專利名稱：拐角多周期恒加加速度過渡的s曲線加減速直線插補(bǔ)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控機(jī)床的基于S曲線加減速控制的多周期拐角小直線段插補(bǔ)的改進(jìn)方法，確切地說，涉及一種拐角多周期恒加加速度過渡的S曲線加減速的直線插補(bǔ)方法，屬于數(shù)控機(jī)床的數(shù)字控制加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床在加工復(fù)雜曲面時(shí)，通常是在設(shè)定的加工精度范圍內(nèi)，把被加工曲面離散為大量的空間小直線段。這樣，在小直線段的加工過程中，尤其是在拐角處，數(shù)控機(jī)床的加工方向要頻繁改變，造成數(shù)控機(jī)床也頻繁起停，限制了加工速度，同時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響到被加工曲面的加工精度和表面光潔度。另外，如果采用直線加減速的控制方式進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，由于存在加速度的突變，同樣會(huì)容易引起數(shù)控機(jī)床振動(dòng)。
目前，為了提高小直線段數(shù)控加工的效率，主要采用下述幾種方法第一種是傳 統(tǒng)的小直線段插補(bǔ)方法，即每個(gè)待插補(bǔ)小直線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的速度均設(shè)為零。第二種是在小直線段的拐角處采用等速率過渡插補(bǔ)方法，即待插補(bǔ)小線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的速度不為零，而是根據(jù)數(shù)控機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的加速度限制來確定其拐角的過渡速度，且拐角前速度和拐角后速度的大小相等，在拐角處采用一個(gè)插補(bǔ)周期進(jìn)行過渡。第三種是拐角圓弧過渡方法，即拐角處插入圓弧的過渡方法。這三種方法對于提高拐角處的通過速度都還有進(jìn)一步提聞的余地。目前，數(shù)控系統(tǒng)采用的加減速控制加工工藝的方式共有三種直線加減速方式、S曲線加減速方式和指數(shù)加減速方式。其中，直線加減速方式中的加速度存在不連續(xù)點(diǎn)，指數(shù)加減速方式在高速加工時(shí)的工作穩(wěn)定性不如S曲線加減速方式。所以，S曲線加減速方式因其性能更優(yōu)良而受到重視，并且，其主要應(yīng)用于曲線插補(bǔ)中。但是，由于在S曲線插補(bǔ)中的曲線加減速的計(jì)算復(fù)雜度較高，所以迄今為止，在工程實(shí)際中仍然很少獲得應(yīng)用。申請人:的中國專利《數(shù)控系統(tǒng)基于多周期最優(yōu)拐角的小直線段插補(bǔ)方法》(專利號(hào)ZL200910083950. 4)，介紹了在三軸數(shù)控加工曲線時(shí)，在拐角處采用多周期過渡、并利用直線加減速方式對小直線段進(jìn)行插補(bǔ)的方法，以便充分利用機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸的加速度，提高拐角的加工速度，同時(shí)采用基于直線加減速方式的前瞻算法，提高整體的加工效率。但是，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這種基于直線加減速方式的插補(bǔ)方法存在的缺陷是加工路徑上有加速度變化不連續(xù)的地方，容易引起機(jī)床振動(dòng)，降低加工表面質(zhì)量。在拐角處及其與直線段的銜接處都采用離散方法進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)拐角過渡時(shí)間以正整數(shù)個(gè)插補(bǔ)周期數(shù)的遞減方式進(jìn)行調(diào)整，都會(huì)降低計(jì)算效率。在前瞻處理中的回溯處理也會(huì)延長計(jì)算時(shí)間，再者，該專利技術(shù)的應(yīng)用范圍只限于三軸數(shù)控機(jī)床。因此，為了能夠進(jìn)一步提高和改進(jìn)基于多周期最優(yōu)拐角的小直線段插補(bǔ)方法，申請人又繼續(xù)對此課題進(jìn)行研究、探討和實(shí)施試驗(yàn)。于是，申請人在今年又遞交了發(fā)明專利申請《基于S曲線加減速控制的多周期拐角小直線段插補(bǔ)方法》(申請?zhí)?01210211398. 4)來改進(jìn)數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)加工方法，這個(gè)方法改進(jìn)了基于直線加減速的多周期拐角過渡插補(bǔ)方法存在的問題，同時(shí)，實(shí)施試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，該方法仍然需要在以下方面做改進(jìn)和補(bǔ)充在拐角過渡加工時(shí)，其加加速度方向有突變，容易在拐角處加工時(shí)引起數(shù)控機(jī)床振動(dòng)。而且，在S曲線加減速方式進(jìn)行插補(bǔ)時(shí)，只考慮直線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的加速度為零的情況，雖然在前瞻處理時(shí)該種情況的計(jì)算復(fù)雜度低，但是在針對形形色色的實(shí)際情況中發(fā)現(xiàn)，該方法還存在對多樣性的理論研究完整性的欠缺。因此，申請人繼續(xù)對該方法進(jìn)行研究、探索和改進(jìn)，并取得了一定的功效。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于數(shù)控機(jī)床的拐角多周期恒加加速度過渡的S曲線加減速的直線插補(bǔ)方法，本發(fā)明不僅保留了前述專利申請《基于S曲線加減速控制的多周期拐角小直線段插補(bǔ)方法》的全部特點(diǎn)充分利用數(shù)控機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速能力，采用多個(gè)插補(bǔ)周期進(jìn)行過渡來改變拐角處的速度方向，以提高拐角處的加工速度；同時(shí)對拐角和直線段均進(jìn)行基于S曲線加減速方式的插補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)了加工過程中的加速度連續(xù)，降低機(jī)床振動(dòng)和提高加工質(zhì)量；而且，計(jì)算方法難度降低、計(jì)算速度快，工作性能穩(wěn)定、可靠，能夠滿足實(shí)時(shí)加工要求。再者，本發(fā)明方法實(shí)用性強(qiáng)，能夠適用于多種不同型號(hào)的五軸數(shù)控機(jī)床。更重要的是，本發(fā)明還對前述專利申請的不足之處進(jìn)行了改進(jìn)在拐角過渡時(shí)設(shè)置加加速度的大小和方向都恒定不變，考慮了直線段起點(diǎn)和終點(diǎn)加速度不為零時(shí)的前 瞻處理方法，并對計(jì)算方法進(jìn)行簡便化和明晰化，進(jìn)一步降低了計(jì)算復(fù)雜度；并通過對單一參數(shù)、即拐角過渡插補(bǔ)時(shí)間的調(diào)整進(jìn)行整體前瞻處理，再次降低計(jì)算難度，使得本發(fā)明成為基于S曲線加減速方式插補(bǔ)方法的有效補(bǔ)充。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于數(shù)控系統(tǒng)的拐角多周期恒加加速度過渡的S曲線加減速直線插補(bǔ)方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步驟(I)基于機(jī)床最大加工速度、拐角過渡的幾何誤差以及拐角距離的限制，根據(jù)加工路徑上拐角處的幾何參數(shù)、數(shù)控機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度，以及實(shí)現(xiàn)“拐角前速度和拐角后速度之和最大”的優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置拐角過渡的恒加加速度和拐角前加速度小于零，拐角后加速度大于零的條件，并據(jù)此確定加工路徑上的每個(gè)拐角多周期恒加加速度過渡的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)；(2)進(jìn)行前瞻處理調(diào)整每個(gè)拐角的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)，使每個(gè)小直線段的兩端加工速度和加速度均滿足S曲線加減速方式的可達(dá)性要求即在該小直線段實(shí)際插補(bǔ)長度范圍內(nèi)，其起點(diǎn)速度和起點(diǎn)加速度在相同時(shí)間內(nèi)能以S曲線加減速方式通過加速或減速分別達(dá)到終點(diǎn)速度和終點(diǎn)加速度；(3)根據(jù)步驟(2)調(diào)整后的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)、小直線段的長度、最大加工速度、機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸的最大加速度和最大加加速度的限制，采用S曲線加減速方式計(jì)算每個(gè)直線段的各個(gè)加減速階段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，并對加工路徑的每個(gè)小直線段分別進(jìn)行直線段和拐角的插補(bǔ)，實(shí)時(shí)順序地輸出插補(bǔ)點(diǎn)序列，驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床執(zhí)行加工操作。本發(fā)明與申請人的專利申請《基于S曲線加減速控制的多周期拐角小直線段插補(bǔ)方法》(申請?zhí)?01210211398. 4)相比較，具有以下方面的特點(diǎn)和改進(jìn)首先，在拐角過渡時(shí)，采用本發(fā)明方法的數(shù)控機(jī)床各軸的加加速度的大小和方向是恒定不變的，而原來的專利申請?jiān)诠战沁^渡時(shí)，其加加速度的方向有突變。其次，由于S曲線加減速方式插補(bǔ)時(shí)，原來專利申請中的直線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的加速度限制為零，具有一定的局限性，不符合實(shí)際情況多樣性的理論研究的完整性要求。本發(fā)明較好地解決了這個(gè)問題給出了在直線段起點(diǎn)和終點(diǎn)加速度不為零的情況下的前瞻處理的計(jì)算方法，且其計(jì)算過程采用顯示表達(dá)式，計(jì)算復(fù)雜度低。最后，相對于原來基于S曲線加減速方式下的非多周期拐角過渡插補(bǔ)方法，本發(fā)明在提高拐角速度的同時(shí)，通過對單一參數(shù)、即拐角過渡插補(bǔ)時(shí)間的調(diào)整進(jìn)行整體的前瞻處理，從而進(jìn)一步降低了計(jì)算復(fù)雜度?？傊景l(fā)明可以作為對基于S曲線加減速方式插補(bǔ)方法的有效補(bǔ)充，以拓寬該技術(shù)的應(yīng)用范圍。


圖I是對拐角采用多周期過渡加工的示意圖。圖2是本發(fā)明用于數(shù)控系統(tǒng)的拐角多周期恒加加速度過渡的S曲線加減速的直線插補(bǔ)方法操作流程圖。
圖3是拐角過渡插補(bǔ)時(shí)的加加速度-時(shí)間圖。圖4 (a)、(b)和(C)分別是直線段插補(bǔ)時(shí)S曲線加減速方式的速度-時(shí)間圖、力口速度-時(shí)間圖和加加速度-時(shí)間圖。圖5是本發(fā)明方法的步驟(I)計(jì)算拐角的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)流程圖。圖6是本發(fā)明方法的步驟(2)前瞻處理的操作步驟流程圖。圖7是本發(fā)明方法的步驟(3)插補(bǔ)處理操作步驟流程圖。圖8是圖6中判斷加減速類型的具體操作步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和仿真實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施過程及性能分析作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖1，先介紹本發(fā)明中涉及多周期拐角過渡的幾個(gè)名詞和概念插補(bǔ)是數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)依照設(shè)定方法確定加工刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的過程或操作，即按照某種算法計(jì)算兩個(gè)已知點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的方法，也被稱為“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”。插補(bǔ)周期是數(shù)控系統(tǒng)中計(jì)算插補(bǔ)操作的單位時(shí)間間隔，每個(gè)插補(bǔ)周期T必須完成一次插補(bǔ)計(jì)算并獲得一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)。直線上的插補(bǔ)是仍然在原始加工路徑上的插補(bǔ)過程。拐角處的插補(bǔ)則是根據(jù)該拐角的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)而在該拐角附近、并按照插補(bǔ)點(diǎn)序列進(jìn)行的插補(bǔ)過程。這里的拐角是加工路徑中不在同一直線上的兩個(gè)相鄰小直線段的連接點(diǎn)(例如圖I中P點(diǎn))。圖I中的折線SP-PE表示原始加工路徑，折線SA-AB-BC-CE表示本發(fā)明采用拐角多周期過渡方法時(shí)拐角P處的四個(gè)插補(bǔ)路徑，其中，點(diǎn)S和點(diǎn)E分別是拐角插補(bǔ)的開始位置和結(jié)束位置，點(diǎn)P是拐角頂點(diǎn)，ε是拐角多周期過渡的實(shí)際插補(bǔ)路徑偏離原始路徑的誤差。本發(fā)明方法的多周期最優(yōu)拐角過渡的思路是把數(shù)控機(jī)床原來在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)完成的拐角處加工速度方向的改變，分散到多個(gè)插補(bǔ)周期中逐漸進(jìn)行改變的一種加工方式，用于提高拐角處受限于被加工路徑拐角處幾何參數(shù)的拐角加工速度。本發(fā)明采用的拐角多周期恒加加速度過渡是把拐角處在一個(gè)插補(bǔ)周期的加工速度方向的改變分散到多個(gè)插補(bǔ)周期進(jìn)行逐漸改變，且改變過程中的加加速度大小和方向都是恒定不變的一種加工方式。參見圖1，介紹本發(fā)明拐角多周期過渡時(shí)的下述八個(gè)最優(yōu)拐角插補(bǔ)加工參數(shù)
拐角過渡時(shí)間t是改變拐角速度方向所需耗用的時(shí)間。兩個(gè)拐角速度拐角前速度(V1)是在拐角處插補(bǔ)開始時(shí)的加工速度，拐角后速度(V2)是在拐角處插補(bǔ)結(jié)束時(shí)的加工速度。兩個(gè)拐角加速度拐角前加速度U1)是在拐角處插補(bǔ)開始時(shí)的加速度，拐角后加速度(a2)是在拐角處插補(bǔ)結(jié)束時(shí)的加速度。兩個(gè)拐角距離拐角開始距離(又稱拐角前距離SP)是拐角插補(bǔ)的開始位置與拐角頂點(diǎn)的距離，拐角結(jié)束距離(又稱拐角后距離EP)是拐角插補(bǔ)的結(jié)束位置與拐角頂點(diǎn)的距離。拐角過渡的加加速度(J)是拐角過渡運(yùn)動(dòng)中用于改變運(yùn)動(dòng)速度方向和大小的加加 速度矢量。參見圖2，具體介紹本發(fā)明用于數(shù)控系統(tǒng)的拐角多周期恒加加速度過渡的S曲線加減速直線插補(bǔ)方法中的三個(gè)操作步驟步驟1，基于機(jī)床最大加工速度、拐角過渡的幾何誤差以及拐角距離的限制，根據(jù)加工路徑上拐角處的幾何參數(shù)、數(shù)控機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度，以及實(shí)現(xiàn)“拐角前速度和拐角后速度之和最大”的優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置拐角過渡的恒加加速度和拐角前加速度小于零，拐角后加速度大于零的條件，并據(jù)此確定加工路徑上的每個(gè)拐角多周期恒加加速度過渡的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)。該步驟包括下列操作內(nèi)容(參見圖5):(11)根據(jù)數(shù)控機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度、加工路徑拐角處的幾何參數(shù)和實(shí)現(xiàn)“拐角前速度和拐角后速度之和最大”的優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置拐角過渡的恒加加速度，以及拐角前加速度小于零，拐角后加速度大于零的條件，并據(jù)此確定拐角過渡的恒加加速度J。該步驟(11)包括下列三個(gè)操作內(nèi)容首先讀取GOI代碼，先初步確定拐角多周期恒加加速度過渡時(shí)，該拐角過渡的恒加加速度的取值范圍，即由該拐角的拐角前速度方向矢量61和拐角后速度方向矢量％所在的平面，以及以該拐角為中心、并由數(shù)控機(jī)床五個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度值Jx ￡ [_Jxm，Jxn,] > Jy [ [_Jym，Jyn,] > Jz [ [_JZm，Jj、Ja [ ["Jad,. JaJ 和 Jb [ ["Jbd,. JlJ 為五維尺寸而確定的十面體相交所得到的加加速度多邊形，其中，Jxm、Jym、Jzm、Jp JBm分別表示該數(shù)控機(jī)床五個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度；然后，根據(jù)拐角過渡的恒加加速度和拐角前加速度小于零，拐角后加速度大于零的條件，確定該拐角過渡的恒加加速度的實(shí)際取值范圍是由該拐角的入射直線延長線與出射直線所構(gòu)成的小于180度角的扇形與該拐角加加速度多邊形的相交區(qū)域。其中，拐角過渡時(shí)的恒加加速度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖3所示。最后，確定該拐角過渡的恒加加速度將該拐角過渡的恒加加速度實(shí)際取值范圍中，除去拐角加加速度多邊形中心點(diǎn)以外的其他各個(gè)頂點(diǎn)所對應(yīng)的加加速度值，分別代入
τ. ττ J _ B7) 2
優(yōu)化函數(shù)/ = h + G = 一^f1，式中，Τ是插補(bǔ)周期，再選取其中函數(shù)值最大的點(diǎn)
2(e2 Xel)
所對應(yīng)的加加速度為該拐角過渡的恒加加速度J ;式中，運(yùn)算符號(hào)”和“ X ”分別代表數(shù)乘和叉積。(12)根據(jù)規(guī)定的加工幾何誤差上限eb和拐角過渡的恒加加速度J確定拐角過渡時(shí)間t的上限
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)控機(jī)床的拐角多周期恒加加速度過渡的S曲線加減速直線插補(bǔ)方法，其特征在于，所述方法包括下列操作步驟 (1)基于機(jī)床最大加工速度、拐角過渡的幾何誤差以及拐角距離的限制，根據(jù)加工路徑上拐角處的幾何參數(shù)、數(shù)控機(jī)床各個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度，以及實(shí)現(xiàn)“拐角前速度和拐角后速度之和最大”的優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置拐角過渡的恒加加速度和拐角前加速度小于零，拐角后加速度大于零的條件，并據(jù)此確定加工路徑上的每個(gè)拐角多周期恒加加速度過渡的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)； (2)進(jìn)行前瞻處理調(diào)整每個(gè)拐角的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)，使每個(gè)小直線段的兩端加工速度和加速度均滿足S曲線加減速方式的可達(dá)性要求即在該小直線段實(shí)際插補(bǔ)長度范圍內(nèi)，其起點(diǎn)速度和起點(diǎn)加速度在相同時(shí)間內(nèi)能以S曲線加減速方式通過加速或減速分別達(dá)到終點(diǎn)速度和終點(diǎn)加速度； (3)根據(jù)步驟(2)調(diào)整后的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)、小直線段的長度、最大加工速度、機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸的最大加速度和最大加加速度的限制，采用S曲線加減速方式計(jì)算每個(gè)直線段的各個(gè)加減速階段的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，并對加工路徑的每個(gè)小直線段分別進(jìn)行直線段和拐角的插補(bǔ)，實(shí)時(shí)順序地輸出插補(bǔ)點(diǎn)序列，驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床執(zhí)行加工操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述拐角是加工路徑中不在同一直線上的兩個(gè)相鄰小直線段的連接點(diǎn)；所述拐角多周期恒加加速度過渡是把拐角處在一個(gè)插補(bǔ)周期的加工速度方向改變分散到多個(gè)插補(bǔ)周期進(jìn)行逐漸改變，且改變過程中的加加速度大小和方向都恒定不變的一種加工方式；所述最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)是拐角多周期過渡時(shí)的下述八個(gè)加工參數(shù)拐角過渡時(shí)間t是改變拐角速度方向所用的時(shí)間，拐角前速度V1是在拐角處插補(bǔ)開始時(shí)的加工速度，拐角后速度V2是在拐角處插補(bǔ)結(jié)束時(shí)的加工速度，拐角前加速度B1是在拐角處插補(bǔ)開始時(shí)的加速度，拐角后加速度a2是在拐角處插補(bǔ)結(jié)束時(shí)的加速度，拐角前距離SP是拐角插補(bǔ)的開始位置與拐角的距離，拐角后距離EP是拐角插補(bǔ)的結(jié)束位置與拐角的距離，拐角過渡的加加速度J是在拐角前速度V1過渡到拐角后速度V2期間數(shù)控機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸加加速度的矢量和。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(I)包括下列操作內(nèi)容 (11)根據(jù)數(shù)控機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度、加工路徑拐角處的幾何參數(shù)和實(shí)現(xiàn)“拐角前速度和拐角后速度之和最大”的優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置拐角過渡的恒加加速度，以及拐角前加速度小于零，拐角后加速度大于零的條件，并據(jù)此確定拐角過渡的恒加加速度J ; (12)根據(jù)規(guī)定的加工幾何誤差上限eb和拐角過渡的恒加加速度J確定拐角過渡時(shí)間 t的上限
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟(11)包括下列操作內(nèi)容 (111)讀取GOl代碼，先初步確定拐角多周期恒加加速度過渡時(shí)，該拐角過渡的恒加加速度的取值范圍，即由該拐角的拐角前速度方向矢量ei和拐角后速度方向矢量e2所在的平面，以及以該拐角為中心、并由數(shù)控機(jī)床五個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度值JX G [-Jxffl, Jj、Jy G [-Jym，Jym]、Jz G [-Jzm，Jzm]、Ja g [-JAm，Jadi]和 Jb g [_JBm，Jbm]為五維尺寸而確定的十面體相交所得到的加加速度多邊形，其中，JXffl> Jym、JZffl> Jaiii^ Jbdi分別表示該數(shù)控機(jī)床五個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速度； (112)根據(jù)拐角過渡的恒加加速度和拐角前加速度小于零，拐角后加速度大于零的條件，確定該拐角過渡的恒加加速度的實(shí)際取值范圍是由該拐角的入射直線延長線與出射直線所構(gòu)成的小于180度角的扇形與該拐角加加速度多邊形的相交區(qū)域；(113)確定該拐角過渡的恒加加速度將該拐角過渡的恒加加速度實(shí)際取值范圍中，除去拐角加加速度多邊形中心點(diǎn)以外的其他各個(gè)頂點(diǎn)所對應(yīng)的加加速度值，分別代入優(yōu)化函數(shù)/ = R + G =_'2) -，式中，T是插補(bǔ)周期，再選取其中函數(shù)值最大的點(diǎn)所對應(yīng) l(e2 X ex)的加加速度為該拐角過渡的恒加加速度J ;式中，運(yùn)算符號(hào)”和“X”分別代表數(shù)乘和叉積。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(2)包括下列操作內(nèi)容 (21)根據(jù)系統(tǒng)配置，順序?qū)⒓庸ぢ窂缴厦縨個(gè)連續(xù)小直線段作為一組進(jìn)行前瞻處理，該m數(shù)值大小應(yīng)滿足數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)加工要求，且規(guī)定該m個(gè)待插補(bǔ)小直線段中的第一個(gè)小直線段的起始速度和加速度都為零，第m個(gè)小直線段的終止速度和加速度都為零，且第一個(gè)小直線段的起點(diǎn)和第m個(gè)小直線段的終點(diǎn)所對應(yīng)拐角的其他最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)也都為零； (22)對每組準(zhǔn)備前瞻處理的每個(gè)小直線段的兩端速度和加速度順序地進(jìn)行可達(dá)性判斷該小直線段在其實(shí)際插補(bǔ)長度范圍內(nèi)，其起點(diǎn)速度和起點(diǎn)加速度是否能以S曲線加減速方式通過加速或減速達(dá)到終點(diǎn)速度和終點(diǎn)加速度；如果否，則根據(jù)不同情況分別調(diào)整每個(gè)小直線段的起點(diǎn)或終點(diǎn)的速度和加速度，使之滿足加速或減速可達(dá)性的判斷條件；如果是，則直接執(zhí)行步驟(23);直到完成該m個(gè)小直線段的前瞻處理； (23)繼續(xù)對后續(xù)需要進(jìn)行前瞻處理的每組直線段順序執(zhí)行步驟(22)的操作；直到加工路徑上的所有小直線段都完成前瞻處理后，保存前瞻處理后每個(gè)拐角的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)，以供后續(xù)步驟使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟(22)包括下列操作內(nèi)容 (22A)計(jì)算每個(gè)小直線段的實(shí)際插補(bǔ)長度該小直線段的長度Li分別減去其起點(diǎn)和終點(diǎn)處因拐角插補(bǔ)所占用的拐角后距離EPp1和拐角前距離SPi的差，即第i個(gè)小直線段的實(shí)際插補(bǔ)長度 Lia=Li-EPi-fSPi ； (22B)按照公
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述步驟(3)包括下列操作內(nèi)容(31)每當(dāng)作為一組的m個(gè)連續(xù)小直線段前瞻處理結(jié)束后，讀取隊(duì)首的待插補(bǔ)小直線段，依據(jù)最終的最優(yōu)拐角插補(bǔ)參數(shù)，先進(jìn)行直線段的插補(bǔ)，即確定該直線段上的插補(bǔ)點(diǎn)序列該插補(bǔ)點(diǎn)序列的起點(diǎn)是該直線段起點(diǎn)拐角處插補(bǔ)的最后一個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)；根據(jù)直線段兩端的速度和加速度，即前述步驟已經(jīng)調(diào)整好的該小直線段的起點(diǎn)拐角處的拐角后速度和加速度、以及終點(diǎn)拐角處的拐角前速度和加速度，先計(jì)算在該直線段上插補(bǔ)時(shí)以S曲線加減速方式運(yùn)動(dòng)時(shí)所能達(dá)到的最大速度卩_，且該￥_數(shù)值應(yīng)不大于最大加工速度；再計(jì)算該直線段上的包括加加速、勻加速、減加速、勻速、加減速、勻減速和減減速的各個(gè)階段的插補(bǔ)時(shí)間，最后，根據(jù)該直線段的起始速度、起始加速度和相應(yīng)加減速方式下的時(shí)間進(jìn)行該直線段的插補(bǔ)，得到該直線段的插補(bǔ)點(diǎn)序列； (32)在拐角處插補(bǔ)，確定該拐角處插補(bǔ)的插補(bǔ)點(diǎn)序列先根據(jù)該拐角的拐角插補(bǔ)的開始位置、拐角前速度、拐角前加速度、該拐角過渡加加速度和相應(yīng)的加減速方式，確定該拐角處的插補(bǔ)點(diǎn)序列；且在實(shí)際插補(bǔ)時(shí)，當(dāng)對該拐角前面的小直線段插補(bǔ)時(shí)最后留存的插補(bǔ)時(shí)間小于一個(gè)插補(bǔ)周期時(shí)，則最后一個(gè)插補(bǔ)周期的移動(dòng)距離是留存插補(bǔ)時(shí)間內(nèi)直線段上的插補(bǔ)距離與一個(gè)插補(bǔ)周期減去留存插補(bǔ)時(shí)間內(nèi)拐角處的插補(bǔ)距離之和，并將得到的插補(bǔ)點(diǎn)作為拐角插補(bǔ)的真正開始位置； (33)對每個(gè)待插補(bǔ)的小直線段重復(fù)執(zhí)行步驟(31)和(32)的操作，直到完成全部小直線段的插補(bǔ)； (34)根據(jù)步驟(33)得到的全部小直線段的順序的插補(bǔ)點(diǎn)序列，驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床執(zhí)行實(shí)際加工操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述步驟(31)包括下列操作內(nèi)容 (31A)計(jì)算S曲線加減速方式下各個(gè)小直線段的插補(bǔ)時(shí)間時(shí)，先計(jì)算在小直線段實(shí)際插補(bǔ)長度范圍內(nèi)是否能夠達(dá)到最大加工速度Vm :首先判斷從速度Vs根據(jù)S曲線加減速方式加速到速度Vm的時(shí)間最短的加減速方式，并計(jì)算其移動(dòng)距離S1，然后判斷從速度Vm根據(jù)S曲線加減速方式減速到速度Ve的時(shí)間最短的加減速方式，并計(jì)算其移動(dòng)距離S2,如果Si+S2>L，則直接執(zhí)行后續(xù)步驟(31B);如果SJS2 ( L，根據(jù)前述得到的加減速方式計(jì)算各個(gè) 加減速階段的插補(bǔ)時(shí)間，其中勻速段的插補(bǔ)時(shí)間是
全文摘要
一種拐角多周期恒加加速度過渡的S曲線加減速的直線插補(bǔ)方法，保留了原專利申請(申請?zhí)?01210211398.4)技術(shù)的特點(diǎn)根據(jù)各驅(qū)動(dòng)軸的最大加加速能力，用多個(gè)插補(bǔ)周期進(jìn)行過渡來改變拐角處的速度方向，提高拐角處的加工速度；同時(shí)對拐角和直線段均進(jìn)行基于S曲線加減速方式的插補(bǔ)，使得加工過程中的加速度連續(xù)，降低機(jī)床振動(dòng)和提高加工質(zhì)量；還補(bǔ)充并改進(jìn)了該專利申請技術(shù)在拐角過渡時(shí)設(shè)置加加速度的大小和方向恒定不變，對直線段起點(diǎn)和終點(diǎn)加速度不為零時(shí)的前瞻處理進(jìn)行簡化，并對拐角過渡插補(bǔ)時(shí)間的調(diào)整進(jìn)行整體前瞻處理，使其成為基于S曲線加減速方式插補(bǔ)方法的有效補(bǔ)充。而且，本發(fā)明方法計(jì)算難度低、速度快，工作性能穩(wěn)定、可靠，能滿足實(shí)時(shí)加工要求。
文檔編號(hào)G05B19/41GK102799145SQ20121028747
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者張立先, 李洪波, 高小山 申請人:中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院