数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法、设备、装置、处理器及其存储介质

技术领域

本发明涉及数控加工软件领域，特别涉及工件加工轨迹限速技术领域，具体是指一种应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法、设备、装置、处理器及其计算机可读存储介质。

背景技术

数控系统的应用领域越来越广泛，待加工的工件曲面复杂程度越来越高，对控制系统的加工效率和平稳性的要求也越来越高；在航空、航天、能源和国防等领域中对复杂曲面零部件的加工有较高的加工要求，现有对复杂曲面曲线加工，商业CAD/CAM软件生成的刀具路径通常只能用工件坐标系下的小线段、小圆弧段表示；优化数控系统对小线段、小圆弧评价其合理约束速度成为了高速高精度加工要求的重要前提。

目前行业常规使用的限速方法有两种：

一是使用轨迹上相邻的三点求取外接圆计算曲率限速，缺点在于轨迹点较密集时对数值精度敏感，且无法较准确地处理曲率换向时的限速值；

二是将轨迹先进行样条拟合后再计算曲率限速，缺点在于拟合的性能开销很大，且拟合结果对于轨迹点的分布变化敏感。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种工件加工可靠平稳的应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法、设备、装置、处理器及其计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明的应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法、设备、装置、处理器及其计算机可读存储介质具体如下：

该应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法，其主要特点是，所述的方法具体包括以下步骤：

(1)系统对待加工工件的加工轨迹上的给定点在所述的系统的预设的规则策略下，采集所述的给定点在邻域内系统预设的采样点个数的各个采样点信息；

(2)计算在所述的邻域内相邻的三个采样点的外接圆半径，并根据系统预设的规则策略计算得到所述的给定点的选曲率半径估计值；

(3)系统根据上述步骤(2)中获取的所述的曲率半径估计值以及系统预设的向心加速度限制值，计算得到所述的给定点的限速值；

(4)系统根据所述的给定点的限速值对待加工工件的加工轨迹曲线进行限速控制。

较佳地，所述的步骤(1)中所述的系统预设采样点个数为N，其中N≥5。

较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.1)在系统指令缓冲区中确定待限速点Q；

(1.2)根据所述的待确定点Q向所述的缓冲区头部累计长度L获取采样点P1，累计长度2L获取采样点P2；

(1.3)根据所述的待确定点Q向所述的缓冲区尾部累计长度L获取采样点R1，累计长度2L获取采样点R2；

(1.4)判断当前的采样点的总数量是否达到系统预设采样点个数；

(1.5)如达到，则返回上述步骤(2)；如未达到，则顺次从所述的缓冲区头部或者缓冲区尾部累计长度L继续获取新的采样点，并返回上述步骤(1.4)。

较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)判断所述的系统预设采样点个数是否等于5；如果是，则继续步骤(2.2)，否则，继续步骤(2.4)；

(2.2)求取各个所述的采样点中每相邻三点的组合所确定的外接圆的半径R

R

R

R

(2.3)根据所述的步骤(2.2)获取的各个外接圆的半径，结合以下公式计算得到曲率半径估计值R

R

其中，min表示取最小值；

(2.4)求取各个所述的采样点中每相邻三点的组合所确定的外接圆的半径R

R

R

R

R

(2.5)根据所述的步骤(2.4)获取的各个外接圆的半径，结合以下公式计算得到曲率半径估计值R

R

其中，min表示取最小值。

更佳地，求取各个所述的采样点中每相邻三点的组合所确定的外接圆的半径，具体包括以下步骤：

(a)当相邻三点A、B、C三点共线时，则计算当前的外接圆半径为+∞；

(b)当相邻三点A、B、C三点不共线时，根据所述的三点A、B、C的坐标计算出各点之间的长度距离|AB|、|BC|和|AC，并根据以下公式计算长度距离平均量P

其中，|AB|表示A点和B点之间的坐标距离；

|BC|表示B点和C点之间的坐标距离；

|AC|表示A点和C点之间的坐标距离；

(c)根据以下的海伦公式，计算所述的相邻三点A、B、C的外接三角形面积S：

(d)根据正弦定理

其中，R为由A、B、C三点构成的外接圆半径；

(e)根据上述步骤(c)和(d)，并结合以下公式计算得到A、B、C三点的外接圆半径R

更佳地，所述的步骤(3)具体为：

所述的系统根据上述步骤(2)中获取的所述的曲率半径估计值R

该应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的数控加工设备，其主要特点是，所述的数控加工设备包括：

加工轨迹采样模块，用于对待加工工件的加工轨迹上的给定点在所述系统预设的规则策略下，采集所述的给定点在邻域内系统预设的采样点个数的各个采样点信息；

曲率半径估算模块，用于计算在所述的邻域内相邻的三个采样点的外接圆半径，并根据系统预设的规则策略计算得到所述的给定点的曲率半径估计值；

限速值计算处理模块，用于根据所述的曲率半径估算模块所获取的所述的曲率半径估计值以及系统预设的向心加速度限制值，计算得到所述的给定点的限速值；

限速控制模块，用于根据所述的定点的限速值对待加工工件的加工轨迹进行限速控制。

该应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的装置，其主要特点是，所述的装置包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被所述处理器执行时，用以实现上述控制方法的各个步骤。

该应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，用以实现上述控制方法的各个步骤。

该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述控制方法的各个步骤。

采用了本发明的应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法、设备、装置、处理器及其计算机可读存储介质，有别于现有技术中普遍使用的限速方法，通过对给定点采用邻域等距估计思想，使得工件在加工过程中的向心加速度始终受约束控制，可用于快速估算曲线轨迹上各点的曲率限速，保证了工件在加工过程中的平稳性。

附图说明

图1为本发明的应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法的流程图。

图2为本发明的应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法的邻域等距采样示意图。

图3为本发明的应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法的每相邻三点的组合所确定的外接圆的半径的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

在详细说明根据本发明的实施例前，应该注意到的是，在下文中，术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示，本发明的该应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法，其中，所述的方法具体包括以下步骤：

(1)系统对待加工工件的加工轨迹上的给定点在所述的系统的预设的规则策略下，采集所述的给定点在邻域内系统预设采样点个数的各个采样点信息；

(2)计算在所述的邻域内相邻的三个采样点的外接圆半径，并根据系统预设的规则策略计算得到所述的给定点的曲率半径估计值；

(3)系统根据上述步骤(2)中获取的所述的曲率半径估计值以及系统预设的向心加速度限制值，计算得到所述的给定点的限速值；

(4)系统根据所述的给定点的限速值对待加工工件的加工轨迹曲线进行限速控制。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)中所述的系统预设采样点个数为N，其中N≥5。

请参阅图2所示，作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：

(1.1)在系统指令缓冲区中确定待限速点Q；

(1.2)根据所述的待确定点Q向所述的缓冲区头部累计长度L获取采样点P1，累计长度2L获取采样点P2；

(1.3)根据所述的待确定点Q向所述的缓冲区尾部累计长度L获取采样点R1，累计长度2L获取采样点R2；

(1.4)判断当前的采样点的总数量是否达到系统预设采样点个数；

(1.5)如达到，则返回上述步骤(2)；如未达到，则顺次从所述的缓冲区头部或者缓冲区尾部累计长度L继续获取新的采样点，并返回上述步骤(1.4)。

请参阅图3所示，作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：

(2.1)判断所述的系统预设采样点个数是否等于5；如果是，则继续步骤(2.2)，否则，继续步骤(2.4)；

(2.2)求取各个所述的采样点中每相邻三点的组合所确定的外接圆的半径R

R

R

R

(2.3)根据所述的步骤(2.2)获取的各个外接圆的半径，结合以下公式计算得到曲率半径估计值R

R

其中，min表示取最小值；

(2.4)求取各个所述的采样点中每相邻三点的组合所确定的外接圆的半径R

R

R

R

R

(2.5)根据所述的步骤(2.4)获取的各个外接圆的半径，结合以下公式计算得到曲率半径估计值R

R

其中，min表示取最小值。

作为本发明的优选实施方式，求取各个所述的采样点中每相邻三点的组合所确定的外接圆的半径，具体包括以下步骤：

(a)当相邻三点A、B、C三点共线时，则计算当前的外接圆半径为+∞；

(b)当相邻三点A、B、C三点不共线时，根据所述的三点A、B、C的坐标计算出各点之间的长度距离|AB|、|BC|和|AC，并根据以下公式计算长度距离平均量P

其中，|AB|表示A点和B点之间的坐标距离；

|BC|表示B点和C点之间的坐标距离；

|AC|表示A点和C点之间的坐标距离；

(c)根据以下的海伦公式，计算所述的相邻三点A、B、C的外接三角形面积S：

(d)根据正弦定理

其中，R为由A、B、C三点构成的外接圆半径；

(e)根据上述步骤(c)和(d)，并结合以下公式计算得到A、B、C三点的外接圆半径R

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体为：

所述的系统根据上述步骤(2)中获取的所述的曲率半径估计值R

本发明的该应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的数控加工设备，其中，所述的数控加工设备包括：

加工轨迹采样模块，用于对待加工工件的加工轨迹上的给定点在所述系统预设的规则策略下，采集所述的给定点在邻域内系统预设的采样点个数的各个采样点信息；

曲率半径估算模块，用于计算在所述的邻域内相邻的三个采样点外接圆半径，并根据系统预设的规则策略计算得到所述的给定点的曲率半径估计值；

限速值计算处理模块，用于根据所述的曲率半径估算模块所获取的所述的曲率半径估计值以及系统预设的向心加速度限制值，计算得到所述的给定点的限速值；

限速控制模块，用于根据所述的定点的限速值对待加工工件的加工轨迹进行限速控制。

本发明的该应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的装置，其中，所述的装置包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被所述处理器执行时，用于实现上述限速控制方法的各个步骤。

本发明的该应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的处理器，其中，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，以实现上述限速控制方法的各个步骤。

本发明的该计算机可读存储介质，其中，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述限速控制方法的各个步骤。

作为本发明的一具体实施例，下面以等距五点三圆法为例进一步说明本发明求解给定点邻域估计的计算方法。

1.对于给定的轨迹上一点Q，在其邻域内进行等距采样，得到P2-P1-Q-R1-R2五个采样点；具体做法是，在指令缓冲区中找到待限速点Q，从待限速点Q往缓冲区头部累积L长度找到采样点P1，累积2L长度找到采样点P2，往缓冲区尾部累积L长度找到采样点R1，累积2L长度找到采样点R2。至此便得到包含待限速点Q本身的五个等距采样点P2-P1-Q-R1-R2；

2.对相邻的三点求外接圆半径，得到R

当P

当P

根据海伦公式可得外接三角形面积：

设外接圆半径为R，则根据正弦定理有

联立(1)(2)，可得：

同理求得R

3、根据系统设置的向心加速度限制为A

作为点Q的限速值。

需要说明的是，上述具体实施例仅为本发明的其中一种实施例，本发明不限于该特定实施例。包括对邻域内进行更多采样点及估计圆的计算，以及其他的采样方式及筛选方式，均属于本发明的实施例所要求保护的范畴。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或更大的取样范围来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

此外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

采用了本发明的应用于数控系统中实现针对工件加工轨迹进行限速控制的方法、设备、装置、处理器及其存储介质，有别于现有技术中普遍使用的限速方法，通过对给定点采用邻域等距估计思想，使得工件在加工过程中的向心加速度始终受约束控制，可用于快速估算曲线轨迹上各点的曲率限速，保证了工件在加工过程中的平稳性。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。