一种基于轨迹模式的拐角平滑过渡方法技术

本发明专利技术公开了一种基于轨迹模式的拐角平滑过渡方法，属于数控加工技术领域，包括以下步骤：利用三角函数，构造一种仅包含三个低谐波分量的轨迹模式；初始化参数；在坐标轴上分别建立关于边界限制的等式约束条件、关于运动轮廓限制的不等式约束条件和关于轮廓误差限制的目标函数，利用线性规划计算轨迹参数并代入轨迹模式中得到轴运动轨迹；调整轴运动轨迹，将轴运动轨迹合成得到拐角过渡曲线。本发明专利技术利用轨迹模式，同时完成拐角过渡曲线构造和轴速度规划，有效地提高平滑处理的效率，避免机械结构共振；轴运动轨迹光滑且仅包含三个低频分量，能够显著地降低驱动力/力矩中所包含的高频分量，避免对系统振动模态的激励，实现高速高质量加工。

【技术实现步骤摘要】
一种基于轨迹模式的拐角平滑过渡方法
本专利技术属于数控加工
，具体涉及一种基于轨迹模式的拐角平滑过渡方法。
技术介绍
早期，为了解决驱动轴频繁启停导致的机床振动问题，学者根据机床加减速性能、负载功率和轮廓误差等约束条件，在连续小线段连接处，计算允许通过的最大速度，并插入一条直线段进行过渡，实现数控程序的连续加工，有效地提高加工效率。但连接处速度方向的突然变化仍会引起机床振动。因此，一些学者在拐角处通过构造各种曲线(如圆弧、多项式、Bézier曲线、B样条等)，不断地提高过渡曲线与小线段连接处的光滑性，生成G1(切线连续)、G2(曲率连续)，甚至G3(曲率变化率连续)连续的加工轨迹，这类方法被称为局部轨迹平滑方法。该方法具有局部性较好和误差控制简单的优点，所以在实际加工中被广泛采用；但在构造G3以上连续性的加工轨迹时，该方法的算法复杂性会显著增加，同时加工效率和加工质量的提升也不再明显。随着样条插补方法的兴起，为了获得更加光滑的加工轨迹，研究人员提出全局轨迹平滑方法，主要是利用逼近或者插值的方式，在满足轮廓误差限定值的条件下，将由大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轨迹模式的拐角平滑过渡方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、设定轨迹模式：利用三角函数，构造一种仅包含三个低谐波分量的轨迹模式，轨迹模式中包括速度函数、加速度函数、加加速度函数和位移函数；/nS2、设置参数初始值：参数包括轨迹模式的基频、拐角过渡曲线的轮廓误差限制、拐角过渡曲线上的运动时间以及拐角过渡曲线起点和终点处的拐角速度、拐角加速度和拐角加加速度；/nS3、轴运动规划：建立平面直接坐标系，根据步骤S1中的轨迹模式在两个坐标轴上分别建立关于边界限制的等式约束条件、关于运动轮廓限制的不等式约束条件和关于轮廓误差限制的目标函数，利用线性规划求解轨迹模式中的轨迹参数，分别得到在两...

【技术特征摘要】
1.一种基于轨迹模式的拐角平滑过渡方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、设定轨迹模式：利用三角函数，构造一种仅包含三个低谐波分量的轨迹模式，轨迹模式中包括速度函数、加速度函数、加加速度函数和位移函数；
S2、设置参数初始值：参数包括轨迹模式的基频、拐角过渡曲线的轮廓误差限制、拐角过渡曲线上的运动时间以及拐角过渡曲线起点和终点处的拐角速度、拐角加速度和拐角加加速度；
S3、轴运动规划：建立平面直接坐标系，根据步骤S1中的轨迹模式在两个坐标轴上分别建立关于边界限制的等式约束条件、关于运动轮廓限制的不等式约束条件和关于轮廓误差限制的目标函数，利用线性规划求解轨迹模式中的轨迹参数，分别得到在两个坐标轴上进行运动规划的轴运动轨迹和拐角速度；
S4、轴运动调整：当在两个坐标轴上进行运动规划的拐角速度相等时，将两个坐标轴上的轴运动轨迹合成即可得到拐角过渡曲线和加工拐角过渡曲线时的轴速度规划；当在两个坐标轴上进行运动规划的拐角速度不相等时，重新规划其中一个坐标轴上的轴运动轨迹直到两个拐角速度相等，将两个坐标轴上的轴运动轨迹合成即可得到拐角过渡曲线和加工拐角过渡曲线时的轴速度规划。


2.根据权利要求1所述的一种基于轨迹模式的拐角平滑过渡方法，其特征在于，以x轴为例，步骤S3包括如下步骤：
S31、边界限制：通过拐角过渡曲线的起点处的位移、速度、加速度和加加速度以及终点处的速度、加速度和加加速度，建立关于边界限制的等式约束条件；
S32、运动轮廓限制：在拐角过渡曲线上，根据期望的光滑轴运动轮廓，即x轴上加速时轴加速度函数始终大于或等于零，或者x轴减速时轴加速度函数始终小于或等于零，建立关于运动轮廓限制的不等式约束条件；
S33、轮廓误差限制：根据拐角点到拐角过渡曲线的最小距离即轮廓误差与设置的轮廓误差限制，建立关于轮廓误差限制的目标函数；
S34、轨迹参数计算：根据等式约束、不等式约束和目标函数，利用线性规划，计算轨迹参数；
S35、轨迹参数验证：根据计算得到的轨迹参数计算轮廓误差，若轮廓误差小于或等于轮廓误差限制，则通过轨迹参数得到x轴轴运动轨迹；否则，将拐角速度改为现有的拐角速度的1/2，重复步骤S31至S35，直到轮廓误差小于或等于轮廓误差限制。


3.根据权利要求1所述的一种基于轨迹模式的拐角平滑过渡方法，其特征在于，步骤S4中，设在x轴上进行运动规划的拐角速度为vi，c，x，在y轴上进行运动规划的拐角速度为vi，c，y，若vi，c，x＝vi，c，y，将x轴轴运动轨迹与y轴轴运动轨迹合成得到拐角过渡曲线和加工拐角过渡曲线时的轴速度规划；
若vi，c，x＜vi，c，y，令vi，c＝vi，c，y，执行步骤S31至S35，重新进行y轴上的运动规划，直到vi，c，x＝vi，c，y，再将x轴轴运动轨迹与y轴轴运动轨迹合成得到拐角过渡曲线和加工拐角过渡曲线时的轴速度规划；
若vi，c，x＞vi，c，y，令vi，c＝vi，c，x，执行步骤S31至S35，重新进行x轴上的运动规划，直到vi，c，x＝vi，c，y...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，王保升，闫注文，潘龙，吕东升，陆玄鸣，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32