一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法技术

本发明专利技术提供了一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法，包括对所要加工的轮廓确立采样间隔，对轮廓进行离散化，形成离散数据点的步骤；对离散数据点参数化的步骤；结合给定最大误差上界找出适应度函数的步骤；设置遗传算法参数，随机产生初代种群；对初代种群解码，带入适应度函数，判断是否符合要求的步骤；编码后进行遗传算法的步骤；输出最优节点矢量，采用17段加减速控制方法控制多轴联动机床启动、停止和加工过程的步骤。本发明专利技术设计的用于多轴联动机床的轮廓加工方法，在B样条曲线最小二乘拟合的基础上，使用遗传算法，结合给定最大误差上界找出适应度函数，不断迭代找出最优化节点划分，完成了路径的规划。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法
本专利技术涉及数控机床的轮廓加工领域，具体涉及一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法。
技术介绍
随着数控机床朝着高精度高速度高稳定的方向发展，B样条曲线插补相对于传统的微小直线段插补具有代码程序段、无需像NC进行高速程序传输、加工效率高和加工质量好等优点。计算机性能的不断提升，插补过程中计算效率越来越高，使得复杂的曲线曲面有了良好的数学表达，因而解决了复杂零件的制造问题，同时机械加工周期短效率高。我国是数控领域不论是生产上还是应用上都是大国。高档数控机床和机器人领域为重点发展的十大产业之一，国家层面投入大量的财力物力支持数控产业发展，取得了不少辉煌的成果。但是与世界上发达国家相比，由于产业起步晚，国外的核心技术的封锁，使得数控技术的研究和应用的水平都还很低。目前在市场上，高档数控机床还是被国外的企业所垄断。加速高档数控技术研究尤其是多轴联动技术迫在眉睫。嵌入式系统由于其系统稳定好，易于实现使得成为现代工业发展的主要方向，高速中央处理器芯片、RISC芯片，高速实时的工业通讯协议如Ethercat等使得实时插补功能得以实现。插补器是数控系统中的核心部件，插补算法又是数控系统中的核心技术，插补器的优劣，很大程度上决定了数控机床的质量，为此丞待开发一种用于多轴联动机床的轮廓加工装置及系统方法。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法。本专利技术设计的用于多轴联动机床的轮廓加工方法，及补插器，在B样条曲线最小二乘拟合的基础上，使用遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)，结合给定最大误差上界找出适应度函数，使用群智能优化算法，不断迭代找出最优化节点划分。完成了路径的规划之后，对机床的速度进行有效的控制，从而减少机床的冲击，提高运行的平稳，提高加工效率和工件的加工质量。为实现所述技术目的，本专利技术的技术方案是：一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法，包括以下步骤：S1：对所要加工的轮廓确立采样间隔，对轮廓进行离散化，形成离散数据点；S2：对离散数据点参数化；S3：在非均匀有理B样条曲线最小二乘拟合的基础上，使用遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)，结合给定最大误差上界找出适应度函数；S4：设置遗传算法参数，随机产生初代种群；S5：对初代种群解码，带入适应度函数，判断是否符合要求，若符合则进行步骤S7，否则进行步骤S6；S6：编码后进行遗传算法，重新进行步骤S5的判断；S7：输出最优节点矢量，采用17段加减速控制方法控制多轴联动机床启动、停止和加工过程。进一步，所述步骤S2中，对离散数据点参数化的步骤如下：T1:选择离散数据点Qk，数据点Qk对应的参数值为所述非均匀有理B样条曲线为其中Pj是包围样条曲线的控制顶点，一组非减的实数参数u组成节点矢量U，Nj,p(u)表示p次B样条的第j个基函数，由deBoor和cox递推定义：其中规定T3：给定数据点Q0,Q1…,Qm，假定p≥1，逼近曲线必过首末两点，则需要满足以下条件：Q0＝C(0),Qm＝C(1)；剩下的数据点Q1～Qm-1在最小二乘的意义下被逼近，即T4：令令T5：求所述函数f的最小值，即T6：将步骤T5中的式子，表示为以控制点Pi为未知的线性方程组：(NTN)P＝R其中N是一个(m-1)×(n-1)的一个标量矩阵：R是由n-1个点组成的列向量：P是一个由n-1控制点组成的列向量：对于满足法向约束的条件，具体如下其中di是数据点对应参数值，其几何意义就是数据点参数化后对应曲线上的斜率与法向约束条件li垂直；T7：对N求极小范数最小二乘广义逆，保证步骤T6中的线性方程组有且仅有唯一的极小最小二乘解。进一步，所述步骤S6中，所述编码的步骤如下：E1：对于一个完整的n维的可行解将对应数值通过二进制编码的方式映射到[ai,bi]区间中；E2：每一个可行解至少分为(bi-ai)×10m个部分，其中m为所要求的节点矢量精度小数点后m位；E3：用位表示二进制串码位数，则进一步，所述步骤S5中对初代种群解码方法为所述步骤S6中编码的逆运算，则其解码计算公式为：进一步，所述步骤S4中，设置遗传算法参数包括：设置交叉几率为0.8和设置变异几率为0.1的步骤。进一步，所述步骤S6中所述的遗传算法，包括以下步骤：P1选择：使用传统的轮盘赌的方式将上一代随机种群的百分之95的个体复制到下一代中；P2：交叉：交叉几率为0.8，采用的点对点交叉；P3：变异：结合自然界变异概率，设置的变异几率为0.1。进一步，所述步骤S3和S5适应度函数，采用伪代码形式。进一步，所述步骤S7中，17段加减速控制方法包括以下阶段：加加加速、匀加加速、减加加速、匀加速、减加加速、匀加加速、加加加速、减加速、匀速、加加减速、匀加减速、减加减速、匀减速、减加减速、匀加减速、加加减速、减减速。本专利技术的有益效果在于：本专利技术设计的用于多轴联动机床的轮廓加工方法，及补插器，在B样条曲线最小二乘拟合的基础上，使用遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)，结合给定最大误差上界找出适应度函数，使用群智能优化算法，不断迭代找出最优化节点划分。完成了路径的规划之后，对机床的速度进行有效的控制，从而减少机床的冲击，提高运行的平稳，提高加工效率和工件的加工质量。附图说明图1是本专利技术对应的用于多轴联动机床的轮廓加工系统框图；图2是本专利技术的用于多轴联动机床的轮廓加工方法流程图；图3是本专利技术的17段加减速控制阶段仿真图；图4是本专利技术的实施例1中的数据图；图5是本专利技术的实施例1中的收敛图；图6是本专利技术的实施例2中的数据图；图7是本专利技术的实施例2中的收敛图。具体实施方式下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。如图1所示，本专利技术的用于多轴联动机床的轮廓加工方法，是基于一种用于多轴联动机床的轮廓加工系统，其包括：多轴联动驱动电机，解析器模块，插补器模块，运动控制模块和主处理器；所述解析器模块中使用RS274语言，用于解析常用的NC代码指令，将数控代码如G代码、M代码等翻译成可以驱动电机运动的脉冲信号。所述主处理器通过并口连接多轴联动驱动电机；所述插补器模块根据所要加工的轮廓，通过插补运算，结合运动控制模块和主处理器，控制多轴联动驱动电机的运动轨迹。在数控系统中，实现插补的方式可以是硬件的也可以是软件的。硬件插补的优点速度快、精度较高；缺点也是明显的：电路比较复杂、成本也高，电路一旦设计完毕，其功能也就确定，无法升级更新。软件插补优点是实现灵活，尤其是始终类思想设计的软插补算法，修改、添加、维护都是很方便的。但是也存在速度不比硬件来的快，且如果代码不成熟前期容易出现BUG，需要专门的人员进行不断的维护。在本专利技术的数控轮廓加工系统中，可以兼顾硬件和软件两种插补方法，采用两级插补协同共同完成插补任务，一级插补为软件插补完成粗插补，二级插补为硬件插补完成精插补。本专利技术主要采用的数据采样插补。所谓数据插补就被称作是时间插补或者数字增量式插补，在这类插补中，数控装置产生的不是一个个脉冲，而二进制数字的形式。非常适合与闭环和半闭环直流或交流电机的控制系统中。对于数控系统中最直接的插补方式直线插补和圆弧插补，采样插补的实现过程就是将具体线段或者圆弧的整段时间分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对所要加工的轮廓确立采样间隔，对轮廓进行离散化，形成离散数据点；S2：对离散数据点参数化；S3：在非均匀有理B样条曲线最小二乘拟合的基础上，使用遗传算法(Genetic Algorithm，GA)，结合给定最大误差上界找出适应度函数；S4：设置遗传算法参数，随机产生初代种群；S5：对初代种群解码，带入适应度函数，判断是否符合要求，若符合则进行步骤S7，否则进行步骤S6；S6：编码后进行遗传算法，重新进行步骤S5的判断；S7：输出最优节点矢量，采用17段加减速控制方法控制多轴联动机床启动、停止和加工过程。

【技术特征摘要】
1.一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对所要加工的轮廓确立采样间隔，对轮廓进行离散化，形成离散数据点；S2：对离散数据点参数化；S3：在非均匀有理B样条曲线最小二乘拟合的基础上，使用遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)，结合给定最大误差上界找出适应度函数；S4：设置遗传算法参数，随机产生初代种群；S5：对初代种群解码，带入适应度函数，判断是否符合要求，若符合则进行步骤S7，否则进行步骤S6；S6：编码后进行遗传算法，重新进行步骤S5的判断；S7：输出最优节点矢量，采用17段加减速控制方法控制多轴联动机床启动、停止和加工过程。2.根据权利要求1所述的一种用于多轴联动机床的轮廓加工方法，其特征在于，所述步骤S2中，对离散数据点参数化的步骤如下：T1:选择离散数据点Qk，数据点Qk对应的参数值为T2：令则有所述非均匀有理B样条曲线为其中Pj是包围样条曲线的控制顶点，一组非减的实数参数u组成节点矢量U，Nj,p(u)表示p次B样条的第j个基函数，由deBoor和cox递推定义：其中规定T3：给定数据点Q0,Q1…,Qm，假定p≥1，逼近曲线必过首末两点，则需要满足以下条件：Q0＝C(0),Qm＝C(1)；剩下的数据点Q1～Qm-1在最小二乘的意义下被逼近，即T4：令令T5：求所述函数f的最小值，即T6：将步骤T5中的式子，表示为以控制点Pi为未知的线性方程组：(NTN)P＝R其中N是一个(m-1)×(n-1)的一个标量矩阵：R是由n-1个点组成的列向量：P是一个由n-1控制点组成的列向量：对于满足法向约束的条件，具体如下其中di是数据点对应参数值，其几何意义就是数据点参数化后对应曲线上的斜率与...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙秉辉，张兆军，丁家会，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32