[發明專利]ST

有效

• 申請號: 201911203626.1
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN112883502B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 趙飛;梅雪松;黃曉勇;陶濤;盛曉超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開了速度曲線的設計方法及基于速度曲線的五軸軌跡加工方法，本發明的方法可以將S²速度曲線的時間延長至任意值的速度規劃方法；基于此，根據五軸加工軌跡的刀尖和刀軸方向子軌跡的運動學約束生成各子軌跡的最短運動時間，并通過速度曲線調整較快子軌跡的最大速度或末端速度，實現兩子軌跡的運動時間同步，最終實現五軸機床在給定的時間內沿指令軌跡運動到指定位置和位姿。本發明的方法綜合考慮了刀尖和刀軸方向子軌跡的運動學約束，通過提出的速度曲線能夠實現在相同時間內沿指令軌跡運動到指定位置和刀具位姿，避免了任何子軌跡的驅動約束飽和，獲得了連續平穩的運動過程。

技術領域

本發明屬于運動規劃技術領域，具體涉及速度曲線的設計方法及基于速度曲線的五軸軌跡加工方法。

背景技術

五軸機床軌跡由刀尖子軌跡和刀軸方向子軌跡組成，其中刀尖子軌跡位于笛卡爾平面坐標系而刀軸方向子軌跡位于球面坐標系，兩軌跡所處空間是獨立的，實現刀尖和刀軸子軌跡的運動同步是五軸插補中的關鍵技術之一。文獻1“Beudaert X,Lavernhe S,Tournier C.5-axis local corner rounding of linear tool path discontinuities[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2013,73:9-16.”和文獻2“Tulsyan S,Altintas Y.Local toolpath smoothing for five-axis machine tools[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2015,96:15-26.”采用了線性參數同步的方法，通過將刀尖子軌跡作為主運動，刀軸方向子軌跡作為從運動，并通過參數同時實現兩軌跡的同步運動。速度規劃過程中，先依據刀尖運動學約束對刀尖子軌跡進行速度規劃生成刀尖速度曲線，并通過參數同步生成刀軸方向速度曲線，但是，該過程忽略了刀軸方向的運動學約束。在某些情況下，線性參數同步方法會造成刀軸子軌跡的速度規劃違背其運動學約束，造成機床物理軸軸的飽和，進而破壞五軸加工質量。

發明內容

針對現有技術中的技術問題，本發明提供了速度曲線的設計方法及基于速度曲線的五軸軌跡加工方法，綜合考慮了刀尖和刀軸方向子軌跡的運動學約束，通過提出的速度曲線能夠實現在相同時間內沿指令軌跡運動到指定位置和刀具位姿。

為解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案予以實現：

一種速度曲線的設計方法，包括以下步驟：

步驟1：確定速度曲線的勻速速度上限值；

步驟2：計算臨界時間，用于在步驟3中確定速度曲線的類型；

步驟3：根據步驟1確定的勻速速度上限值和步驟2計算的臨界時間確定速度曲線類型。

進一步地，所述步驟1的具體方法為：

給定參數，所述參數包括目標位移L、初始速度v_s、終止速度v_e、勻速速度v_m、加速度極限值A_max和躍度極限值J_max；根據給定的所述參數假設運動過程包括加速階段、勻速階段和減速階段，其中，加速階段的持續時間t_a為：

減速階段的持續時間t_d為：

當時，假設成立，運動過程存在勻速階段，且勻速速度為v_m；