面向高速加工的速度优先样条曲线实时插补方法技术

本发明专利技术涉及一种面向高速加工的速度优先样条曲线实时插补方法，包括以下步骤：求速度限制曲线：在数控系统的解释器中根据加工误差和各个运动轴的最大加速度约束条件求出；划分加工区：根据所加工的物料进入高速加工区的临界速度信息划分速度加工区，并对上述初始速度曲线进行修改，得到修改后的速度曲线；速度曲线反向链接：去除修改后的速度曲线上的速度不连续点，使整条速度曲线连续；实时插补：根据反向链接后的速度曲线进行插补运算，完成速度优先样条曲线实时插补。本发明专利技术提出了一种时间近似最优的样条曲线插补算法，在保证机床平稳运行的前提下，充分利用单轴的最大加减速能力，从而满足数控系统对高速加工的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控系统的速度处理技术，具体地说是一种。
技术介绍
高速加工之父Mlomon在做切削实验时发现，当切削速度达到某一特定值时，切削温度不再随着切削速度的增大而提高，反而呈下降趋势，之后又重新随着切削速度的增加而不断增加。根据上述发现，Mlomon提出了高速加工理论。与传统加工相比，高速加工有着明显的优势，首先由于高速加工降低了切削力和切削温度，有助于提高加工表面的质量。其次高速加工可以减少刀具磨损并取代部分传统加工工序，能够有效地降低生产成本。同时高速加工的切削速度较传统加工有着明显的提高，可以增加单位时间内的物料切除率，提高加工效率。而样条曲线实时插补技术与传统的直线/圆弧插补技术相比，无论在加工效率还是加工表面质量上都占有明显的优势，更符合高速加工对高速、高精度加工的需求。但是现有的样条曲线实时插补技术在理论研究方面都还停留在普适算法研究方面，但是不同的加工阶段对加工效果的期望不同，比如说粗加工时希望尽快的去除多余的物料，由于粗加工时刀具离最终所期望得到的加工表面还有一段距离，只要不发生过切，在加工过程中对表面光洁和质量并没有特殊要求。而精加工则完全相反，它所追求的加工效率是指单位时间内的切削面积，期望得到光洁的加工表面和尽可能高的加工精度。精加工还需要严格控制过切和欠切的出现，如果在该阶段可以生成足够光滑的加工表面，就可以大大缩短抛光时间，不仅能提高加工质量还可以降低生产成本。这些对加工效果不同的期望将直接影响的速度规划算法，现有这种普适的速度规划算法很难同时满足各种不同加工的需求。同时不同的加工方式也同样会影响速度规划算法，特别是对于高速加工而言，不可能保证在整个加工过程中加工速度永远大于高速加工的临界速度，如果不考虑刀具所运行的速度区间的加工特性，采用统一的速度规划方法可能会加快刀具磨损，降低数控系统的可靠性。而且不同的加工物料进入高速加工区的临界速度也不同，有的甚至相差两个数量级，因此在速度规划时应该充分考虑这些因素，为不同的加工设计不同的加工参数和控制方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种，追求单位时间内去除物料的体积，在满足加工精度、速度连续过渡的同时，充分利用各个运动轴的最大加减速能力的时间近似最优样条曲线实时插补技术。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包括以下步骤求速度限制曲线在数控系统的解释器中根据加工误差和各个运动轴的最大加速度约束条件求出；划分加工区根据所加工的物料进入高速加工区的临界速度信息划分速度加工区，并对上述初始速度曲线进行修改，得到修改后的速度曲线；速度曲线反向链接去除修改后的速度曲线上的速度不连续点，使整条速度曲线连续；实时插补根据反向链接后的速度曲线进行插补运算，完成速度优先样条曲线实时插补。求速度限制曲线的过程为在数控系统的解释器中输入加工程序，设置初始速度；确定当前插补周期的控制轴，并求出控制轴所约束的最大/最小速度值；计算加工误差允许的最大速度值；判断误差允许的最大速度值是否大于控制轴所约束的最大速度值，若大于控制轴所约束的最大速度值，则设置当前插补周期速度为控制轴所约束的最大速度值，求下一插补点节点矢量，进入下一插补周期。若上述判断为小于控制轴所约束的最大速度值，则设置当前插补周期速度为误差允许的最大速度；判断误差允许的最大速度是否大于控制轴所约束的最小速度值？若上述判断为小于控制轴所约束的最小速度值，则将该点写入速度不连续点数组，求下一插补点节点矢量，进入下一插补周期。若上述判断为大于控制轴所约束的最小速度值，则求下一插补点节点矢量，进入下一插补周期。求划分加工区的过程为根据求速度限制曲线得到的速度限制曲线和高速加工信息库划分速度加工区，并读入第一个速度加工区；判断当前速度加工区是否为低速区？若是低速区，则进入下一个速度加工区。若不是低速区，则接续判断当前速度加工区是否为高速加工区？若是高速加工区，则进入下一个速度加工区。若不是高速加工区，则接续判断当前速度加工区是否为禁止区？若是禁止区，则修改该段速度曲线值为高速区的最高速度值，进入下一个速度加工区。若不是禁止区，则判断该段两侧是否分别是低速区和高速区？若两侧不是低速区和高速区，则修改该段的速度值为低速区的最高速度值，并将速度不连续点写入速度不连续点数组，进入下一个速度加工区。若两侧分别是低速区和高速区，则判断该段是否一直沿着单轴最大加速度约束进行插补？若一直沿着单轴最大加速度约束进行插补，则进入下一个速度加工区。若不是一直沿着单轴最大加速度约束进行插补，则修改该段的速度值为低速区的最高速度值，并将速度不连续点写入速度不连续点数组，进入下一个速度加工区。所述速度曲线反向链接步骤为读入不连续点，判断当前不连续点是否为求速度限制曲线时得到的速度不连续点？若是求速度限制曲线时得到的速度不连续点，则从不连续点开始反向加速，直到反向链接的速度曲线与原速度限制曲线相交为止，读入下一个不连续点。若不是求速度限制曲线时得到的速度不连续点，则判断该段是否为划分加工区时产生的从高速区向低速区过渡时的速度不连续点？若是划分加工区时产生的从高速区向低速区过渡时的速度不连续点，则从不连续点开始向前减速，直到新生成的速度曲线与原速度限制曲线相交为止，读入下一个不连续点。若不是划分加工区时产生的从高速区向低速区过渡时的速度不连续点，则从不连续点开始反向减速，直到新生成的速度曲线与原速度限制曲线相交为止，读入下一个不连^Ξ^γ ； °本专利技术具有以下有益效果及优点1.本专利技术提出了一种时间近似最优的样条曲线插补算法，在保证机床平稳运行的前提下，充分利用单轴的最大加减速能力，从而满足数控系统对高速加工的要求。2.考虑到粗加工和高速加工对速度规划的特殊要求，本专利技术所设计的算法考虑了高速加工中不同速度区间的不同加工特性，并在此基础上设计了一套与之相适应的速度规划策略，在尽可能提高加工效率的同时，兼顾刀具磨损和加工质量的约束。3.与传统的样条曲线插补算法相比，时间近似最优算法能对中间以及最终减速更精确的定位，同时取得较高的加工效率和光滑的加工表面。附图说明图1为本专利技术方法流程图2为本专利技术方法中求速度限制曲线的方法流程图3为本专利技术方法中应用到的Mlomon曲线图4为本专利技术方法中划分加工区的系统流程图5为本专利技术方法中是速度曲线反向链接的系统流程图图6为本专利技术方法中待加工曲线示例图7为本专利技术方法的误差曲线图8为本专利技术方法的速度曲线图9为本专利技术方法的X轴加速度曲线图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术包括以下步骤求速度限制曲线在数控系统的解释器中根据加工误差和各个运动轴的最大加速度约束条件求出；划分加工区根据所加工的物料进入高速加工区的临界速度信息划分速度加工区，并对上述初始速度曲线进行修改，得到修改后的速度曲线；速度曲线反向链接去除修改后的速度曲线上的速度不连续点，使整条速度曲线连续；实时插补根据反向链接后的速度曲线进行插补运算，完成速度优先样条曲线实时插补。本实施方案从CAD/CAM装置中输出的加工程序首先进入数控装置的解释器，解释器分为加工程序解释、求速度限制曲线、划分加工区和速度曲线反向链接几部分，它对加工程序进行解释并求出速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林浒，孙玉娥，于东，韩旭，卜霄菲，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，沈阳高精数控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：