[發明專利]躍度約束的數控加工進給率的離線規劃方法

有效

• 申請號: 201410013031.0
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103760827A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 孫玉文;趙洋;賈振元;郭東明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B19/416
• 分類號: G05B19/416
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于計算機輔助制造技術領域，涉及一種躍度約束的數控加工進給率的離線規劃方法。

背景技術

隨著高端裝備和產品的發展，對裝備和產品的制造性能要求越來越高，涌現出一大批高加工指標要求的關鍵零部件。因此相適應，對這些關鍵件特別是復雜曲面零件數控加工的效率和精度要求也越來越高。進給率規劃作為數控加工的關鍵環節，也愈發受到重視，其規劃的質量直接影響到數控加工的效率和加工平穩性等各個方面。目前，自適應進給率規劃引起了學者的重視，如：弦高差約束的進給率規劃算法、考慮加速度約束的雙向掃描進給率規劃算法以及恒材料去除率的進給率規劃方法等。現有的進給率規劃方法存在對躍度約束考慮不足等問題，通常稱躍度約束為Jerk約束。Jerk約束的相關方法主要采用約束非線性優化方法或通過限制進給率切向和法向加速度間接約束分軸Jerk。

經對現有技術的文獻檢索發現，有關數控加工進給率規劃方法的專利有發明人為Dong-Woo?Cho和Jeong-Hoon?Ko等的美國專利，其名稱為Off-line?feed?rate?scheduling?for?reduction?of?machining?time?and?enhancement?of?machining?accuracy?in?CNC?machining，專利號為US7050883B2。該專利發明了一種數控加工進給率的離線規劃方法，實現了以切削力或加工表面誤差為約束條件的進給率規劃，該發明旨在縮短加工時間和提高加工精度，未涉及Jerk約束等問題。

發明內容

本發明針對現有的進給率規劃方法存在的問題，發明了一種躍度約束的數控加工進給率的離線規劃方法。該方法采用比例調節迭代算法和曲線演化算法，運用比例調節迭代算法通過使超差點處的進給率值下降，從而達到使分軸加速度值和分軸Jerk值下降的目的。運用曲線演化算法使進給率曲線光滑變形到新的調整位置，表征了調整區和非調整區的光滑過度，避免了重復插值。

為實現這一目的，首先根據加工要求和機床驅動特性確定出最大進給率值、分軸加速度極限值和分軸Jerk極限值，并確定進給率曲線控制點的數目和采樣點的數目。

本發明采用的技術方案是躍度約束的數控加工進給率的離線規劃方法，其特征是，首先根據弦高差和機床各軸最大速度限制得到各采樣點的初始進給率值，并經樣條擬合得到初始進給率曲線；通過計算各采樣點處的分軸加速度值和分軸Jerk值，并與設定的分軸加速度極限值和分軸Jerk極限值比較獲得超差點，將超差區域所有采樣點的進給率值乘以同一調節系數，得到新的進給率值；每次比例調節完成后，運用曲線演化算法，使當前進給率曲線光滑變形到采樣點新的調整位置，表征了調整區和非調整區的光滑過度，規劃方法包括以下步驟：

1）將加工路徑用參數曲線表示，得到加工路徑的參數曲線表達式；

2）根據弦高差和機床各驅動軸最大速度限制，得到各采樣點處的初始進給率值，經B樣條擬合后得到初始進給率曲線；

3）計算各采樣點處的分軸加速度值和分軸Jerk值，并根據設定的分軸加速度和分軸Jerk極限值，判斷進給率采樣點是否超差；

4）將所有超差點對應的進給率值乘以一個相同的調節系數τ（τ＜1），進而得到超差點處新的進給率值；

5）運用曲線演化算法，將進給率曲線從現有位置光滑變形到調整后的新的目標位置，使其通過新的進給率調整位置，得到一條新的進給率曲線；具體方法是先計算所有超差點處進給率值的變化量；再基于最小二乘原理建立目標進給率曲線變形到給定位置的方程組；計算方程組系數矩陣的廣義逆矩陣，求出進給率曲線控制點的偏移量；最后，將進給率曲線控制點的偏移量帶入B樣條曲線表達式，得到一條通過新的進給率調整位置的光滑進給率曲線。

6）重復步驟3）、4）、5），直至分軸加速度和分軸Jerk值均不超差，得到滿足約束條件的進給率曲線，并最終完成進給率規劃。

本發明的有益效果是利用進給率與分軸加速度、分軸Jerk之間的關系，通過比例調節迭代算法使超差點處的進給率值下降，從而達到使分軸加速度值和分軸Jerk值下降的目的。運用曲線演化算法實現了進給率曲線從當前位置到目標位置的光滑變形，避免了重復插值。本發明充分考慮了弦高差、分軸加速度和分軸Jerk約束，以此規劃出進給率對于保證加工的質量和精度具有顯著意義。

附圖說明

圖1，本發明方法的流程示意圖。

圖2，NURBS曲線表示的加工路徑圖。其中，X軸表示加工路徑的x軸坐標，單位為mm；Y軸表示加工路徑的y軸坐標，單位為mm。