一种基于双码联控的缠绕机工艺优化方法及缠绕机技术

本发明专利技术属于数控加工工艺优化领域，并具体公开了一种基于双码联控的缠绕机工艺优化方法及缠绕机，其包括如下步骤：S1、获取第一加工代码和缠绕机结构参数，进而进行速度估算；S2、识别估算速度中的速度波动区间，并对该速度波动区间进行平滑处理，得到加工进给速度，根据该加工进给速度得到第二加工代码；S3、通过第一加工代码与第二加工代码共同控制缠绕机对零件的加工，完成缠绕机工艺优化。本发明专利技术基于双码联控，直接从速度层面使缠绕加工光顺，避免了速度波动和机床震动，提高缠绕机加工质量和机床寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双码联控的缠绕机工艺优化方法及缠绕机
本专利技术属于数控加工工艺优化领域，更具体地，涉及一种基于双码联控的缠绕机工艺优化方法及缠绕机。
技术介绍
传统数控缠绕加工过程中，G代码将直接影响数控系统的速度规划，而质量不佳的G代码往往会造成加工过程中的速度波动，导致加工效率、轮廓精度、振动和表面质量等方面受到不良影响，从而生产出大量不合格产品，浪费资源，加工过程的剧烈振动甚至还会对机床本体造成一定程度的破坏。数控加工是一个较为复杂的过程，包含了前期的工艺方案和加工代码的确定以及后期的工艺参数优化等工作，后期的工艺优化又会对前期的工艺方案和加工代码做出调整。因此，数控加工的工艺参数优化是极为重要的一部分工作。近年来，学术界对于工艺优化方面的研究取得了很多成果，但是其中的大部分研究是针对光顺加工路径的生成方法进行的，该针对光顺加工路径的生成方法只能对加工轨迹进行光顺，从而提高机床各轴加工速度的连续性，但是无法改善各轴的速度波动。而少量直接从加工速度的角度研究的优化方法也存在很多不足，如专利CN110568761A公开了一种基于模糊控制的进给速度在线优化方法，其通过制作恒功率模糊控制器，应用模糊控制算法实现切削过程的恒功率控制。如专利CN106094737A公开了一种指定加工误差条件下的数控加工速度优化控制方法，根据形线判断是否进行粗插补分析，然后进行折线加工速度优化控制。但是这两种方法均无法找到速度波动的区间并针对性地进行优化，应用对象也均为切削加工，而缠绕加工与切削加工不同，缠绕加工是对某个单轴进行速度规划，而非对合成轴速度进行规划，并且缠绕加工速度一般较金属切削更高，速度波动对加工质量的影响更大，因此，前述方法难以使用到数控缠绕加工中来，对于数控缠绕加工速度波动的研究显得极为迫切。理论上来说，数控系统需要在满足机床性能约束的条件下对进给速度曲线进行优化，从而尽可能减少加工时间，同时获得平滑的进给运动。但在实际加工过程中，进给速度波动总是不可避免，因此完全平滑的进给运动是不存在的。引起进给速度波动的原因主要是插补算法的局限性，传统的数控系统只提供直线和圆弧插补，对于直线、圆弧等简单曲线来说，直线和圆弧插补可以拟合的很好，能够满足加工需求；但是对于非直线和圆弧的复杂曲线来说，如果采用直线或者圆弧去逼近，所得结果为理论加工路径的近似值，导致理论进给速度与实际进给速度不完全一致，从而产生进给速度波动。进给速度波动会给加工带来许多困难和危害，如产生较大加速度和跃度导致刀具抖动，使得加工路径不平滑，降低工件的加工质量等级。因此，亟需一种能解决上述问题的数控缠绕加工的工艺优化方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于双码联控的缠绕机工艺优化方法及缠绕机，其目的在于，直接从加工速度的角度对缠绕机工艺进行优化，减小缠绕机加工过程中的进给速度波动，提高加工质量。为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种基于双码联控的缠绕机工艺优化方法，包括如下步骤：S1、获取第一加工代码和缠绕机结构参数，进而进行速度估算；S2、识别估算速度中的速度波动区间，并对该速度波动区间进行平滑处理，得到加工进给速度，根据该加工进给速度得到第二加工代码；S3、通过第一加工代码与第二加工代码共同控制缠绕机对零件的加工，完成缠绕机工艺优化。作为进一步优选的，进行速度估算时，先计算几何约束估算速度、物理约束估算速度，然后以几何约束估算速度、物理约束估算速度以及第一加工代码中进给速度中的最小值作为估算速度。作为进一步优选的，计算几何约束估算速度，包括如下步骤：统一主动轴和各跟随轴的行程单位，然后将主动轴分别与每个跟随轴在二维空间做圆弧拟合，进而得到主动轴和各跟随轴的合成速度，并计算合成速度在主动轴上的分量，取合成速度在主动轴上分量的最小值作为几何约束估算速度。作为进一步优选的，计算物理约束估算速度，包括如下步骤：(1)速度校验：根据各跟随轴的进给极限速度，计算各跟随轴对应的合成进给极限速度，将最低合成进给极限速度在主动轴上分量作为初始主动轴速度约束极限；(2)加速度校验：根据初始主动轴速度约束极限反算各跟随轴的运动速度，根据第一加工代码计算各跟随轴运动速度增量，进而得到各跟随轴加速度；结合各跟随轴运动速度、加速度以及加速度极限，得到各跟随轴进给速度，进而得到多个主动轴速度约束，以主动轴速度约束中的最小值作为物理约束估算速度。作为进一步优选的，识别估算速度中的速度波动区间，包括如下步骤：以预设的移动间距滑动搜索区间窗口，对估算速度的整个区间进行搜索，得到估算速度区间中多组对应的极大值和极小值，进而得到估算速度中各匀速区间之间的速度波动区间。作为进一步优选的，对估算速度区间进行搜索，具体包括如下步骤：(1)滑动搜索区间窗口，若当前区间为匀速区间，则不做记录，搜索区间窗口右移继续搜索；若当前区间不为匀速区间，即第一次遇到变速点，局部最大值指针和局部最小值指针分别指向当前搜索区间窗口的第一个最大值和最小值；(2)继续滑动搜索区间窗口，按下述方法寻找极大值和极小值；在寻找极大值时，对比当前和上个区间中的速度最大值，若当前区间中速度最大值不小于上一区间中速度最大值时，则局部最大值指针指向当前区间的最大值，并继续进行极大值搜索；若当前区间中速度最大值小于上一区间中速度最大值时，则以上一区间的最大值为极大值，并清空局部最大值指针，接着寻找与极大值对应的极小值；在寻找极小值时，对比当前和上个区间中的速度最小值，若当前区间中速度最小值不大于上一区间中速度最小值时，则局部最大值指针指向当前区间的最小值，并继续进行极小值搜索；若当前区间中速度最小值大于上一区间中速度最小值时，则以上一区间的最小值为极小值，并清空局部最小值指针，接着寻找与极小值对应的极大值；(3)重复步骤(2)，直至当前区间再次为匀速区间，完成一次区间查找；(4)重复步骤(1)～(3)，直至完成对整个估算速度区间的搜索，得到多组对应的极大值和极小值，每组极大值和极小值之间即为一个速度波动区间。作为进一步优选的，对速度波动区间进行平滑处理，包括如下步骤：对估算速度中的速度波动区间进行平滑处理，对比平滑处理后的速度和估算速度，若平滑处理后的速度存在某处大于估算速度，则进一步查找速度波动区间周围最小的不会超速的规划区间，对该规划区间进行平滑处理，完成平滑处理；若平滑处理后的速度不大于估算速度，则直接完成平滑处理。作为进一步优选的，通过二分查找法查找速度波动区间周围最小的不会超速的规划区间。作为进一步优选的，采用S型加减速曲线规划对速度波动区间进行平滑处理。按照本专利技术的另一方面，提供了一种缠绕机，包括处理器和双码联控工艺优化模块，所述双码联控工艺优化模块在被所述处理器调用时，执行上述基于双码联控的缠绕机工艺优化方法。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双码联控的缠绕机工艺优化方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、获取第一加工代码和缠绕机结构参数，进而进行速度估算；/nS2、识别估算速度中的速度波动区间，并对该速度波动区间进行平滑处理，得到加工进给速度，根据该加工进给速度得到第二加工代码；/nS3、通过第一加工代码与第二加工代码共同控制缠绕机对零件的加工，完成缠绕机工艺优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双码联控的缠绕机工艺优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取第一加工代码和缠绕机结构参数，进而进行速度估算；
S2、识别估算速度中的速度波动区间，并对该速度波动区间进行平滑处理，得到加工进给速度，根据该加工进给速度得到第二加工代码；
S3、通过第一加工代码与第二加工代码共同控制缠绕机对零件的加工，完成缠绕机工艺优化。


2.如权利要求1所述的基于双码联控的缠绕机工艺优化方法，其特征在于，进行速度估算时，先计算几何约束估算速度、物理约束估算速度，然后以几何约束估算速度、物理约束估算速度以及第一加工代码中进给速度中的最小值作为估算速度。


3.如权利要求2所述的基于双码联控的缠绕机工艺优化方法，其特征在于，计算几何约束估算速度，包括如下步骤：
统一主动轴和各跟随轴的行程单位，然后将主动轴分别与每个跟随轴在二维空间做圆弧拟合，进而得到主动轴和各跟随轴的合成速度，并计算合成速度在主动轴上的分量，取合成速度在主动轴上分量的最小值作为几何约束估算速度。


4.如权利要求2所述的基于双码联控的缠绕机工艺优化方法，其特征在于，计算物理约束估算速度，包括如下步骤：
(1)速度校验：根据各跟随轴的进给极限速度，计算各跟随轴对应的合成进给极限速度，将最低合成进给极限速度在主动轴上分量作为初始主动轴速度约束极限；
(2)加速度校验：根据初始主动轴速度约束极限反算各跟随轴的运动速度，根据第一加工代码计算各跟随轴运动速度增量，进而得到各跟随轴加速度；结合各跟随轴运动速度、加速度以及加速度极限，得到各跟随轴进给速度，进而得到多个主动轴速度约束，以主动轴速度约束中的最小值作为物理约束估算速度。


5.如权利要求1所述的基于双码联控的缠绕机工艺优化方法，其特征在于，识别估算速度中的速度波动区间，包括如下步骤：
以预设的移动间距滑动搜索区间窗口，对估算速度的整个区间进行搜索，得到估算速度区间中多组对应的极大值和极小值，进而得到估算速度中各匀速区间之间的速度波动区间。


6.如权利要求5所述的基于双码联控的缠绕机工艺优化方法，其特征在于，对估算速度区间进行搜索，具体包括如下步骤：
(1)滑动搜索区间窗口，若当...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建中，周会成，刘雨康，高嵩，朱万强，张成磊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42