曲線速度規(guī)劃方法、裝置及其數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于NURBS曲線插補(bǔ)的曲線速度規(guī) 劃方法、裝置及應(yīng)用NURBS曲線插補(bǔ)速度規(guī)劃的數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控加工系統(tǒng)中，CAM(computerAidedManufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造）軟件 常常將復(fù)雜曲線分解為細(xì)密的小線段，作為數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)軌跡。近年來，CAM逐漸使用 NURBS(非均勻B樣條）曲線的形式來擬合復(fù)雜曲線，并將NURBS的參數(shù)發(fā)送給數(shù)控加工系 統(tǒng)作為插補(bǔ)數(shù)據(jù)。這樣能夠大大減小傳輸文件的提交，并且由于避免了頻繁的加速和減速， 使加工效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小線段加工，因此NURBS插補(bǔ)正在成為數(shù)控加工的主流趨勢。
[0003] 由于NURBS曲線的曲率是非線性變化的，這使得加工過程中必須實(shí)時(shí)計(jì)算插補(bǔ)速 度和加速度，避免超出加工誤差限制和機(jī)床加速能力限制。盡管現(xiàn)有的插補(bǔ)算法通常能夠 在允許的最大速度曲線的限制下進(jìn)行加速段的插補(bǔ)，但這些算法無法考慮減速階段的速度 突變，導(dǎo)致加速度超出最大向心加速度的限制。
[0004] 因此，現(xiàn)有技術(shù)中通過回溯法或雙向加速法來避免減速階段的加速度超出限制。 但是，使用回溯法時(shí)，為了得到符合加速度要求的速度曲線而回溯計(jì)算的次數(shù)是無法預(yù)測 的，并且每次回溯時(shí)加速階段末速度的遞減量沒有可行的估計(jì)方法，只能通過多次計(jì)算來 試探。同時(shí)，回溯之后插補(bǔ)點(diǎn)要重新計(jì)算，插補(bǔ)點(diǎn)的速度也要重新估計(jì)，這樣的算法計(jì)算量 巨大，非常耗時(shí)，無法保證在一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)完成多插補(bǔ)點(diǎn)回溯并重新計(jì)算，因此在實(shí)時(shí)插 補(bǔ)中的應(yīng)用空間有限。使用雙向加速法時(shí)，兩端初始速度差距較大時(shí)會造成初速度較大的 一側(cè)停止插補(bǔ)而等待另一側(cè)插補(bǔ)，直至另一側(cè)插補(bǔ)速度到達(dá)滿足相遇的要求為止。由于雙 向同時(shí)開始插補(bǔ)，實(shí)際加工中如果正向插補(bǔ)需要等待反向插補(bǔ)一個(gè)以上的周期，會造成正 向插補(bǔ)速度和位置無法控制，因此這種情況下無法使用該算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于NURBS曲線插補(bǔ)的曲線速度規(guī)劃方法、 裝置及應(yīng)用NURBS曲線插補(bǔ)速度規(guī)劃的數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)處理方法，能夠預(yù)先計(jì)算減速階 段加速度超出限制的插補(bǔ)點(diǎn)，從而避免加速階段末速度過高而導(dǎo)致加速度超出限制。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)的處理方法，所述方法包括： 獲取具有NURBS曲線的數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)；獲取所述NURBS曲線上參數(shù)步長AUi內(nèi)的加 速度ai;將所述NURBS曲線各處的加速度ai與最大允許加速度比較以確定加速度敏感點(diǎn)， 并根據(jù)確定的加速度敏感點(diǎn)確定加速度敏感區(qū)間；確定所述加速度敏感區(qū)間的中間點(diǎn)，以 作為所述敏感區(qū)間內(nèi)加速和減速的分界點(diǎn)；計(jì)算所述中間點(diǎn)的速度值，以作為目標(biāo)速度； 以及根據(jù)所述目標(biāo)速度對所述加速度敏感區(qū)間進(jìn)行加速和減速的規(guī)劃，以得到規(guī)劃后的 NURBS曲線的數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)。
[0007] 其中，所述將所述NURBS曲線各處的加速度與最大允許加速度比較以確定加速度 敏感點(diǎn)，并根據(jù)確定的加速度敏感點(diǎn)確定加速度敏感區(qū)間的步驟包括：計(jì)算NURBS曲線各 處的曲率I/pi，并根據(jù)弦高誤差S_的限制條件和向心加速度a _的限制條件確定最大 允許速度曲線；以及計(jì)算各參數(shù)步長Aui內(nèi)的加速度，并當(dāng)參數(shù)步長Aui內(nèi)的加速度a1大 于最大允許加速度且參數(shù)步長△ui+n內(nèi)的加速度ai+n小于所述最大允許加速度時(shí)，確定與 所述最大允許加速度差值最小的加速度對應(yīng)的參數(shù)步長的端點(diǎn)為加速度敏感點(diǎn)，并根據(jù)確 定的加速度敏感點(diǎn)確定加速度敏感區(qū)間。
[0008] 其中，所述根據(jù)所述目標(biāo)速度對所述加速度敏感區(qū)間進(jìn)行加速和減速的規(guī)劃，以 得到規(guī)劃后的NURBS曲線的數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)的步驟包括：判斷插補(bǔ)點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)是否進(jìn) 入所述加速度敏感區(qū)間；以及當(dāng)確定插補(bǔ)點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)進(jìn)入所述加速度敏感區(qū)間時(shí)，從所 述加速度敏感區(qū)間的一側(cè)端點(diǎn)作為起始點(diǎn)開始向所述中間點(diǎn)加速，并從所述中間點(diǎn)向另一 側(cè)端點(diǎn)作為終點(diǎn)減速。
[0009] 為解決上述問題，本發(fā)明還提供一種基于NURBS曲線插補(bǔ)的速度控制方法，該方 法包括：計(jì)算NURBS曲線各處的曲率I/Pi，并根據(jù)弦高誤差S 勺限制條件和向心加速度 a_的限制條件確定最大允許速度曲線。計(jì)算各參數(shù)步長Aui內(nèi)的加速度，并當(dāng)參數(shù)步長A Ui內(nèi)的加速度ai大于最大允許加速度且參數(shù)步長△ui+n內(nèi)的加速度ai+n小于該最大允許 加速度時(shí)，確定與該最大允許加速度差值最小的加速度對應(yīng)的參數(shù)步長的端點(diǎn)為加速度敏 感點(diǎn)。將該最大允許速度曲線按極小值分成多段，并根據(jù)每個(gè)速度曲線段的加速度敏感區(qū) 間的中間點(diǎn)確定對應(yīng)的參數(shù)值Umid，并計(jì)算該中間點(diǎn)的速度值。判斷插補(bǔ)點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)u是 否進(jìn)入該加速度敏感區(qū)間。以及當(dāng)確定插補(bǔ)點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)U進(jìn)入該加速度敏感區(qū)間時(shí)，從 該加速度敏感區(qū)間的一側(cè)端點(diǎn)作為起始點(diǎn)開始向該中間點(diǎn)加速，并從該中間點(diǎn)向另一側(cè)端 點(diǎn)作為終點(diǎn)減速，其中，該中間點(diǎn)加速度為0。
[0010] 其中，利用如下第一公式計(jì)算各參數(shù)步長Aui內(nèi)的加速度：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，所述方法包括： 獲取具有NURBS曲線的數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)； 獲取所述NURBS曲線上參數(shù)步長Λ Ui內(nèi)的加速度a i; 將所述NURBS曲線各處的加速度&1與最大允許加速度比較以確定加速度敏感點(diǎn)，并根 據(jù)確定的加速度敏感點(diǎn)確定加速度敏感區(qū)間； 確定所述加速度敏感區(qū)間的中間點(diǎn)，以作為所述敏感區(qū)間內(nèi)加速和減速的分界點(diǎn)； 計(jì)算所述中間點(diǎn)的速度值，以作為目標(biāo)速度；以及 根據(jù)所述目標(biāo)速度對所述加速度敏感區(qū)間進(jìn)行加速和減速的規(guī)劃，以得到規(guī)劃后的 NURBS曲線的數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)控加工路徑數(shù)據(jù)的處理方法，