[發明專利]高速高精度數控加工的小線段實時平滑過渡插補方法

有效

• 申請號: 201310680712.8
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103699056A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張禮兵;吳婷;黃風立
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及數控加工技術領域的數控系統，尤其涉及一種高速高精度數控加工的小線段實時平滑過渡插補方法。

背景技術

數控機床加工復雜的零件時，數控加工程序一般由自動編程方法生成，自動編程由CAM(Computer?Aided?Manufacturing，計算機輔助制造)軟件完成，通常數控程序代碼中包含大量的連續短線段，線段的長度一般都很短，有的線段長度甚至為毫米級或亞毫米級，數控系統的插補器對這些短線段進行插補運算得到刀具運動軌跡。傳統的數控系統在插補過程中直接以短線段為單位進行速度規劃，這種插補方式不僅造成啟停次數多，速度和加速度波動較大，運動不平穩，而且波動比較頻繁，嚴重時甚至引起機床的振動，從而影響加工效率和零件表面加工質量。

對現有技術的文獻檢索發現，采用曲線擬合法將連續微小路徑段進行曲線擬合，然后再進行曲線插補運算，很多方法采用五次樣條曲線(Erkorlmaz?K.High?speed?CNC?system?design.Part1：Jerk?limited?traj?ectory?generation?and?quintic?spline?interpolation.International?Journal?of?Machine?Tools&Manufacture.(2001)41：1323-1345)、NURBS(Junbin?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。曲線擬合法是將加工零件的所有短線段采用曲線進行擬合替代的方法。通常CAM與CNC是相互獨立的兩個系統，CNC系統丟失了CAM系統原有的模型數據，因此，這種曲線擬合方法并不能夠真正地還原原始的輪廓模型，與原始輪廓模型仍然存在一定的誤差，有時可能產生較大的誤差，并且這種全曲線擬合的方法計算量非常大，難以滿足數控系統的實時性要求。因此，這種方法難以應用于高速數控加工場合。

發明內容

本發明的目的在于針對高速高精度數控加工的小線段插補過程中存在的問題，提供一種高速高精度數控加工的小線段實時平滑過渡插補方法，該方法計算效率高、算法實現簡單，能夠有效地提高數控加工的運動平穩性和加工效率，可應用于高速高精度的數控加工場合。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：人機界面模塊、程序解釋模塊、刀具補償模塊、粗插補模塊、精插補模塊，其中：人機界面模塊將待加工零件的數控加工程序傳遞給程序解釋模塊，由程序解釋模塊對數控加工程序進行程序檢查和程序解釋，并提取加工路徑和加工工藝參數有關的信息，通過刀具補償模塊對加工路徑信息，進行刀具補償，得到刀具路徑信息，將該路徑信息傳輸到粗插補模塊，在插補運算前將每相鄰線段的轉接點附近采用過控制頂點三次B樣條曲線進行曲線過渡連接，生成曲率連續的平滑刀具路徑，該平滑刀具路徑與原路徑的最大偏差值小于或等于系統設定的最大誤差值，對生成曲率連續的平滑刀具路徑進行速度規劃和插補計算，得到插補數據，最后將生成的插補數據傳輸到精插補模塊，精插補模塊經過數字積分精插補運算，將處理后的數據輸送到驅動器驅動數控機床的運動。

所述的人機界面模塊包括：程序加工單元、軌跡仿真單元、實時監控單元、參數管理單元組成，其中程序加工單元將選擇的待加工零件的數控加工程序傳送到程序解釋模塊中的程序檢查單元；軌跡仿真單元對待加工零件的刀具運動軌跡進行離線仿真，驗證在實際加工過程中是否發生過切或少切、走刀路線和進退刀方式是否合理；實時監控單元從運動控制器中獲取運動軸和輸入／輸出狀態信息，對運動軸進行實時軌跡顯示和動態坐標顯示，對系統的輸入／輸出狀態進行實時監控；參數管理單元對刀具信息和運動參數進行管理。

所述的程序解釋模塊包括：程序檢查單元和程序翻譯單元，其中程序檢查單元對數控加工程序進行詞法分析、語法分析和語義分析，檢查數控加工程序是否存在錯誤，如果數控加工代碼有誤，則進行出錯處理，否則，將數據輸送到程序翻譯單元；程序翻譯單元從數控加工程序中提取運動軸的位置坐標信息和加工工藝參數信息；程序解釋模塊以多線程編程方式進行實時解釋，提前解釋5000個程序段，以滿足后續模塊前瞻處理所需要的數據信息。