一种考虑加工特性的NURBS直接插补方法及装置

摘要

本发明提供了一种考虑加工特性的NURBS直接插补方法及装置，采用考虑机床运动学和动力学特性，以及刀具路径工况，建立多约束条件方程，完成预插补处理，得到进给速度序列；离线速度规划模块寻找并确定切向加速度超差区域，并采用S型加/减速模式对超差区域的速度进行重新调整；利用调整好的速度序列对每个插补周期进行实时插补，插补装置利用动态链接库技术，将插补点的位置信息经过伺服控制器，驱动伺服电机，完成实时在线插补。本发明能使插补同时满足包括单轴加速度限制、Jerk限制、曲率特性等在内的多约束条件，改善小曲率情形时加工效率，进一步增强对加工质量和加工效率的协调控制能力，可有效的避免机床颤振或系统振动。

主权项

一种考虑加工特性的NURBS直接插补装置，其特征在于：根据机床运动学和动力学特性，以及刀具路径的工况，建立一种能同时满足最大弓高误差、弓高误差冗余、机床加/减速能力、单轴加速度限制、曲率特性、加加速度(Jerk)限制、实时性这七种约束条件的插补算法，并基于开放式数控系统结构实现NURBS直接插补功能；该装置包括以下几个模块：预插补处理模块：根据考虑加工特性要求，建立能同时满足多约束进给速度的规划方程，读取刀具路径曲线的控制顶点、节点矢量、权因子这三项数据，完成一次预插补处理，得到插补点进给速度序列,所述的预插补处理模块包括以下步骤：1)由刀具路径曲线的插补点信息数据，计算下一插补点间等弓高误差插补参数增量△u_i,1及恒定进给速度的参数增量△u_i,2；2)由当前插补点参数计算插补点曲率，曲率半径；3)建立多约束进给速度规划方程，确定预插补进给速度，当△u_i,1≥△u_i,2时，应将进给速度限制为min{V_r(u_i),V_e(u_i),V_t(u_i),V_n(u_i),V_j(u_i),V_c(u_i)}，当△u_i,1＜△u_i,2时，应将进给速度大小限制为min{F,V_e(u_i),V_t(u_i),V_n(u_i),V_j(u_i),V_c(u_i)}；其中F为给定进给速度，V_r(u_i)满足曲率特性最大速度，V_e(u_i)为满足弓高误差约束最大速度，V_t(u_i)为满足切向加速度约束最大速度，V_n(u_i)为满足法向加速度约束最大速度，V_j(u_i)为满足加加速度(Jerk)限制约束最大速度，V_c(u_i)为满足单轴加速度约束最大速度，记V_j(u_i)为满足Jerk限制的进给速度，则：$V_j\left(u_i\right)=\sqrt[3]{p_i^2{J}_{max}}$记V_c(u_i)为满足单轴加速度限制的进给速度，则：$V_c\left(u_i\right)=J_{\max }{T}_S^2{(\frac{p_{i+1,x}-p_{i,x}}{L_i}-2\frac{p_{i,x}-p_{i-1,x}}{L_{i-1}}+\frac{p_{i-1,x}-p_{i-2,x}}{L_{i-2}})}^{-1}$其中p_i，x为插补点i的x轴坐标位置，L_i为插补点i处插补步长，公式以x轴向为例，其他轴向方法相同；4)计算插补点参数序列，插补步长；5)生成预插补进给速度序列；离线速度规划模块：寻找并确定进给速度序列中切向加速度超差区域，并采用S型加/减速模式对超差区域的进给速度进行重新调整，消除减速过程中切向加速度超差的插补点，得到能满足每个约束条件的进给速度序列；实时插补装置模块：利用调整好的进给速度序列对每个插补周期逐一进行实时插补，插补点的位置信息送入本发明中NURBS直接插补装置进行实验加工。