[發明專利]基于B樣條曲線和路徑積分的線性數控加工路徑平滑方法

在審

• 申請號: 202110732474.5
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113835397A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 鄔義杰;郭鵬;沈哲彬;章豪榮;張鵬;李恒博;陳濤;樓沸
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于B樣條曲線和路徑積分的線性數控加工路徑平滑方法。對數控加工過程中生成的用于加工的連續線段進行處理：根據連續線段的特征設定平滑區間的長度；以平滑區間在連續線段上遍歷滑動處理獲得平滑區間的平滑插補點；將各個平滑區間的平滑插補點反饋到連續線段上進行插值，再將插值后的連續線段反饋到數控加工過程中，進而實現平滑。本發明方法對數控加工程序線段的長度和端點的數量不敏感，具有實時性強、穩定性好、所加工的工件表面質量好等優點。

技術領域

本發明涉及多軸數控加工制造領域的一種數控加工處理方法，特別是涉及 連續線段數控加工路徑的平滑處理及插補點的實時變換。

背景技術

連續線段路徑具有表達簡單、計算量小、適用范圍廣等特點，是渦輪、葉 片、模具等自由曲面零件數控加工代碼的最廣泛表達形式。但連續線段在相鄰 線段拐角處存在進給速度方向的突變，會導致加速度的突變，從而引起機床、 刀具的振動和沖擊，影響曲面的加工質量，也會影響設備的使用壽命。

解決這些連續線段數控加工過程中存在問題的一個主要方法就是對連續線 段路徑進行平滑優化，其已成為復雜自由曲面數控加工的一項必需且重要的技 術。

連續線段路徑平滑方法主要有兩類。一類是在相鄰兩條線段轉角處插入直 線或曲線的局部過渡方法，能夠增加了加工軌跡的平滑性，提升了加工速度， 但該方法只對相鄰兩條線段進行平滑操作，當線段非常短時，將難以插入有效 的過渡曲線。另一類平滑方法是將多條連續線段擬合成曲線的多段擬合方法， 能夠獲得更加平滑的加工軌跡同時顯著減少了加工時間，但多段擬合方法需要 將連續線段路徑按線段長短和轉角大小分為直線區域與曲線區域，對曲線區域 的線段進行擬合操作并進行復雜的參數曲線進給速度前瞻與插補計算，而直線 區域則按線段輸出，如果分類不合理，會影響擬合的結果。而且，基于線段端 點的擬合方法的計算結果會受連續線段路徑上端點數量的影響，線段上多一個點或者少一個端點都會導致擬合曲線形狀的改變。

此外，傳統的基于線段端點的擬合誤差計算模型受連續線段路徑上線段端 點數量的影響，在CAM軟件生成連續線段路徑時，增加或者減少一個端點都會 對計算結果產生影響，進而影響擬合算法的穩定性。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于二次B樣條曲線和 路徑積分的線性連續線段數控加工路徑平滑方法。其對多軸數控系統計算出的 插補點進行實時變換，以達到平滑加工軌跡的目的。

本發明提出的基于二次B樣條曲線和路徑積分的連續線段數控加工路徑平 滑方法對數控加工程序線段的長度和端點的數量不敏感，具有實時性強、穩定 性好、所加工的工件表面質量好等優點。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案如下：

本發明對數控加工過程中生成的用于加工的連續線段進行以下處理：

A1，根據連續線段的特征設定平滑區間的長度L；

平滑區間是指連續線段上進行一次平滑的區間。平滑區間的長度L至少大于 連續線段中最大長度的線段。

所述的連續線段是有多個線段以端點首尾依次連接構成，相鄰線段間連接 的交點為端點，每個線段上的兩個端點之間間隔具有多個原始插補點，原始插 補點用于數控加工的刀具進行位置加工。

A2，針對連續線段，以平滑區間在連續線段上遍歷滑動，處理獲得平滑區 間的平滑插補點O_e；

A3，將各個平滑區間的平滑插補點O_e反饋到連續線段上進行插值，再將插 值后的連續線段反饋到數控加工過程的設備中，進而實現平滑。

所述A2，以每一個原始插補點作為待平滑插補點O按照以下步驟遍歷，具 體為：