一种五轴制造技术

一种五轴

【技术实现步骤摘要】
一种五轴RTCP速度加速度约束和规划的方法和系统


[0001]本专利技术涉及的是数控加工领域，特别涉及一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法和系统
。

技术介绍

[0002]传统五轴数控系统一般使用刀尖点进行速度规划，会以单个轨迹段
(
直线
、
圆弧等
)
作为规划单元，在各轴速度控制时，旋转轴会跟随直线轴插补，
RTCP(
刀具中心点控制
)
运动过程中，在直线轴运动很小旋转轴运动剧烈的位置很容易造成各轴速度和加速度剧烈变化，甚至失控；速度规划时，
RTCP
运动过程中速度加速度极值点的计算通常采用控制点差分近似计算，造成计算精度低，运算量大
。
传统方法一般只给出了
RTCP
过程刀尖点和控制点位置层面的正反解，在
RTCP
运动过程中各轴速度和加速度约束困难的问题，其中包括：
[0003]1.RTCP
运动过程中，由于旋转轴会跟随直线轴插补，在直线轴运动很小旋转轴运动剧烈的位置很容易造成各轴速度和加速度剧烈变化，甚至失控
。
[0004]2.
以单个轨迹段
(
直线
、
圆弧等
)
作为规划单元，当速度
、
加速度极值点出现在轨迹段内部时，需要牺牲整体轨迹的速度，约束各轴，影响加工效率
。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法
。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
[0007]一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法，包括：
[0008]S100.
获取刀尖点轨迹类型
、
定义域
、
期望速度基础信息，至少包括直线
、
圆弧
、
样条曲线；
[0009]S200.
根据轨迹段的期望速度
、
插补周期和相邻轨迹片夹角动态调整，生成刀尖点轨迹的轨迹片信息；
[0010]S300.
根据生成的刀尖点轨迹的轨迹片信息，按第一预设规则，对轨迹片插补长度进行计算；
[0011]S400.
按第二预设规则，对轨迹片首末最大允许速度进行计算；
[0012]S500.
按第三预设规则，对轨迹片首末点最大允许切向加速度进行计算；
[0013]S600.
根据获取轨迹片的轨迹片插补长度
、
轨迹片首末最大允许速度进行计算和轨迹片首末点最大允许切向加速度，对所有轨迹片速度加速度进行约束和规划
。
[0014]进一步地，
S200
中，生成刀尖点轨迹的轨迹片信息的具体方法包括：
[0015]S201.
获取一段插补轨迹，期望插补速度为
Ve
，定义域为
[a,b]；
[0016]S202.
计算轨迹总插补长度
S
，每次轨迹片生成形参增量
Ua
＝
(b
‑
a)*T/S
；其中，
T
为插补周期；
[0017]S203.
获取当前轨迹片起始形参
Us
＝
a
，插补速度
V0
＝
Ve
；判断
Us+2Ua*V0
是否大于
b
；当
Us+2Ua*V0
大于
b
时，当前轨迹片终点形参
Ue
＝
b
；当
Us+2Ua*V0
不大于
b
时，当前轨迹片终点形参
Ue
＝
Uc+Ua*V0
；
[0018]S204.
计算轨迹片终点形参
Ue
处刀具控制点坐标，计算前段轨迹片与当前轨迹片三点的形参夹角
θ
，并判断形参夹角
θ
是否大于预设阈值，当形参夹角
θ
大于预设阈值时，生成定义域为
[Us
，
Ue]的轨迹片；当形参夹角
θ
不大于预设阈值时，对轨迹片终点形参进行更新
Ue
＝
(Us+Ue)/2
，重新执行
S204
；
[0019]S205.
判断生成定义域为
[Us
，
Ue]的轨迹片中的终点
Ue
是否等于
b
，若定义域为
[Us
，
Ue]的轨迹片中的终点
Ue
等于
b
，则流程结束；若定义域为
[Us
，
Ue]的轨迹片中的终点
Ue
不等于
b
，则对当前轨迹片起始形参
Us
进行更新
Us
＝
Ue
，重新执行
S203。
[0020]进一步地，
S200
中，轨迹片生成过程中，会计算向心加速度约束下的最大允许进给速度，其中第
i
个轨迹点处的曲率由第
i
‑
1、i
和
i+1
三个点组成的圆的曲率计算得到，第
i
点向心加速度由三点圆上的向心加速度求解；并且轨迹片生成时满足每个轨迹至少对应一个轨迹片段和单个轨迹片段是单个轨迹的一部分，不可同时位于两段轨迹上
。
[0021]进一步地，
S300
中，轨迹片插补长度用刀尖点轨迹计算，等于所有轴的平方和开方，当五轴设备为五轴
CA
结构双摆头机床时，第一预设规则包括：
[0022]定义任意轨迹片对应定义域为
[a,b]，轨迹片上的数学表示为：
[0023][0024]则插补长度：
[0025][0026]其中，
f'
X
(u)2代表
f
X
(u)
求一阶导数的平方，即
[f'
X
(u)]2；直线
、
圆弧
、
螺旋线轨迹能直接用标准轨迹长度计算公式精确求解；
[0027]三次样条插补长度使用数值方法求解：
[0028]定义则三次样条轨迹的插补长度：
[0029][0030]其中
,
[0031][0032]进一步地，
S400
中，
RTCP本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法，其特征在于，包括：
S100.
获取刀尖点轨迹类型
、
定义域
、
期望速度基础信息，至少包括直线
、
圆弧
、
样条曲线；
S200.
根据轨迹段的期望速度
、
插补周期和相邻轨迹片夹角动态调整，生成刀尖点轨迹的轨迹片信息；
S300.
根据生成的刀尖点轨迹的轨迹片信息，按第一预设规则，对轨迹片插补长度进行计算；
S400.
按第二预设规则，对轨迹片首末最大允许速度进行计算；
S500.
按第三预设规则，对轨迹片首末点最大允许切向加速度进行计算；
S600.
根据获取轨迹片的轨迹片插补长度
、
轨迹片首末最大允许速度进行计算和轨迹片首末点最大允许切向加速度，对所有轨迹片速度加速度进行约束和规划
。2.
如权利要求1所述的一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法，其特征在于，
S200
中，生成刀尖点轨迹的轨迹片信息的具体方法包括：
S201.
获取一段插补轨迹，期望插补速度为
Ve
，定义域为
[a,b]
；
S202.
计算轨迹总插补长度
S
，每次轨迹片生成形参增量
Ua
＝
(b
‑
a)*T/S
；其中，
T
为插补周期；
S203.
获取当前轨迹片起始形参
Us
＝
a
，插补速度
V0
＝
Ve
；判断
Us+2Ua*V0
是否大于
b
；当
Us+2Ua*V0
大于
b
时，当前轨迹片终点形参
Ue
＝
b
；当
Us+2Ua*V0
不大于
b
时，当前轨迹片终点形参
Ue
＝
Uc+Ua*V0
；
S204.
计算轨迹片终点形参
Ue
处刀具控制点坐标，计算前段轨迹片与当前轨迹片三点的形参夹角
θ
，并判断形参夹角
θ
是否大于预设阈值，当形参夹角
θ
大于预设阈值时，生成定义域为
[Us
，
Ue]
的轨迹片；当形参夹角
θ
不大于预设阈值时，对轨迹片终点形参进行更新
Ue
＝
(Us+Ue)/2
，重新执行
S204
；
S205.
判断生成定义域为
[Us
，
Ue]
的轨迹片中的终点
Ue
是否等于
b
，若定义域为
[Us
，
Ue]
的轨迹片中的终点
Ue
等于
b
，则流程结束；若定义域为
[Us
，
Ue]
的轨迹片中的终点
Ue
不等于
b
，则对当前轨迹片起始形参
Us
进行更新
Us
＝
Ue
，重新执行
S203。3.
如权利要求1所述的一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法，其特征在于，
S200
中，轨迹片生成过程中，会计算向心加速度约束下的最大允许进给速度，其中第
i
个轨迹点处的曲率由第
i
‑
1、i
和
i+1
三个点组成的圆的曲率计算得到，第
i
点向心加速度由三点圆上的向心加速度求解；并且轨迹片生成时满足每个轨迹至少对应一个轨迹片段和单个轨迹片段是单个轨迹的一部分，不可同时位于两段轨迹上
。4.
如权利要求1所述的一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法，其特征在于，
S300
中，轨迹片插补长度用刀尖点轨迹计算，等于所有轴的平方和开方，当五轴设备为五轴
CA
结构双摆头机床时，第一预设规则包括：定义任意轨迹片对应定义域为
[a,b]
，轨迹片上的数学表示为：
则插补长度：其中，
f'
X
(u)2代表
f
X
(u)
求一阶导数的平方，即
[f'
X
(u)]2；直线
、
圆弧
、
螺旋线轨迹能直接用标准轨迹长度计算公式精确求解；三次样条插补长度使用数值方法求解：定义则三次样条轨迹的插补长度：其中
,5.
如权利要求1所述的一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法，其特征在于，
S400
中，
RTCP
运动过程中，刀具控制点各轴速度可以由其对应刀尖点的速度矢量表示，当五轴设备为五轴
CA
结构双摆头机床时，第二预设规则包括：
S401.
定义刀尖点轨迹上任意一点
M
，使用轨迹信息求解刀尖点位置和一阶导数；
S402.
根据刀尖点位置
、
一阶导数
、RTCP
参数求对应控制点的速度矢量；
S403.
根据刀尖点轨迹上任意一点
M
处期望插补速度
、
刀尖点速度矢量
、
控制点速度矢量和各轴速度约束，求此处最大允许插补速度
。6.
如权利要求1所述的一种五轴
RTCP
速度加速度约束和规划的方法，其特征在于，
S402
中，根据刀尖点位置
、
一阶导数
、RTCP
参数求对应控制点的速度矢量的具体方法包括：定义运算符
Rot(V
，
Vc
，
θ
)
表示矢量
V
绕矢量
Vc
旋转
θ
角度后的矢量；运算符
Cross(V
，
Vc)
表示矢量
V
叉乘矢量
Vc
；运算符
nomalize(V)
表示矢量
V
的单位矢量；运算符
Rad(
θ
)
表示将
θ
角由角度转为弧度，运算符
abs(x)
表示求
x
的绝对值；运算符
min(a
，
b
，
c
，
...)
表示取序列
a
，
b
，
c
，
...
中的最小值；定义刀尖点轨迹上任意一点
M(X0,Y0,Z0,C0,A0)
处形参为
U0，第四轴矢量
V4(X4,Y4,Z4)
，第五轴矢量为
V5(X5,Y5,Z5)
，由刀尖...

【专利技术属性】
技术研发人员：程浩，蒋威，王锦坤，王杰，吕柏阳，吴兴群，许天睿，吴苶，
申请(专利权)人：湖北光谷实验室，
类型：发明
国别省市：