[發明專利]使用雙NURBS刀具軌跡葉輪數控加工速度控制方法及裝置

在審

• 申請號: 202011322258.5
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112346411A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 肖建新;李炳燃;方俊;張輝;葉佩青
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B19/4097
• 分類號: G05B19/4097
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃玉霞

本發明公開了一種使用雙NURBS刀具軌跡葉輪數控加工速度控制方法及裝置，其中，方法包括以下步驟：獲取葉輪雙NURBS表達路徑，計算刀尖點的NURBS曲線弧長，并對NURBS曲線弧長進行等弧長離散；分析等弧長離散后的物理軸速度曲線，在物理軸速度不滿足預設約束值時識別葉輪特征，并制定基于葉輪特征等弧長離散的速度控制策略；利用FIR濾波器的加減速控制策略對等弧長離散后的軌跡進行平滑濾波，實現速度的平滑控制。該方法提高了加工精度，且減輕了葉輪數控系統原有繁重的計算，使數控系統結構清晰明了。

技術領域

本發明涉及數控加工技術領域，特別涉及一種使用雙NURBS刀具軌跡葉輪數控加工速度控制方法及裝置。

背景技術

相關技術，葉輪加工采用五軸聯動數控機床加工而成，針對葉輪的數控加工流程如下：

(1)刀具路徑生成：針對葉輪加工的幾何模型，首先生成刀具路徑，商業計算機輔助設計和制造(CAD/CAM)軟件按照工件模型直接生成符合要求的以G01微小直線段表達的刀具路徑。

(2)數控系統插補點生成：數控系統針對CAD/CAM生成的以G01微小直線段刀具路徑，在誤差和機床動力學等約束條件下完成速度規劃和插補計算，將路徑軌跡轉化為插補點，并將插補點轉化為控制信號發送至伺服驅動環節。

(3)伺服驅動單元控制機床運動：伺服驅動單元控制機床本體運動，加工出合格的零件。

根據以上葉輪數控加工的流程，CAM根據葉輪的加工幾何模型，將連續的自由曲線離散成以微小線段表達的NC代碼過程，微小線段的特點是在過渡處具有一階不連續的幾何特征。數控系統接收來自CAM的微小線段NC代碼首先經過全局或部分擬合將微小線段擬合成連續曲線形式，對連續曲線進行規劃及插補。根據葉輪加工的流程可知，CAM將連續曲線離散成微小線段，CNC對微小線段擬合成連續曲線，此過程可能存在以下缺點：

(1)連續—離散—連續導致在葉輪加工過程中，CAM以及數控系統內部流程較為繁瑣，使得葉輪加工中數控系統的加工復雜化；

(2)在連續—離散及離散—連續的過程中，勢必會損失了精度，因為數控系統無法感知葉輪的加工幾何模型，使得在擬合過程中無法還原葉輪的實際幾何特征；

(3)傳統的數控系統對葉輪這種變曲率加工軌跡使得現有多軸聯動數控技術難以直接實現變曲率零件的高質高效加工，往往需要附加多次精加工、反復修磨等工藝來保證該類零件加工輪廓精度及表面質量，導致加工效率低下。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種使用雙NURBS刀具軌跡葉輪數控加工速度控制方法，提高了加工精度，且減輕了葉輪數控系統原有繁重的計算，使數控系統結構清晰明了。

本發明的另一個目的在于提出一種使用雙NURBS刀具軌跡葉輪數控加工速度控制裝置。

為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種使用雙NURBS刀具軌跡葉輪數控加工速度控制方法，包括以下步驟：獲取葉輪雙NURBS表達路徑，計算刀尖點的NURBS曲線弧長，并對所述NURBS曲線弧長進行等弧長離散；分析等弧長離散后的物理軸速度曲線，在物理軸速度不滿足預設約束值時識別葉輪特征，并制定基于葉輪特征的等弧長離散的速度控制策略；利用FIR濾波器的加減速控制策略對等弧長離散后的軌跡進行平滑濾波，實現速度的平滑控制。