[發明專利]多軸軌跡奇異區域的雙樣條壓縮的方法

在審

• 申請號: 202111164241.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN114019905A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 高翔;鄒捷;王東方;胡軼杰;王傳兵;劉濤
• 申請（專利權）人: 武漢華中數控股份有限公司
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 秦曼妮

本發明提供了一種多軸軌跡奇異區域的雙樣條壓縮的方法，包括以下步驟：(1)計算奇異區域的邊界點，將邊界點映射到刀尖點與刀軸矢量上得到邊界刀位點；(2)根據長直線劃分方法將原始刀位點劃分為若干個子區間，根據劃分后位于奇異圓內的劃分節點以及步驟(1)得到的邊界刀位點對奇異區域初步劃分壓縮區間；(3)計算奇異區域內各原始刀位點的離散特征加速度并確定特征加速度閾值，根據特征加速度閾值確定斷點，在初步劃分的壓縮區間的基礎上根據斷點進一步劃分壓縮區間；(4)根據步驟(3)劃分的壓縮區間將奇異區域軌跡擬合為工件系刀尖點和機床系旋轉軸雙樣條。本發明可以高效解決奇異區域速度連續壓縮過渡的問題。

技術領域

本發明屬于數控加工領域，具體涉及一種多軸軌跡奇異區域的雙樣條壓縮的方法。

背景技術

多軸高速高精加工是現代制造業的一個迫切需求，多軸小線段程序加工時，小線段軌跡只有G0連續，且步距過密會生成大量程序段，導致系統速度規劃頻繁加減速影響加工效率。通過雙樣條將刀尖與刀軸壓縮擬合成樣條曲線，可以在提高加工精度的同時，減少程序段數，系統規劃的速度與加速度更加平穩。但是由于旋轉軸的引入，五軸機床會在特定的位置出現極端的非線性誤差，稱為奇異現象。通常我們使用奇異錐來描述奇異區域，它是奇異點處的刀軸矢量偏轉一個角度α形成的如圖1所示的錐形空間，刀軸矢量處于該錐形空間的區域稱為奇異區域。

在奇異區域內，刀軸矢量的微小變化，會導致旋轉軸的位置劇烈波動。以AC雙轉臺結構為例，在奇異區域內C軸位置會劇烈波動，其根本原因在于C＝-arctan(i/j)，其中i，j為刀軸矢量的前兩個分量，可以看出，C軸位置與i和j的比值有關，而在奇異區域，i、j均十分接近0，微小變化都會導致i/j變化劇烈。所以在工件系下對刀軸矢量進行壓縮光順無法解決奇異區域機床系旋轉軸劇烈變化的問題。

綜上所示，以上這些問題會讓加工速度、加工質量難以達到預期，所以對刀具軌跡進行樣條壓縮處理關鍵在于：保證奇異區域軌跡的速度連續。

發明內容

為解決現有技術存在的上述至少部分問題，本發明提供一種多軸軌跡奇異區域的雙樣條壓縮的方法。

本發明是這樣實現的：

本發明提供一種多軸軌跡奇異區域的雙樣條壓縮的方法，包括以下步驟：

(1)計算奇異區域的邊界點，將邊界點映射到刀尖點與刀軸矢量上得到邊界刀位點；

(2)根據長直線劃分方法將原始刀位點劃分為若干個子區間，根據劃分后位于奇異圓內的劃分節點以及步驟(1)得到的邊界刀位點對奇異區域初步劃分壓縮區間；

(3)計算奇異區域內各原始刀位點的離散特征加速度并確定特征加速度閾值，根據特征加速度閾值確定斷點，在初步劃分的壓縮區間的基礎上根據斷點進一步劃分壓縮區間；

(4)根據步驟(3)劃分的壓縮區間將奇異區域軌跡擬合為工件系刀尖點和機床系旋轉軸雙樣條。

進一步地，所述步驟(1)具體包括：

連接相鄰的在奇異圓內外兩側的點V_i-1(i₁,j₁)、V_i(i₂,j₂)，得到一條線段V_i-1V_i，計算它與奇異圓的交點，得到的點V_b即為奇異區域的邊界點；

根據V_b在線段V_i-1V_i上的比例，線性地將邊界點映射到刀尖點與刀軸矢量上，得到邊界刀位點P_b。

進一步地，所述步驟(2)中根據長直線劃分方法將原始刀位點劃分為若干個子區間，具體包括：