适用于数控装置的指令点整形压缩插补方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于数控装置的指令点整形压缩插补方法，步骤包括：当数控加工程序判断被加工曲面上任意相邻三个指令点间满足连续加工条件时，在每相邻三个指令点的中间点，插入与中间点距离为数控装置设定公差且与相邻指令点间线段相切的圆弧，其切点作为内插点；修整内插点，减少内插点推测过程中的计算误差和圆整误差；通过判断加工路径各内插点处的加工路径弯曲方向，选取出特征内插点；用具有二阶导数连续的多项式样条曲线进行拟合，生成平滑曲线；近似计算当前插补周期的插补点，并将该插补点的位置发送给数控装置的伺服系统，驱动伺服电机运动。本发明专利技术方法最大限度的提高了加工效率，减少计算误差和圆整误差对加工精度和加工表面光洁度的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复杂型面的数控加工技术，具体的说是一种适用于数控装置的指 令点整形压缩插补方法。
技术介绍
复杂型面被广泛的应用于模具行腔、汽车覆盖和航空部件的设计中，然而复杂型 面的高速、高精和高表面质量加工却一直是研究的难点。在数控加工中，为能够铣削完整的 复杂型面和实时检测碰撞，CAM(computeraided manufacture)系统通常用大量微小平面去 逼近CAD (computer aideddesign)系统设计生成的复杂型面，如图1所示，并在特定的公 差范围内用一系列刀具路径去覆盖这些多面体，最终生成由大量指令点构成的数控加工程 序。当数控装置采用传统的插补方法时，即在相邻指令点构成的直线段上进行插补， 势必会引起加速度的频繁跳转、加工时间的延长。此外，现有插补方法都是在假定数控装置 所获得的指令点都恰好位于CAM系统所期望的刀具路径曲线(以下简称期望曲线)上而进 行处理的。然而在实际应用中，CAM系统为增大步距和避免出现连续的过切点或欠切点，通 常所生成的指令点并不都恰好位于其所期望的刀具路径曲线上，而是位于期望曲线的内外 公差带范围内，如图2所示。加之CAM系统在生成指令点的过程中还存在计算误差和圆整 误差，因而采用现有插补方法很难实现复杂型面的高速、高精的加工。
技术实现思路
针对现有技术无法满足复杂型面高速、高精的加工需求，本专利技术要解决的技术问 题是提供一种加工效率高、加工精度高的。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是本专利技术一种包括以下步骤连续微小线段加工区域的识别根据读入的数控加工程序判断被加工曲面上任意 相邻三个指令点间是否满足连续加工条件；内插点的推测当被加工曲面上任意相邻三个指令点满足连续加工条件时，通过 在每相邻三个指令点的中间点，插入与中间点距离为数控装置设定公差且与相邻指令点间 线段相切的圆弧，其切点作为比指令点更接近期望曲线的内插点；内插点的修整对上述步骤中得到的内插点进行修整，减少内插点推测过程中的 计算误差和圆整误差，使加工路径更加平滑；特征内插点的选取通过判断加工路径各内插点处的加工路径弯曲方向，选取出 特征内插点；样条曲线的拟合对于上述特征内插点，用一条具有二阶导数连续的多项式样条 曲线进行拟合，以生成平滑曲线；样条曲线的插补对上述平滑曲线近似计算当前插补周期的插补点，并将该插补4点的位置发送给数控装置的伺服系统，驱动伺服电机运动。所述判断被加工曲面上任意相邻三个指令点间是否满足连续加工条件法采用双 弦高误差方法，具体为计算被加工曲面上任意相邻三个指令点间的距离；根据相邻指令点间的圆弧段和距离计算双弦高误差；若计算出的双弦高误差都小于数控装置所设置的最大弦高误差，则三个指令点之 间满足连续加工条件；若计算出的双弦高误差存在不小于数控装置所设置的最大弦高误差时，则三个指 令点之间不满足连续加工条件。采用最小二乘法对内插点进行修整，公式如下i Ofk= ^(Qfl(Uk)+ Qli(Uk)+ Qi2(Uk)) ^Ti'f'Z(9) O = ^(QXulc)+ Qll(Uk)+ Ql2M)其中Qi (u) = aiU^bi^+CiU+di (Ui 彡 u 彡 ui+4)(5)ai、bp Ci, Cli为对连续的内插点Qp Qi+1、Qi+2、Qi+3和Qi+4采用最小二乘罚进行拟合 得到的曲线Qi (u)的系数向量，Ui和ui+4分别为内插点Qi和Qi+4所对应的参数值，Ok为内插 点Ok修正后的值。特征内插点的选取过程为标记起始内插点O1为当前连续微小线段加工区域中的特征内插点，并计算起始内 插点O1和与之相邻的内插点O2处一阶导矢量0'工与…2之间的叉积，得到向量V12 ；判断当前要计算的内插点的下标j与内插点的数量η的大小，若j < n，计算内插 点CV1与A处一阶导矢量0' H与0'彳之间的叉积，得到向量Vj,；计算向量与ν」,.之间的夹角α」，若α」<90°，则j = j+1，转至判断当前 要计算的内插点的下标j与内插点的数量η的大小步骤；若α」彡90°，则标记内插点Oj为特征内插点，j = j+1，并以内插点CV1作为新 的起始内插点，转入标记起始内插点01为满足连续加工条件的被加工曲面中的特征内插 点步骤；若j = n，标记点Oj为特征内插点，特征内插点选取结束。在样条曲线的拟合与样条曲线的插补步骤之间还包括加工精度的控制步骤，过程 为输入两相邻特征内插点之间内插点以及拟合而成的样条曲线；计算两相邻特征内插点之间的内插点Om到对应样条曲线之间的距离L，当L不大 于数控系统所预设的最大轮廓偏差时，说明样条曲线在内插点Om处满足加工精度要求；取与内插点Om相邻的下一个内插点0m+1，判断是否所有的内插点都取完；如果都取完，则判断所有内插点0m+1是否都满足加工精度要求；如果不都满足加工精度要求，则找出距离L中的最大值所对应的内插点0S，并将该 内插点作为原来两相邻特征内插点之间新的特征内插点；用新的特征内插点拟合出新的样条曲线代替原有样条曲线，接续输入两相邻特征 内插点之间内插点以及拟合成而的样条曲线步骤；如果内插点没有全部取完，则转至计算两相邻特征内插点之间的内插AOm到对应 样条曲线之间的距离L步骤；当L大于数控系统所预设的最大轮廓偏差时，说明样条曲线在内插点Om处不满足 加工精度要求，记录当前内插点序号及其到样条曲线的距离，接续取与内插点Om相邻的下 一个内插点0m+1步骤。本专利技术具有以下有益效果及优点1.加工效率高。本专利技术方法插补点的计算是在平滑曲线上进行的，因而相邻插补 点间的转接速度被大幅度提高，从而大大缩短了加工所需的时间，最大限度的提高了加工 效率。2.加工精度高。本专利技术方法可通过推测比指令点更接近期望曲线的内插点来减少 指令点与期望曲线间公差对加工精度的影响，并可通过修整内插点来减少计算误差和圆整 误差对加工精度和加工表面光洁度的影响。3.表面加工质量高。本专利技术方法可将连续微小线段加工区域中的指令点拟合成具 有C2连续性的平滑曲线，从而可消除相邻线段间的折角，提高工件表面的加工质量。附图说明图1为现有技术中原始曲面与逼近曲面转化示意图图2为现有技术中期望曲线及内外公差示意图3为本专利技术方法的流程图4为双弦高误差判断示意图5为内插点推测示意图6为内插点交叉现象示意图7为特征内插点的选取示意图8为特征内插点的选取过程流程图9为特征内插点的拟合示意径图10为加工精度控制流程图11为待加工曲面路径图12a采用传统插补方法的加工速度图12b采用平滑插补算法的加工速度图12c采用本专利技术方法的加工速度图13a为采用传统插补方法与原始模型的对比图13b为采用平滑插补算法与原始模型的对比图13c为采用本专利技术方法与原始模型的对比图14a为采用传统插补方法的样件加工表面效果图图14b为采用平滑插补算法的样件加工表面效果图图14c为采用本专利技术方法的样件加工表面效果图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术方法作进一步详细说明。如图3所示，本专利技术包括以下步骤连续微小线段加工区域的识别根据读入的数控加工程序判断被加工曲面上任意 相邻三个指令点间是否满足连续加工条件；内插点的推测当被加工曲面上任意相邻三个指令点满足连续加工条件时，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于数控装置的指令点整形压缩插补方法，其特征在于包括以下步骤：连续微小线段加工区域的识别：根据读入的数控加工程序判断被加工曲面上任意相邻三个指令点间是否满足连续加工条件；内插点的推测：当被加工曲面上任意相邻三个指令点满足连续加工条件时，通过在每相邻三个指令点的中间点，插入与中间点距离为数控装置设定公差且与相邻指令点间线段相切的圆弧，其切点作为比指令点更接近期望曲线的内插点；内插点的修整：对上述步骤中得到的内插点进行修整，减少内插点推测过程中的计算误差和圆整误差，使加工路径更加平滑；特征内插点的选取：通过判断加工路径各内插点处的加工路径弯曲方向，选取出特征内插点；样条曲线的拟合：对于上述特征内插点，用一条具有二阶导数连续的多项式样条曲线进行拟合，以生成平滑曲线；样条曲线的插补：对上述平滑曲线近似计算当前插补周期的插补点，并将该插补点的位置发送给数控装置的伺服系统，驱动伺服电机运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于东，张晓辉，耿聪，洪海涛，郑飂默，韩文业，
申请(专利权)人：沈阳高精数控技术有限公司，中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]