一种断裂路径的速度前瞻方法及系统

技术领域

本发明属于数控系统中运动控制技术领域，具体涉及一种断裂路径的速度前瞻方法及系统。

背景技术

随着现代工业的快速发展，常用于汽车、航空航天和各种工业中的先进制造技术发展的竞争越来越激烈。这不仅对产品的质量提高的要求，而且对生产速度的要求也越来越高。高速高精生产已成为当下现代制造企业追求的重要目标。

在加工具有复杂曲线曲面的特殊零部件，如模具、汽车和航天航空零部件等时，为实现高速加工，要求刀具沿工件轮廓表面的进给速度大幅度提高，刀具在短时间内需要走过大量微小路径段。此时如果按照常规速度控制方法进行控制，采用每一个路径段进行加速、匀速、减速三个阶段运动，由于拟合复杂曲线的路径段非常短，致使加工过程中加、减速极度频繁，由此造成速度曲线不平滑，加工效率低下。解决这些问题的一种有效方法就是前瞻控制，它是一种提前发现加工路径的拐点，并对进给速度进行有效控制的方法。其实现思路是：通过大量连续微小线段近似逼近工件轮廓，预读微小线段上的多个拐点，并对多个拐点处的速度统一规划，从而实现进给速度的平滑过渡，减少速度急剧变化对机床的冲击，提高加工效率和加工质量。

然而，目前的速度前瞻只针对连续微小路径，当加工路径出现断裂时，往往需要将断裂口前一段加工路径的终点进给速度降为零，同时断裂口后一段路径的加工速度也要从零开始。当一段加工路径有多个断裂口时，往往需要频繁启停机床的控制电机，造成加工效率低下。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种断裂路径的速度前瞻方法及系统。

本发明公开了一种断裂路径的速度前瞻方法，包括以下步骤：

步骤1、将完整加工路径解析为多段微小路径；

步骤2、从所述多段微小路径中确定一个或多个断裂路径；

步骤3、结合所述完整加工路径的预设加工速度，确定当前断裂路径的起点进给速度V

步骤4、根据所述V

步骤2具体包括：

步骤2.1、判断当前段微小路径终点的位置和下一段微小路径起点的位置是否重合，如否，则将所述当前段微小路径终点和下一段微小路径起点之间的路径记为断裂路径；

步骤2.2、将所述下一段微小路径记为当前段微小路径，重复执行步骤2.1和步骤2.2，直至最后一段微小路径。

步骤3具体包括：

根据所述完整加工路径的预设加工速度，确定所述多段微小路径中每组相邻微小路径之间拐点的进给速度；

将与所述起点连接的微小路径对应的拐点的进给速度记为V

将与所述终点连接的微小路径对应的拐点的进给速度记为V

所述完整加工路径的预设加工速度包括最大进给加速度；

则根据所述完整加工路径的预设加工速度，确定所述多段微小路径中每组相邻微小路径之间拐点的进给速度，具体包括：

根据所述最大进给加速度，计算每组相邻微小路径之间拐点的粗略速度；

将每个所述粗略速度与所述最大进给速度进行对比，将较小值作为对应所述拐点的进给速度。

优选地，根据第一公式计算所述拐点的粗略速度，所述第一公式为：

式中：v

本发明还公开了一种断裂路径的速度前瞻系统，包括：

加工路径解析模块，所述加工路径解析模块用于将完整加工路径解析为多段微小路径；

断裂路径确定模块，所述断裂路径确定模块用于从所述多段微小路径中确定一个或多个断裂路径；

断裂速度确定模块，所述断裂速度确定模块用于结合所述完整加工路径的预设加工速度，确定当前断裂路径的起点进给速度V

断裂路径插补模块，所述断裂路径插补模块用于根据所述V

相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明根据拐点速度计算断裂起点和断裂终点的速度，在不改变断裂起点和断裂终点速度的前提下，调整断裂路径的进给速度，从而对断裂路径进行插补，完成对断裂路径的速度前瞻，避免了加工过程中遇到断裂路径电机需要频繁启停，对机床造成的磨损以及加工效率的低下；

本发明可的方法只需可同时计算多个拐点速度从而获得多个断裂起点和断裂终点的速度，并且计算可同时对多个断裂路径同时进行速度前瞻，提高了系统的计算效率；

本发明跟拐点对应角的角度、最大进给加速和初步周期结合最大进给速度计算出断裂点的速度，计算量小，计算简单。

附图说明

图1是本发明断裂路径前瞻方法的流程图；

图2是本发明断裂路径前瞻系统的结构图；

图3是本发明控制系统的软件框架结构示意图；

图4是本发明中插补算法的示意图；

图5是本发明实施例中发明实施例中在不同断裂路径路径实施插补的速度变化图；

图6是本发明中数控电机的硬件连接示意图；

图7是本发明中同时使用前推法和回溯法对当前加工块内拐点速度尽心计算的示意图；

图8是本发明实施例对包含断裂路径的完整加工路径的速度前瞻流程图。

图中，101为加工路径解析模块；102为断裂路径确定模块；103为断裂速度确定模块；104为断裂路径插补模块。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如图1所示本发明公开了一种断裂路径的速度前瞻方法，包括以下步骤：

步骤1、将完整加工路径解析为多段微小路径；

如图3所示，本发明中，由上位机端将机床预先设定的运动轨迹转换为相应的G指令，再通过CAN总线或者485总线将指令传输至多轴运动控制器。控制器接收到指令并完成解析后，控制机床的电机按照各自的目标运动轨迹同时动作。为保证机床在运动中移动轨迹的精度，使用插补算法将连续的运动轨迹离散成大量首尾衔接的微小线段组成的微小路径。在离散完成后，各微小路径的长度均为已知量。

步骤2、从多段微小路径中确定一个或多个断裂路径；

步骤2具体包括：

步骤2.1、判断当前段微小路径终点的位置和下一段微小路径起点的位置是否重合，如否，则将当前段微小路径终点和下一段微小路径起点之间的路径记为断裂路径；

步骤2.2、将下一段微小路径记为当前段微小路径，重复执行步骤2.1和步骤2.2，直至最后一段微小路径。

在其他发明实施例中，断裂路径还可以是断裂起点和断裂终点速度发生突变、且加速度方向相反的点。

步骤3、结合完整加工路径的预设加工速度，确定当前断裂路径的起点进给速度V

步骤3具体包括：

根据完整加工路径的预设加工速度，确定多段微小路径中每组相邻微小路径之间拐点的进给速度；

在一个发明实施例中，断裂路径间的速度衔接还可以是：断裂路径间无衔接，减速到零，下段再重新启动。

在另一个发明实施例中，断裂路径间还可以通过不减速来实现速度衔接。

本发明中，将与起点连接的微小路径对应的拐点的进给速度记为V

将与终点连接的微小路径对应的拐点的进给速度记为V

优选地，完整加工路径的预设加工速度包括最大进给加速度；

则根据完整加工路径的预设加工速度，确定多段微小路径中每组相邻微小路径之间拐点的进给速度，具体包括：

根据最大进给加速度，计算每组相邻微小路径之间拐点的粗略速度；

优选地，根据第一公式计算拐点的粗略速度，第一公式为：

式中：v

将每个粗略速度与最大进给速度进行对比，将较小值作为对应拐点的进给速度。

本发明跟拐点对应角的角度、最大进给加速和初步周期结合最大进给速度计算出断裂点的速度，计算量小，计算简单。

步骤4、根据V

在本发明中步骤4具体为，保持V

图5是本发明实施例中发明实施例中在不同断裂路径路径实施插补的速度变化图。

本发明可的方法只需可同时计算多个拐点速度从而获得多个断裂起点和断裂终点的速度，并且计算可同时对多个断裂路径同时进行速度前瞻，提高了系统的计算效率。

如图2所示，本发明还公开了一种断裂路径的速度前瞻系统，包括：

加工路径解析模块101，加工路径解析模块101用于将完整加工路径解析为多段微小路径；

断裂路径确定模块102，断裂路径确定模块102用于从多段微小路径中确定一个或多个断裂路径；

断裂速度确定模块103，断裂速度确定模块103用于结合完整加工路径的预设加工速度，确定当前断裂路径的起点进给速度V

断裂路径插补模块104，断裂路径插补模块104用于根据V

本发明根据拐点速度计算断裂起点和断裂终点的速度，在不改变断裂起点和断裂终点速度的前提下，调整断裂路径的进给速度，从而对断裂路径进行插补，完成对断裂路径的速度前瞻，避免了加工过程中遇到断裂路径电机需要频繁启停，对机床造成的磨损以及加工效率的低下。

如图8所示，在另一个实施例中，实施本发明对包含连续路径和断裂路径的完整加工路径的过程如下：

步骤一、在系统中输入预设值；

在系统中输入以下预设值：第一段微小路径的起点速度为Vstart，最后一段微小路径的终点速度为Vend，加速过程中的进给加加速度为J

步骤二、前推法计算拐点(微小路径之间的衔接点)进给速度；

机床的控制器预读起点后的j条路径，由第一个路径的起点进给速度Vstart，每一段微小路径的长度结合最大进给速度V

步骤三、回溯法计算拐点进给速度；

机床的控制器预读起点之前的j条路径，由最后一个路径的起点速度Vend，每一段微小路径的长度结合最大进给速度V

步骤四、前推法和回溯法结合计算拐点进给速度；

如图7所示，本发明实施例中，将加工路径规划为多个加工区域。划分原则是每两个相邻断裂路径上的所有路径被划分为一个块。

记当前加工路径所在块的起点进给为V

检查并记录当前加工块的最长微小连续路径L

步骤五、校验三次对拐点速度的计算值，得到最终拐点速度；

对三次计算的拐点速度进行回归拟合，结合预设的最大进给速度V

步骤六，结合最终拐点速度对完整加工路径进行插补；

由于相邻拐点的速度大小不一定相同，可根据其大小进行加减速判断，当前拐点速度小于下一个拐点速度时，需对进给速度进行加快，在不超过最大进给速度V

以第一个拐点到第二个拐点进行的插补算法为例；

如需进行加速，则加速步数可根据第二公式进行计算：

式中，na为加速步数，k为常数，是预设值；

如需进行减速，则减速步数可根据第二公式进行计算：

由此公式可以推出减速阶段所需步数：

式中，n

本发明实施例采用微小线段间相切或方向角变化小于一定值按照不减速处理或者运动路径遇到急转弯设定最高限速的方法来对进给速度进行前瞻，这种方式可以在满足插补轨迹精度的同时保证插补效率。

相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明根据拐点速度计算断裂起点和断裂终点的速度，在不改变断裂起点和断裂终点速度的前提下，调整断裂路径的进给速度，从而对断裂路径进行插补，完成对断裂路径的速度前瞻，避免了加工过程中遇到断裂路径电机需要频繁启停，对机床造成的磨损以及加工效率的低下；

(2)本发明可的方法只需可同时计算多个拐点速度从而获得多个断裂起点和断裂终点的速度，并且计算可同时对多个断裂路径同时进行速度前瞻，提高了系统的计算效率；

(3)本发明跟拐点对应角的角度、最大进给加速和初步周期结合最大进给速度计算出断裂点的速度，计算量小，计算简单。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。