[發明專利]一種參數曲線直接插補進給速度規劃方法

有效

• 申請號: 202110609608.4
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113325806B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 李志杰;韓立娜;林海峰;李維彪
• 申請（專利權）人: 北華航天工業學院
• 主分類號: G05B19/416
• 分類號: G05B19/416
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

本發明公開了一種參數曲線直接插補進給速度規劃方法，包括步驟：在單個速度極值點聚集區內將極值點按曲線參數以中心向兩側從小到大逐級外推依次排序形成Rankj序列(j＝1,2...N)；將Rank(j?1)等級點的速度V_rank1賦值給等級為Rankj的曲線參數點；采用辛普森法則計算Rankj等級點到Rank(j+1)等級點的曲線長度按照加減速規律算法計算速度從V_rank(j?1)加速或減速到V_rankj需要的曲線長度比較與的大小，若則調整速度；重復上一步驟依次進行下一級計算，逐級外推；若Rank(j+1)等級點是密集區邊界點，按照單級外推法將此點速度與最大速度V_max連接，則該速度極值密集區的速度規劃完成。本發明采用速度逐級外推法對速度極值區域進行速度規劃，在保證加工精度的前提下，盡可能地發揮最大速度性能，提高加工效率。

技術領域

本發明涉及數控加工技術領域，特別是涉及一種參數曲線直接插補進給速度規劃方法。

背景技術

隨著航空航天、汽車等工業迅猛發展，參數曲線廣泛地用于復雜曲面曲線產品造型設計。若采用傳統的直線、圓弧插補方法，勢必產生大量首尾相連的微小線段去逼近曲線，無法滿足精度和效率的要求。參數曲線直接插補就是根據當前插補點的參數和插補步長以及機床的動力學性能，計算下一個插補點的曲線參數，從而最終得到全部插補點信息，實現高速高精插補。對于參數曲線插補算法，關鍵技術之一是采用速度前瞻規劃。速度前瞻規劃就是預讀一段或多段待插補加工路徑，獲取路徑段長度和弓高誤差、加速度等路徑特征對速度的約束信息，提取速度敏感點，根據速度敏感點將預讀路徑劃分為若干子區間，然后根據加減速規律和各子區間約束對子區間進給速度進行預先規劃，在保證加工精度的前提下提升加工效率。

進給速度預先規劃，主要是對多條件下的速度進行自適應規劃，多條件包括：曲線弓高誤差、法向加速度、法向加加速度、機床動力特性和曲線曲率等。在多條件約束下速度的極值點對應的曲線參數明確之后，將此處作為速度局部范圍內最小值，若按照加減速規律直接進行加速或者減速處理，則會出現速度超限，如圖1所示；若曲率極大值點附近曲率變化緩慢，則曲率約束下的限制速度曲線也較為平緩。此時傳統速度規劃方法直接按最大加加速度進行加速，忽略了極值點附近非線性變化的曲率對速度的持續限制，容易造成速度超限，引起較大的輪廓誤差，因此需要根據極值點附近曲率信息自適應地調整加減速規劃，使得加速過程滿足誤差限制要求。

目前，進給速度預先規劃方法主要有兩種：一種是恒速法，將整條曲線在多條件下的最低許用速度值作為恒速施加到速度變化區域甚至整條曲線，此種方法雖然能避免進給速度不超過綜合約束，保證速度運行平穩，但以損失加工效率為代價；另一種是時變進給速度規劃方法，根據多條件約束下最低許用速度、加速度和加加速度等信息對速度進行修正，此方法能保證曲線始終不超過約束限制，進給速度平穩無突變，提高了加工效率，但此方法僅適用于速度敏感點較為分散的場合，對于微小線段曲率變化頻繁的場合，速度變化敏感點比較聚集的情況，上述時變速度規劃會造成頻繁加減速，切削量反復變化，給驅動系統帶來額外負荷，降低了進給運行平穩性，易引發切削振動，進而影響加工精度。

發明內容

本發明的目的是提供一種參數曲線直接插補進給速度規劃方法，采用速度逐級外推法對速度極值區域進行速度規劃，在保證加工精度的前提下，盡可能地發揮最大速度性能，提高加工效率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種參數曲線直接插補進給速度規劃方法，包括以下步驟：

S1)在單個速度極值點聚集區內將極值點按曲線參數依次排序，將速度極限值比前后極值都小的曲線參數點定義為Rank1，以Rank1為中心逐級向兩側曲線外推，臨近Rank1的點定義為Rank2，臨近Rank2的點定義為Rank3，以此類推，形成曲線參數點的Rankj序列，其中j＝1,2...N，N為等級數；