数控加工系统速度优化与补偿

　　本书综合应用数值方法、微分几何、实体建模、优化方法， 解决数控磨床加工过程中精度与效率的问题。全书共分为10 章， 前3 章阐述了数控加工的原理、工艺、加工路径以及误差检测与评定; 第4 章、第5 章阐述了速度优化与轮廓误差算法的理论依据与经验优化方法;第6 章基于实际数控磨床参数建立了仿真模型与凸轮磨削数学模型; 最后4 章阐述了数控凸轮加工过程中的速度优化与轮廓误差补偿算法。 本书可提供给机械工程、自动化专业研究生作为教材使用， 也可以提供给科研院所与企业研发人员、工程技术人员作为参考， 尤其是对进行数控加工方面研究与应用的技术人员具有参考价值。

　　田彦涛，吉林工业大学，教授，田彦涛教授长期从事复杂系统建模与优化控制、仿生与智能机器人系统控制等学科方向的基础研究与应用研究。“十二五”期间，围绕动态步行机器人运动学机理与控制方法、复杂环境下群体机器人系统协同适应性、电动汽车主动安全系统及智能化技术、新型非共面多旋翼飞行机器人、机器视觉与人脸表情识别等课题开展研究工作。其中，承担的国家自然科学基金项目，在国内首次开发了动态双足步行机器人原型机，并开展了关键技术研究，在运动学机理与控制方面取得突破。在群体机器人与多智能体系统协同适应性、多自主车辆决策与控制、智能汽车主动避撞等方面进行了系统研究（国家自然科学基金项目等）。与中国科学院长春光机所合作承担科学院创新项目新型多翼飞行机器人，突破了新型非共面旋翼飞行机器人关键技术，提高了系统可靠性，增加系统承载能力和续航时间。近五年，承担完成国家自然科学基金和国家重大科技成果转化项目3项、吉林省和教育部科技项目4项，目前正承担国家重点研发计划项目“电动汽车智能辅助驾驶技术研发及产业化”和国家自然科学基金重点项目“人机共驾型智能汽车的动力学特性及协同控制方法研究”。发表学术论文55篇，其中，收入SCI检索18篇、EI检索35篇，出版专著2部，申请并获得授权国家发明专利15项，科研成果获省部级科技进步三等奖1项。

第1章概述/1
1.1数控设备及数控加工/1
1.2数控机床结构及原理/2
1.2.1数控系统及伺服控制/2
1.2.2数控系统实现刀具轨迹控制的关键/5
1.2.3数控系统基本指令及数控编程/5
1.3数控设备加工误差/6
参考文献/7

第2章凸轮的磨削加工/8
2.1凸轮简介/8
2.1.1凸轮类型及特点/8
2.1.2盘形凸轮/9
2.1.3偏心轮/9
2.1.4共轭凸轮/9
2.2数控凸轮轴磨床的坐标系/10
2.2.1数控凸轮轴磨床的结构及主要运动/10
2.2.2数控凸轮轴磨床的设备坐标及参数/11
2.3凸轮磨削的数据处理/11
2.3.1凸轮升程表数据的预处理/11
2.3.2升程数据的密化处理/14
2.3.3凸轮轮廓及磨削关系计算/18
2.3.4理想磨削过程及磨削曲线/19
2.3.5砂轮的往复运动与叠加进给/20
2.3.6速度优化与轮廓误差补偿/21
参考文献/22

第3章凸轮的检测与轮廓误差评定/24
3.1凸轮轮廓测量仪结构及原理/24
3.1.1凸轮测量仪的基本功能及分类/24
3.1.2凸轮升程测量及滚轮半径选取/24
3.1.3共轭凸轮共轭度测量/27
3.1.4典型凸轮测量仪简介/29
3.2凸轮轮廓误差及特征参数计算/30
3.2.1凸轮的相位误差与轮廓误差/30
3.2.2凸轮相位角的计算/32
3.2.3凸轮的升程及轮廓曲线/54
3.2.4升程检测中的滚轮半径折算/56
3.2.5共轭凸轮的检测与共轭计算/57
3.2.6凸轮的误差评定/59
3.3凸轮检测误差/60
3.3.1影响测量误差的因素/60
3.3.2减少误差的措施/61
参考文献/62

第4章凸轮模型的速度优化与轮廓补偿/64
4.1速度曲线及其与轮廓误差的关系/64
4.1.1跟随误差及其对轮廓误差的影响/64
4.1.2速度与跟随误差/65
4.1.3基于同步滞后原理的速度优化/66
4.1.4几种基本的速度优化方法/68
4.2凸轮的形位误差补偿/69
4.2.1轮廓误差补偿/69
4.2.2相位误差补偿/70
4.2.3基圆半径补偿/70
4.3提高凸轮磨削精度的基本原则/71
参考文献/73

第5章基于经验公式的速度优化与补偿/74
5.1基于经验公式的速度优化/74
5.2凸轮形位误差的直接补偿/92
参考文献/93

第6章基凸轮磨削的数学建模/95
6.1机床各轴传动动力学模型/96
6.1.1X轴机械传动数学模型/96
6.1.2C轴机械传动数学模型/97
6.1.3X轴和C轴的非线性因素机理分析/98
6.2多轴联动控制系统数学模型/100
6.2.1对心直动尖顶从动件盘形凸轮/101
6.2.2对心直动滚轮从动件盘形凸轮/101
6.2.3对心直动平底从动件盘形凸轮/102
6.2.4砂轮位置与凸轮转角通用数学模型/102
参考文献/103

第7章基于Cycle-to-Cycle反馈控制的轮廓补偿/105
7.1Cycle-to-Cycle的原理/105
7.1.1CTC反馈控制概念/105
7.1.2CTC过程控制模型/106
7.2CTC在凸轮磨削中的应用/106
7.2.1基于CTC优化的双层轮廓误差补偿算法/107
7.2.2有效集方法/110
7.2.3采用双层优化的轮廓误差控制/112
参考文献/113

第8章凸轮磨削速度优化算法/115
8.1基于同步滞后的凸轮磨削速度优化算法/115
8.1.1单轴伺服跟踪误差计算/117
8.1.2基于同步滞后的凸轮轮廓误差模型磨削速度优化算法/118
8.1.3仿真实验与结果分析/122
8.2基于当量磨削的凸轮转速动态优化/126
8.2.1准恒线速度磨削加工/129
8.2.2基于恒当量磨削厚度的速度优化/131
8.2.3基于遗传算法的凸轮转速优化/133
8.2.4磨削转速动态优化仿真分析/136
参考文献/143

第9章凸轮磨削误差补偿/145
9.1凸轮磨削误差补偿的基本原理/145
9.2基于迭代学习控制的交叉耦合控制/146
9.2.1基本原理/146
9.2.2仿真实验与结果分析/149
9.3凸轮磨削的仿形跟踪误差补偿/149
9.3.1仿形跟踪/150
9.3.2凸轮轮廓误差模型/152
9.3.3仿真实验验证/155
9.4基于切向-轮廓控制与位置补偿的凸轮轮廓控制/157
9.4.1切向-轮廓控制算法/157
9.4.2整体轮廓误差控制算法/163
9.4.3整体轮廓误差控制算法的仿真验证/165
9.5基于遗传算法的凸轮升程误差修正/171
9.5.1凸轮升程曲线优化准则/171
9.5.2凸轮升程误差修正/172
9.5.3仿真实验结果/174
9.6基于等效误差法和B样条曲线的凸轮磨削算法研究/178
9.6.1等效误差模型原理/178
9.6.2等效误差模型使用限定条件/180
9.6.3B样条曲线实时插补算法及其隐函式化方法/181
9.6.4Caley隐函式化方法/182
9.6.5反馈线性化控制器设计/184
9.6.6凸轮磨削系统中不确定性干扰的分析/186
9.6.7反馈线性化控制器的计算过程/186
9.6.8基于反馈线性化控制器设计的仿真分析/190
9.6.9基于RBF神经网络的等效积分滑模控制器设计/193
9.6.10RBF神经网络自适应控制增益调整/197
参考文献/202

第10章基于GCTC优化的凸轮轮廓误差的双闭环控制/204
10.1广义CTC反馈控制/205
10.2基于GCTC控制的数控凸轮磨削的闭环轮廓曲线控制/207
参考文献/210

索引/212