[發明專利]速度敏感區間恒速曲線插補速度規劃方法

有效

• 申請號: 201610167479.7
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105759725B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 馬建偉;宋得寧;賈振元;高媛媛;劉巍;劉振
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 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

本發明屬于精密高效數控加工技術領域，特別涉及一種參數曲線插補過程中的速度敏感區間恒速自適應加工進給速度規劃方法。

背景技術

目前，高端裝備制造領域迅速發展，對數字控制加工技術出了嚴峻挑戰。對于傳統的直線、圓弧插補數控加工來說，進行復雜曲線、曲面加工時，具有諸多缺陷，例如，利用微小直線、圓弧段代替曲線時產生的逼近誤差，加工代碼文件消耗存儲量大，拐角處存在一階不連續點導致的頻繁加減速等。因此，近年來參數曲線插補技術得到了廣泛研究。在參數曲線插補過程中，加工進給速度的合理規劃至關重要。若進給速度規劃不合理，極易導致數控加工中曲線曲率較大位置處的弓高誤差過大，或進給軸加速度、加加速度超過機床驅動性能極限，降低加工精度和加工表面質量。此外，當加加速度過大時，會使機床加工進給軸產生較大沖擊，從而影響機床使用壽命。因此，研究參數曲線插補過程中的加工進給速度規劃方法對精密高效數控加工技術的發展具有重要意義。

查閱現有技術文獻發現，文獻“Real-time NURBS command generators for CNC servo controllers”，M.-Y.Cheng等，International Journal of Machine Tools and Manufacture，2002，42(7)：801-813，該文獻采用恒定加工進給速度進行參數曲線插補，然而，若進給速度過高，易導致曲線曲率較大位置處弓高誤差、進給軸加速度和加加速度過大；若進給速度過低，則影響曲線曲率較小位置處的加工效率。文獻“A real-time configurable NURBS interpolator with bounded acceleration,jerk and chord error”，Annoni等，Computer-Aided Design，2012，44(6)：509-521，該文獻提出一種基于加速度、加加速度和弓高誤差約束的非均勻有理B樣條曲線插補速度規劃方法，然而，該方法所規劃進給速度在插補過程中實時變化，即速度波動較大，不利于加工表面質量的提高，另外，該方法實時計算各插補點處的進給速度值，需要進行前瞻和插補預處理，消耗存儲和計算量較大，一旦計算量超過控制器性能極限，極易引發機床震顫甚至損壞。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，發明一種速度敏感區間恒速曲線插補速度規劃方法，通過確定速度敏感區間及各區間內滿足插補精度、進給軸加速度、加加速度極限要求的恒定進給速度值，合理規劃參數曲線插補加工進給速度，實現滿足加工效率與加工質量雙重需求的區間恒速曲線插補。

本發明的技術方案是一種速度敏感區間恒速曲線插補速度規劃方法，其特性在于，該方法首先判斷在程序預設進給速度下，曲線上不滿足弓高誤差、法向加速度、法向加加速度(即法向加速度變化率)約束的參數區間，從而確定速度敏感區間，并將各速度敏感區間內的曲率半徑最小點位置處的許用進給速度作為該速度敏感區間的進給速度初值；其次，以切向加速度、切向加加速度(即切向加速度變化率)為約束條件，通過逆向掃描降速過程進給速度規劃和正向掃描升速過程進給速度規劃，確定各速度敏感區間的進給速度值；再次，以切向加速度、切向加加速度為約束條件，確定過渡區域的升速起始、結束點和降速起始、結束點；最后，將曲線上各升速起始、結束點和降速起始、結束點及相對應的進給速度值作為數控代碼，與曲線信息一起輸入到插補器中，實現滿足幾何和驅動約束的速度敏感區間恒速參數曲線插補；具體步驟如下：

第一步 確定速度敏感區間

當加工進給速度為v時，曲線上弓高誤差δ為：

式中，ρ為曲率半徑，Ts為插補周期；因此，可得曲率半徑為ρ時，幾何約束，即弓高誤差約束下的最大許用加工進給速度v_g(ρ)為：

其中，δ_lim為設定的弓高誤差極限；

加工進給速度v、曲線曲率半徑ρ與法向加速度a_n的關系為：

因此，法向加速度約束下的最大許用加工進給速度v_a(ρ)為：

其中，a_n,lim為數控系統設定的法向加速度極限；

加工進給速度v、曲線曲率半徑ρ與法向加加速度j_n的關系為：

因此，法向加加速度約束下的最大許用加工進給速度v_j(ρ)為：