控系統內的加、減速曲線庫中。在數控系統軟體中，則設計一條通用的與加減速資料庫內容(曲線形狀)無關的控制通道，由其獨立完成加減速計算和軌跡控制。該方法的實現原理如圖1所示。
首先，根據數控加工的初始進給速度F1，加速過程結束后的希望進給速度F2,求出加速過程速度差FD＝F2-F1，並據此計算出實際速度差與樣板速度差的比值
K＝FD／fd(1)
然後，根據加速開始到當前時刻所經過的採樣周期個數n，計算出查表時間
tn＝T.n／K(2)
式中T--採樣周期
根據tn查加速曲線表可得樣板速度增量fn。由此可計算出經過n個插補周期后實際速度的改變數
ΔFn＝fn.K(3)
進一步，將求出的n周期速度改變數ΔFn代入下式，求出當前採樣周期的實際進給速度
Fi＝F1＋ΔFn(4)
最後，根據所求得的Fi計算當前採樣周期中插補直線段的長度，並據此進行軌跡計算，即可實現滿足圖2曲線要求的自動加速控制。
3、柔性自動減速控制
設給定的減速曲線如圖3所示，如同加速控制一樣將其作為樣板以數表的形式存放於加減速曲線庫中。根據減速曲線數表實現自動減速控制的過程如下：
首先，根據數控加工的初始進給速度F1，減速過程結束后的希望進給速度F2，求出減速過程速度差FD＝F1-F2。
然後，按照與加速控制相同的過程由式(1)、(2)求出查表時間tn，並查減速曲線表得樣板速度增量fn。由此可計算出經過n個插補周期后實際速度的改變數
ΔFn＝FD-fn.K(5)
進一步，將求出的n周期速度改變數ΔFn代入下式，求出當前採樣周期的實際進給速度
Fi＝F1-ΔFn(6)
最後，根據Fi計算當前採樣周期中插補直線段的長度，並據此進行軌跡計算，即可實現滿足曲線要求的自動減速控制。
對於自動減速控制，減速前還需預測減速點，以決定何時開始減速。確定減速點的依據是減速距離s，其計算公式為
(7)
式中F1、F2--當前進給速度和減速過程結束后的進給速度
fd--減速曲線樣板速度差
td--樣板減速時間
sd--樣板減速距離
計算實際減速距離s時，所需的樣板減速距離sd可通過下式以離線方式預先求出，並存儲於加減速資料庫中。
首先，根據數控加工的初始進給速度F1，減速過程結束后的希望進給速度F2，求出減速過程速度差FD＝F1-F2。
然後，按照與加速控制相同的過程由式(1)、(2)求出查表時間tn，並查減速曲線表得樣板速度增量fn。由此可計算出經過n個插補周期后實際速度的改變數
ΔFn＝FD-fn.K(5)
進一步，將求出的n周期速度改變數ΔFn代入下式，求出當前採樣周期的實際進給速度
Fi＝F1-ΔFn(6)
最後，根據Fi計算當前採樣周期中插補直線段的長度，並據此進行軌跡計算，即可實現滿足曲線要求的自動減速控制。
對於自動減速控制，減速前還需預測減速點，以決定何時開始減速。確定減速點的依據是減速距離s，其計算公式為
(7)
式中F1、F2--當前進給速度和減速過程結束后的進給速度
fd--減速曲線樣板速度差
td--樣板減速時間
sd--樣板減速距離
計算實際減速距離s時，所需的樣板減速距離sd可通過下式以離線方式預先求出，並存儲於加減速資料庫中。
(8)
式中fi--樣板減速曲線f(t)的離散取值
Δt--數值積分的時間增量
4、結束語
合理的自動加減速控制是保證數控機床(特別是高速機床)動態性能的重要環節。傳統的基於固定曲線的自動加減速控制由於缺乏柔性，不易保證加減速過程與機床性能相配合，難以使機床運動的動態特性達到最佳。
本文提出的柔性加減速控制方法，將加減速描述與系統程序相分離，使得改變系統加減速性能時只需獨立地修改加減速描述數據，而不需要修改數控系統程序。這樣，用戶可按自己的實際情況方便地改變系統的加減速控制規律，從而獲得最佳的機床動態性能。
所提出的方法已成功地用於國產數控機床的控制，為發展國產開放式結構數控系統提供了一條新的思路。
參考文獻
1畢承恩，丁乃建等.現代數控機床(上、下冊).北京：機械工業出版社，1991
2周凱，陸啟建.一種新型計算機數控系統.製造技術與機床，1997(8)：12～15
