[發明專利]實時生成曲率連續路徑的數控插補系統

有效

• 申請號: 201110111960.1
• 申請日: 2011-04-30
• 公開（公告）號: CN102147600A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 王宇晗;畢慶貞;金永喬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海拓璞數控科技有限公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種機械數控加工技術領域的數控插補系統，具體是一種實時生成曲率連續路徑的數控插補系統。

背景技術

數控加工中，通常CAM(Computer?Aided?Manufacturing，計算機輔助制造)軟件的后置處理器按加工精度的要求將復雜路徑分解成一系列的微小路徑段，再由數控系統中的插補器對每一個特定的微小路徑段進行插補運算。對于由大量條微小路徑段構成的加工軌跡，傳統數控系統在進行速度規劃時以每一路徑段作為規劃對象，勢必造成啟停次數多、速度緩慢，從而降低了表面質量和加工效率。盡管前瞻技術減少了啟停次數，路徑的不連續性還是會造成速度和加速度的波動。

首先用參數曲線將連續微小路徑段進行擬合，然后再插補運算的方法被證明是一種非常有效的方法。為了滿足高速高精度的加工要求，由連續微小路徑段重新生成的理想路徑應該具備以下幾個特征：約束逼近誤差使其滿足精度要求；切向和曲率連續；抑制刀路振蕩；控制曲率輪廓線。

經對現有技術的文獻檢索發現，很多方法采用了Bezier(Hong-Tzong?Yau.Fast?Bezier?interpolator?with?real-time?lookahead?function?for?high-accuracy?machining.International?Journal?of?Machine?Tools?and?Manufacturing.(2007)47：1518-1529)、NURBS(Jun-Bin?Wang.Real-time?NURBS?interpolator：application?to?short?linear?segments.The?International?Journal?of?Advanced?Manufacturing?Technology.(2009)41：1169-1185)等參數曲線對線性路徑段進行擬合，第一種方法不具有通用性，僅適用于刀具路徑平滑部分，且僅僅實現了切向連續，第二種方法需要在擬合后校驗誤差，參數曲線上的點及曲率往往是關于參數的復雜表達式，導致擬合誤差很難估計，難以應用于實時運算環境。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種實時生成曲率連續路徑的數控插補系統，該系統計算效率高、編程實現簡單，能大幅提高加工效率及降低速度和加速度波動，可以應用于高速高精的數控加工中。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：人機交互界面模塊、譯碼橫塊、插補模塊、位置控制模塊，其中：人機交互界面模塊選擇好加工文件將文件名傳遞給譯碼模塊，再由譯碼模塊提取機床各軸的位置信息，并傳輸到插補模塊，然后將每兩個相鄰線段的銜接點用曲率連續的Bezier曲線過渡，生成曲率連續的刀具路徑，生成的曲率連續路徑與原路徑的最大偏差值小于設定的誤差值，再進行速度規劃和Bezier插補，最后將插補點輸出到位置控制模塊。

所述的人機交互界面模塊包括：數控代碼文件操作單元、參數管理單元和坐標顯示單元，其中：數控代碼文件操作單元選擇好加工文件將文件名傳遞給譯碼模塊的數控代碼文件讀入單元。位于用戶態的人機界面是控制器與用戶之間的對話接口，它作為一個背景程序來執行。包括一方面將加工數據傳送到內核中的實時任務，另一方面從內核中獲得運動軸的信息來進行動態顯示。人機界面和內核之間的交互通過周期掃描進程完成，周期掃描進程分別對界面和內核的相關數據進行掃描，并在周期內對數據進行更新，實現數據的交換。

所述的譯碼模塊包括：數控代碼文件讀入單元、坐標信息及工藝信息提取單元，其中：數控代碼文件讀入單元讀取數控代碼并輸出至坐標信息及工藝信息提取單元，由坐標信息及工藝信息提取單元獲得機床各軸的位置并傳輸到插補模塊的曲率連續路徑生成單元。主要任務有數控代碼解釋、刀具補償，以及一些宏指令和固定循環程序的處理。譯碼模塊以解釋方式運行，運行在實時域。在自動運行加工前，插補模塊調用譯碼模塊功能，實現數控代碼時譯碼和刀具補償功能，并生成加工過程中所需的中間數據，寫入該模塊與插補模塊的數據接口，供插補模塊使用。在數據預處理結束后，該模塊會根據插補模塊傳遞來的消息結束調用。