具有刀具长度补偿功能的五轴样条插补器制造技术

具有刀具长度补偿功能的五轴样条插补器涉及样条技术在五轴数控机床及其数控系统中的具体应用，以解决现行技术普遍采用的刀具轨迹曲线被离散成直线段的“以直代曲”逼近加工模式存在的精度问题。本发明专利技术的语法词法分析模块负责读取数控程序、语法词法检查、存储控制点坐标等数据信息；刀具长度补偿模块负责计算刀具长度改变后新的控制点坐标、更新存储的控制点坐标数据；加减速处理模块负责按照梯形规律完成插补过程的加速、减速控制；刀位生成模块负责计算每个插补周期刀心点的坐标和刀轴单位矢量；刀位后处理模块根据不同的机床结构形式将实时生成的刀位数据转换为五个伺服电机的运动控制指令。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种五轴数控机床数字控制系统的具有样条直接生成功能的插补器， 具体涉及的
是非均勻有理B样条(Non-Uniform Rational B Spline,NURBS)曲线 在五轴数控机床及其数控系统中的实现。
技术介绍
利用五轴数控机床加工复杂曲面零部件的传统技术是先借助计算机辅助设 计(Computer-AidedDesig，CAD)技术绘制零部件加工表面，再借助计算机辅助制造 (Computer-Aided Manufacturing, CAM)技术生成加工刀具走刀轨迹，并将这些刀具轨迹曲 线在加工误差范围内离散成直线段，最后再由后置处理模块将这些直线段转换成五轴线性 插补指令格式，由机床数控装置插补出各坐标轴的运动指令驱动伺服电机来完成零件曲面 的加工。这种传统数控加工技术存在诸多不足之处，进而严重制约加工表面质量的提高。随 着计算机等相关技术的发展和市场对加工质量要求的不断提高，客观上为一种新的数字控 制器的产生提供了有力条件。这种新的技术发展趋势是摒弃以直线段逼近复杂曲线加工 轨迹的方式，不断增强数字控制系统的复杂曲线轨迹直接生成能力，使刀具在很长一段加 工轨迹上可以较高的进给速度切削加工表面而且有较高的加工表面质量和加工效率。
技术实现思路
本专利技术针对传统五轴逼近式加工技术的不足之处，从数控系统的插补技术角度出 发，为五轴数控机床的数控系统提供一种具有刀具长度补偿的样条插补器，现将本专利技术所 包括的内容陈述如下。插补器由语法词法分析模块1、刀具长度补偿模块2、加减速处理模块3、刀位生成 模块4以及刀位后处理模块5五个部分组成，各部分具体包括如下内容，语法词法分析模块1，读取含有五轴样条指令的数控加工程序、语法检查、词法检 查、存储布尔变量TLC、控制点坐标、长度补偿值、节点矢量、样条阶次以及切削进给速度F 等数据信息；专利技术的五轴样条指令格式定义如下N_SPLINEP_F_TLC_H_X_Y_Z_TX_TY_TZ_R_K_......X_Y_Z_TX_TY_TZ_R_K_K_......K_E0L(注释N表示程序段段号，SPLINE表示样条插补开始，P表示样条阶次，F表示切 削进给速度，TLC表示刀具长度补偿，H表示长度补偿寄存器号，X、Y、Z表示刀心点样条的 控制点坐标，TX、TY、TZ表示方位样条的控制点坐标，R表示权重，K表示节点值，EOL为程序 段结束符)刀具长度补偿模块2，如果语法词法分析模块1中的布尔变量TLC = TRUE则按照 以下过程进行刀具长度补偿将语法词法分析模块1中寄存器H存储的刀具长度值或者长 度补偿值、形成刀心点样条和方位样条的所有控制点坐标等数据信息经数学计算后得出补 偿后新的控制点坐标、更新语法词法分析模块1中原来存储的控制点坐标数据；加减速处理模块3，采用梯形加减速控制规律、根据用户事先设定的加速度值a和 插补周期Ts应用数值分析方法预测出减速点的参数值Ud和减速时插补周期个数kd、将Ud 和kd写入语法词法分析模块1的数据区、进给速度V关于刀位点参数u对应的插补周期序 号k的函数关系权利要求1.具有刀具长度补偿功能的五轴样条插补器，它由以下五个功能模块组成语法词法 分析模块(1)、刀具长度补偿模块O)、加减速处理模块(3)、刀位生成模块以及刀位后 处理模块(5)；其技术特征在于语法词法分析模块(1)，读取含有五轴样条指令的数控加工程序、语法检查、词法检查、 存储布尔变量TLC、控制点坐标、长度补偿值、节点矢量、样条阶次以及切削进给速度F等数 据信息；刀具长度补偿模块O)，如果语法词法分析模块(1)中的布尔变量TLC = TRUE则按照 以下过程进行刀具长度补偿将语法词法分析模块(1)中寄存器H存储的刀具长度值或者 长度补偿值、形成刀心点样条和方位样条的所有控制点坐标等数据信息经数学计算后得出 补偿后新的控制点坐标、更新语法词法分析模块(1)中原来存储的控制点坐标数据；加减速处理模块(3)，采用梯形加减速控制规律、根据用户事先设定的加速度值a和插 补周期Ts应用数值分析方法预测出减速点的参数值Ud和减速时插补周期个数kd、将Ud和 kd写入语法词法分析模块(1)的数据区、进给速度V关于刀位点参数u对应的插补周期序 号k的函数关系；2.根据权利要求1所述的具有刀具长度补偿功能的五轴样条插补器，得到的下一插补 周期的三个平动坐标和两个转动坐标与当前插补周期相应的坐标作差后计算机床运动坐 标增量，将该增量坐标采用数据通信的方式输入给五轴数控机床的数字式伺服驱动器以完 成各运动坐标轴的进给伺服。全文摘要具有刀具长度补偿功能的五轴样条插补器涉及样条技术在五轴数控机床及其数控系统中的具体应用，以解决现行技术普遍采用的刀具轨迹曲线被离散成直线段的“以直代曲”逼近加工模式存在的精度问题。本专利技术的语法词法分析模块负责读取数控程序、语法词法检查、存储控制点坐标等数据信息；刀具长度补偿模块负责计算刀具长度改变后新的控制点坐标、更新存储的控制点坐标数据；加减速处理模块负责按照梯形规律完成插补过程的加速、减速控制；刀位生成模块负责计算每个插补周期刀心点的坐标和刀轴单位矢量；刀位后处理模块根据不同的机床结构形式将实时生成的刀位数据转换为五个伺服电机的运动控制指令。文档编号G05B19/41GK102073301SQ201110027578公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日专利技术者李慧莹, 陈良骥 申请人:陈良骥本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有刀具长度补偿功能的五轴样条插补器，它由以下五个功能模块组成：语法词法分析模块（１）、刀具长度补偿模块（２）、加减速处理模块（３）、刀位生成模块（４）以及刀位后处理模块（５）；其技术特征在于：语法词法分析模块（１），读取含有五轴样条指令的数控加工程序、语法检查、词法检查、存储布尔变量ＴＬＣ、控制点坐标、长度补偿值、节点矢量、样条阶次以及切削进给速度Ｆ等数据信息；刀具长度补偿模块（２），如果语法词法分析模块（１）中的布尔变量ＴＬＣ＝ＴＲＵＥ则按照以下过程进行刀具长度补偿：将语法词法分析模块（１）中寄存器Ｈ存储的刀具长度值或者长度补偿值、形成刀心点样条和方位样条的所有控制点坐标等数据信息经数学计算后得出补偿后新的控制点坐标、更新语法词法分析模块（１）中原来存储的控制点坐标数据；加减速处理模块（３），采用梯形加减速控制规律、根据用户事先设定的加速度值ａ和插补周期Ｔ↓［ｓ］应用数值分析方法预测出减速点的参数值ｕ↓［ｄ］和减速时插补周期个数ｋ↓［ｄ］、将ｕ↓［ｄ］和ｋ↓［ｄ］写入语法词法分析模块（１）的数据区、进给速度Ｖ关于刀位点参数ｕ对应的插补周期序号ｋ的函数关系；＊＊＊刀位生成模块（４），结合加速度ａ、切削进给速度、插补周期Ｔ↓［ｓ］、长度补偿后的控制点坐标、样条阶次、节点矢量等，利用一阶泰勒方法将刀心点样条Ｃ↓［０］（ｕ）展开后得出下一个插补周期刀位点参数值ｕ↓［ｋ＋１］与当前插补周期刀位点参数值ｕ↓［ｋ］的递推表达式ｕ↓［ｋ＋１］＝ｕ↓［ｋ］＋Ｔ↓［ｓ］Ｖ（ｋ）｜｜ｄＣ↓［０］（ｕ↓［ｋ］）／ｄｕ｜｜，进而得出插补后的刀心点坐标Ｃ↓［０］（ｕ↓［ｋ＋１］）和刀轴上一点的坐标Ｃ↓［１］（ｕ↓［ｋ＋１］），计算刀轴方位矢量并进行单位化Ｔ↓［ｋ＋１］＝Ｃ↓［１］（ｕ↓［ｋ＋１］）－Ｃ↓［０］（ｕ↓［ｋ＋１］）／｜｜Ｃ↓［１］（ｕ↓［ｋ＋１］）－Ｃ↓［０］（ｕ↓［ｋ＋１］）｜｜；刀位后处理模块（５），结合刀位生成模块（４）得到的刀心点坐标Ｃ↓［０］（ｕ↓［ｋ＋１］）和刀轴方位单位矢量Ｔ↓［ｋ＋１］，将刀轴方位单位矢量Ｔ↓［ｋ＋１］转化为五轴数控机床的两个转动坐标、利用克莱姆法则解出五轴数控机床的三个平动坐标。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈良骥，李慧莹，
申请(专利权)人：陈良骥，
类型：发明
国别省市：41