[發明專利]一種基于曲線光滑變形的數控加工進給率規劃方法

有效

• 申請號: 201510447584.1
• 申請日: 2015-07-26
• 公開（公告）號: CN105005265B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 孫玉文;陳劍;趙洋;任斐;徐金亭
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 大連星海專利事務所21208
• 代理人: 花向陽

技術領域

本發明涉及一種基于曲線光滑變形的數控加工進給率規劃方法，屬于數控加工技術領域。

背景技術

數控機床已廣泛應用于復雜曲面零件的數控加工,進給率規劃作為數控加工的關鍵環節，對高質量、高效率和低成本完成復雜工件的數控加工起著重要作用。由于笛卡爾空間和節點空間存在非線性關系，目前適用于五軸數控加工的進給率規劃方法十分有限。現有文獻對進給率曲線的光順性關注不夠，進給率過度波動問題沒有得到有效的控制。因此，在實現進給率自適應定制的同時保證進給率曲線的光順性仍是有待解決的問題，并具有重要的意義。

經對現有技術的文獻檢索發現，有關五軸數控加工進給率規劃方法的研究有Wei Fan等的“Time-optimal interpolation for five-axis CNC machining along parametric tool path based on linear programming".International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2013,69(5-8):1373-1388.論文以獲得最短加工時間為目標函數，以弦高差、機床最大速度、機床各軸最大加速度和躍度作為約束條件，構建線性約束優化模型用于進給率規劃。Sencer B等在其論文“Feed optimization for five-axis CNC machine tools with drive constraints”.International Journal of Machine Tools&Manufacture,2008,48:733–745.中以獲得最短加工時間為目標函數，以機床各軸最大速度、加速度和躍度為約束條件，構建非線性約束優化模型用于進給率規劃。上述進給率規劃方法均采用約束優化模型，本發明著重考慮進給率曲線的形態和光順性，在常規誤差控制的曲線變形基礎上，形成了基于曲線光滑變形的數控加工進給率規劃方法。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種基于曲線光滑變形的數控加工進給率規劃方法。該方法首先將進給率約束條件分為兩類，即：1.鄰域無關(Neighbor-independent，NI)約束，此類約束只與進給率本身有關，與進給率曲線的微分性質無關，如弦高差約束和分軸速度約束等。對于此類約束，只需針對初始進給率曲線，計算出約束超差點的進給率更新值，通過一次曲線光滑變形，便可得到鄰域無關(NI)約束下的進給率曲線。2.鄰域相關(Neighbor-dependent,ND)約束，此類約束的進給率滿足條件計算，不僅涉及到進給率本身，而且涉及到其微分性質。鄰域相關(ND)約束包括分軸加速度和分軸躍度約束等。對于此類約束，需結合比例調節算法計算約束超差區域的進給率更新值，并通過對目標進給率曲線的多次光滑變形，得到鄰域相關(ND)約束下的最終進給率曲線。

本發明采用的技術方案是：一種基于曲線光滑變形的數控加工進給率規劃方法將進給率約束分為鄰域無關約束(NI約束)和鄰域相關約束(ND約束)，首先，將工藝要求的最大進給率設定為初始進給率直線后，通過一次曲線光滑變形得到鄰域無關約束的進給率曲線，進而，結合比例調節算法，通過多次曲線光滑變形得到鄰域相關約束的進給率曲線，該進給率規劃方法，在單純幾何逼近誤差約束的曲線變形基礎上加入光順項，得到的進給率曲線具有更好的光順性，規劃方法包括以下步驟：

步驟一、預處理：參數曲線表示曲面加工路徑，確定采樣點位置及個數，求解機床各軸運動軌跡；

步驟二、初始進給率直線生成：將設定的刀尖點最大進給率允許值作為采樣點處的初始進給率值，構造初始進給率直線；

步驟三、鄰域無關約束下的進給率曲線生成，包括以下步驟：

(a)計算各采樣點處弦高差約束和分軸速度約束下的最大進給率允許值；

(b)結合刀尖點最大進給率允許值，確定鄰域無關約束下進給率曲線的超差區域，并計算超差點處進給率更新值；

(c)運用曲線光滑變形，將進給率曲線從原始位置光滑變形到目標位置，得到鄰域無關約束下的進給率曲線；

步驟四、鄰域相關約束下的進給率曲線生成，包括以下步驟：

(a)根據當前生成的進給率曲線，計算各采樣點處的分軸加速度值和分軸躍度值；

(b)結合設定的分軸加速度極限值和分軸躍度極限值，確定鄰域相關約束下進給率曲線的超差區域；