一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法技术

本发明专利技术涉及一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法，用于工程制造系统流程中对计算机辅助制造系统(CAM)生成的NC程序存在的刀具路径的缺陷进行定位并优化。首先，定义了数控系统加工路径的信息模型，通过对CAM系统生成的NC工艺文件进行解析提取出进给轴的位置信息并利用可视化工具生成刀具路径，利用OPC UA实现加工路径的信息模型的映射和封装，在应用系统中使用路径自适应优化算法对缺陷路径进行优化并发送至OPC UA服务器，OPC UA服务器集成在数控系统中，数控系统利用优化后的刀具路径进行加工。该方法能够实现数控系统加工刀具路径的自适应优化和实时的数据传输，并且能够辅助工程师的工艺设计，减轻工艺开发和监控的负担以及提高工件的加工质量，缩短生产周期。期。期。

【技术实现步骤摘要】
一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法


[0001]本专利技术涉及数控加工
，具体涉及一种数控系统加工刀具路径的自适应滤波优化方法。

技术介绍

[0002]当前的自动化制造在工业实践中依赖于计算机数控机床和计算即辅助制造系统(CAM)之间的数据传输，CAM系统规划了数控系统的加工过程，从根本上决定了加工的质量与效率。然而CAM系统直接生成的加工程序只关注位置上的连续，不考虑运动时的情形，因此导致其刀具路径较为粗糙，存在一些负面特征点及特征边缘。刀具路径拐角明显、相邻路径不均匀、点位分布不均匀等情形均会对加工造成负面影响。在以往的工作中，CAM系统的数据输入仅在程序设计阶段、并且不允许根据加工过程中收集的数据做出工艺决策，CAM与机床控制器之间的数据传输是单向的，对于负面特征点的优化通常依赖于CNC程序员的参与，这样的处理方式必须付出大量的人工努力并且受到操作者技术水平、工件形状等客观因素的影响和制约。

技术实现思路

[0003]为解决计算机辅助制造系统(CAM)直接生成的加工程序刀具路径较为粗糙，存在一些负面特征点及特征边缘以及CAM与数控系统之间的数据传输是单向的这一问题，本专利技术在CAM系统与机床控制器之间建立了数据传输的闭环，提出了数控系统加工刀具路径的自适应滤波优化方法,对原始NC程序生成的刀具路径进行自适应的滤波优化，并将此过程以可视化应用的方式封装在OPC UA服务器中，从而与机床控制器进行集成。
[0004]本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案是：
[0005]一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法，用于加工过程中对分布不均、拐点曲率大的缺陷路径执行如下步骤，定位缺陷路径、自适应滤波，所述方法包括以下步骤：
[0006]S1、建立用于加工刀具路径的数据结构，利用OPC UA映射方法将数据结构映射为服务器端信息模型并存储；
[0007]S2、对CAM刀具生成的目标NC文件进行工艺解析，并将解析后的进给轴坐标、进给速率、主轴转速转换为服务器端刀具路径信息模型并存储；
[0008]S3、根据进给轴坐标生成刀具路径、可视化路径点云，并进行点云分解定位局部缺陷；
[0009]S4、对局部缺陷进行聚类分割，分类进行自适应路径优化；将优化后的刀具路径传输给数控系统，用于路径及加工过程展示。
[0010]所述信息模型包括静态、过程两种数据集。
[0011]所述静态数据集包括工艺文件名称、G代码、辅助代码和插补信息，其中插补信息进一步包含插补算法、插补周期等数据。
[0012]所述过程数据集包括路径编号、主轴信息与进给轴信息，其中进给轴信息进一步
包含进给轴速率与轴坐标，上述数据信息均含有数据项索引、可读写性、数据类型、数据值属性以及时间戳属性中的若干个。
[0013]所述工艺解析包括：
[0014]步骤2.1、通过定义加工过程关键词的正则匹配，对NC文件进行词法分析，定位、提取关键词；
[0015]步骤2.2、数据保存。
[0016]是对G代码中的坐标位置、圆弧参数、进给速率、主轴转速进行词法分析、定位和提取。
[0017]步骤3包括：
[0018]步骤3.1、将进给轴坐标链接为刀具路径，生成路径点云；
[0019]步骤3.2、在可视化点云上进一步分解加工路径为若干加工环段，用于精细定位局部缺陷。
[0020]所述对局部缺陷进行聚类分割，分类进行自适应路径优化包括：
[0021]步骤4.1、对局部缺陷路径进行层级环形分割，将缺陷路径进行环状剥离，得到若干个适应加工工件的环状路径的数据集；
[0022]步骤4.2、对环状路径进行聚类分割，获取若干缺陷路径的簇；
[0023]步骤4.3、统计每个簇内的k邻域起伏程度，根据该指标进行自适应的路径优化的缺陷特征分级；用于区分聚类结果中簇间路径点集的局部缺陷特征；
[0024]步骤4.4、对不同的缺陷特征采用相适应的滤波平滑算法进行路径优化，获取优化路径并处理为服务器可执行程序。
[0025]所述聚类分割是采用基于密度的聚类方法进行的。
[0026]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0027]1.本专利技术的自动优化刀具路径用于提高工件的加工质量，缩短生产周期。通过本专利技术，数控系统实体与应用之间能够实时交互加工工艺数据，提高了数控系统加工的质量与可靠性。
[0028]2.本专利技术用于对NC程序加工中生成的负面轨迹特征点进行识别、修正和消除，辅助工程师的工艺设计，减轻工艺开发和监控的负担。
[0029]3.本专利技术降低了手动编程操作员的技术门槛，减少识别工艺过程缺陷的时间，操作员无需使用手工的方式通过修正G代码而提高加工效果，大大降低了生产成本。
附图说明
[0030]图1为本专利技术方法的工作流程；
[0031]图2为本专利技术方法建立的加工刀具路径的信息模型；
[0032]图3为CAM系统的模型导出的G代码示例；
[0033]图4为刀具路径的生成；
[0034]图5为刀具路径点云的生成；
[0035]图6为本专利技术所提出的路径层级分解算法流程图；
[0036]图7为路径层级分解后的路径片段；
[0037]图8为聚类后的结果示例；
[0038]图9针对不同起伏特征各滤波优化方法的效果；
[0039]图10为本专利技术所提出的自适应滤波优化方法的流程；
[0040]图11为优化前后的刀具路径对比；
[0041]图12为优化前后的G代码对比示例；
[0042]图13建立的可视化应用客户端图示；
具体实施方式
[0043]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但本专利技术能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。
[0044]除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0045]参照图1所示的工作环境和工作流程，一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法，包括以下步骤：
[0046]步骤1：建立加工刀具路径信息的数据结构，并利用OPC UA模板映射方法将数据结构映射为服务器信息模型并存储；
[0047]步骤2：对CAM刀具生成的NC文件进行工艺解析，将解析后的进给轴坐标、进给速率、主轴转速等转换为服务器端刀具路径信息模型并存储；步骤3：对进给轴坐标信息进行刀具路径生成和缺陷路径的定位；
[0048]步骤4：对缺陷路径进行聚类分割，统计分割后每个簇内的k邻域起伏程度，并根据该指标进行自适应的路径优化，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法，其特征在于，用于加工过程中对分布不均、拐点曲率大的缺陷路径执行如下步骤，定位缺陷路径、自适应滤波，所述方法包括以下步骤：S1、建立用于加工刀具路径的数据结构，利用OPC UA映射方法将数据结构映射为服务器端信息模型并存储；S2、对CAM刀具生成的目标NC文件进行工艺解析，并将解析后的进给轴坐标、进给速率、主轴转速转换为服务器端刀具路径信息模型并存储；S3、根据进给轴坐标生成刀具路径、可视化路径点云，并进行点云分解定位局部缺陷；S4、对局部缺陷进行聚类分割，分类进行自适应路径优化；将优化后的刀具路径传输给数控系统，用于路径及加工过程展示。2.根据权利要求1所述的一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法，其特征在于，所述信息模型包括静态、过程两种数据集。3.根据权利要求2所述的一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法，其特征在于，所述静态数据集包括工艺文件名称、G代码、辅助代码和插补信息，其中插补信息进一步包含插补算法、插补周期等数据。4.根据权利要求2所述的一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方法，其特征在于，所述过程数据集包括路径编号、主轴信息与进给轴信息，其中进给轴信息进一步包含进给轴速率与轴坐标，上述数据信息均含有数据项索引、可读写性、数据类型、数据值属性以及时间戳属性中的若干个。5.根据权利要求1所述的一种数控加工刀具路径的自适应滤波优化方...

【专利技术属性】
技术研发人员：于东，张丽鹏，胡毅，周光远，何无为，周正，
申请(专利权)人：沈阳中科数控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：