一種等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)方法，主要用于多軸加工刀具路徑規(guī)劃作業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，五軸加工因其更高的加工效率和更好的加工質(zhì)量，在自由曲面(自由曲面指表面形狀不能被連續(xù)加工的，具有傳統(tǒng)加工成型的任意性特點(diǎn)的曲線)零件制造領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。自由曲面的五軸數(shù)控加工目前大都采用商業(yè)CAM軟件來進(jìn)行輔助編程，由于一般CNC系統(tǒng)僅具有空間直線插補(bǔ)能力，因此，由CAM軟件輔助生成的刀具軌跡都是由大量的微小直線段組成。這種將自由曲面離散成大量微小直線段的曲面加工方法，不但加工效率低，而且加工精度和表面質(zhì)量難以滿足要求。尤其是在高速加工中，由于刀具軌跡曲線的不連續(xù)會(huì)引起進(jìn)給速度和加速度的不連續(xù)，將導(dǎo)致刀具運(yùn)動(dòng)方向和受力情況的突然變化，從而不可避免引起機(jī)床振動(dòng)，產(chǎn)生較差的表面質(zhì)量，并加快刀具磨損。
[0003]同一自由曲面采用不同的刀具路徑軌跡規(guī)劃方法，加工精度和加工效率可能有很大的差別，因此，加工刀具路徑軌跡規(guī)劃被認(rèn)為是自由曲面的多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控編程的核心任務(wù)。自由曲面的刀具路徑軌跡規(guī)劃，都是通過走刀步長(zhǎng)來控制離散直線段的最大逼近誤差，控制加工步距保證最大殘余高度誤差。國(guó)內(nèi)外提出的刀具路徑軌跡規(guī)劃算法都是從這兩方面入手，來提高自由曲面的加工質(zhì)量和加工效率。
[0004]加工步長(zhǎng)的計(jì)算方法主要有等參數(shù)步長(zhǎng)法、等距離步長(zhǎng)法和等步長(zhǎng)篩選法等，一般都是采用微小直線段對(duì)理論曲線進(jìn)行弦弧逼近。
[0005]等參數(shù)步長(zhǎng)法的特點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、速度快等，自由曲線按照等參數(shù)進(jìn)行離散逼近，由于參數(shù)空間和表示實(shí)際位置的笛卡爾空間的非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，由相等的參數(shù)增量所得到的笛卡爾空間的相鄰的離散點(diǎn)之間的距離的大小是不等的，更不能保證各個(gè)逼近直線段與參數(shù)曲線之間的誤差的一致性。因此，為了控制各離散直線段對(duì)曲線的逼近誤差在給定的允差范圍內(nèi)，等參數(shù)增量只按照最不利的情況選取，因此，加工步長(zhǎng)取值都比較保守，所生成的零件程序量大，弓高誤差(弓高又指弦高，指在刀觸點(diǎn)軌跡曲線上兩相鄰刀觸點(diǎn)之間的弦高。)分布不均勻。
[0006]等距離步長(zhǎng)法的計(jì)算過程比等參數(shù)步長(zhǎng)法要復(fù)雜的多，而且由于原曲線在各點(diǎn)的曲率不等，各個(gè)逼近段內(nèi)的逼近誤差也不相等與等參數(shù)法類似，離散步長(zhǎng)的選取也只能按照最不利的情況選取，因而也難以得到高質(zhì)量的零件程序。
[0007]步長(zhǎng)篩選法首先按照很小的等參數(shù)步長(zhǎng)進(jìn)行曲線離散逼近，步長(zhǎng)取值使得逼近點(diǎn)列足夠密集，然后校核各個(gè)離散直線段內(nèi)的實(shí)際弓高誤差，從離散點(diǎn)列中篩選出符合弓高允差(弓高允許的誤差)要求的點(diǎn)列，剔除掉不必要的離散點(diǎn)。步長(zhǎng)篩選法雖然克服了等參數(shù)法和等距離法的缺點(diǎn)，但實(shí)際上這兩種方法都不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的步長(zhǎng)范圍內(nèi)的等弓高誤差，因此，加工步長(zhǎng)并非實(shí)現(xiàn)弓高允差下的最大化加工步長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決傳統(tǒng)方法在多軸加工刀具路徑規(guī)劃步長(zhǎng)計(jì)算方面存在的問題，本發(fā)明提出了一種等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)方法，適應(yīng)曲面曲率的變化自適用調(diào)整加工步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)加工步長(zhǎng)在弓高允差范圍內(nèi)的最大化，可以獲取最少的曲線離散段數(shù)，同時(shí)為讓效率提高，我們選擇弓高誤差與弓高允差相等；采用新的等弓高誤差步長(zhǎng)法確定的刀具路徑軌跡，在各逼近直線段內(nèi)的弓高誤差均勻一致，加工精度高。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)方法，用于多軸加工刀具路徑規(guī)劃作業(yè)，所述等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)算法得到的自由曲線上兩相鄰刀觸點(diǎn)之間的弓高誤差相等，實(shí)現(xiàn)加工步長(zhǎng)在弓高允差范圍內(nèi)的最大化，獲取最少的曲線離散段數(shù)，采用弓高允差與弓高誤差相等，提高加工工作效率，所述弓高允差為弓高允許的最大值。
[0010]根據(jù)權(quán)利要求所述的一種等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)方法，所述等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)算法包括以下步驟:
步驟I)將處理模具的面轉(zhuǎn)換成自由曲面，將所述自由曲面劃分成若干條刀觸點(diǎn)軌跡曲線Lk, k=l，…，n，所述η為劃分的刀觸點(diǎn)軌跡曲線條數(shù)；
步驟2)以弓高誤差為距離，所述弓高誤差以磨具加工表面設(shè)定的，是個(gè)確定的常數(shù)，在上述步驟I)其中一條刀觸點(diǎn)軌跡曲線Zk兩個(gè)方向上做以弓高誤差為距離的等間距偏置線4l 與 Α?2;
步驟3)確定所述曲線Zk的起始端仏，將A作為第一個(gè)刀觸點(diǎn)；
步驟4)通過上述步驟3)中第一刀觸點(diǎn)，分別作所述曲線^與A2的兩條切線；
步驟5)對(duì)上述步驟4)所述的兩條切線進(jìn)行是否在弓高誤差區(qū)域內(nèi)的判斷；
步驟6)根據(jù)上述步驟5)的判斷結(jié)果確定下個(gè)刀觸點(diǎn)Z5ki，所述i=l，…，m，所述m為刀觸點(diǎn)軌跡曲線4上刀觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)；
步驟7)根據(jù)上述步驟確定的刀觸點(diǎn)&，判斷刀觸點(diǎn)&是否在所述曲線Zk上，4在所述曲線Zk上，重復(fù)上述步驟3)_6)，€點(diǎn)不在所述曲線Zk上，一條刀觸點(diǎn)軌跡曲線的作業(yè)結(jié)束；
步驟8)所述步驟7)中一條刀觸點(diǎn)軌跡曲線的作業(yè)結(jié)束，進(jìn)行下一條刀觸點(diǎn)軌跡曲線的作業(yè)，重復(fù)上述步驟2) _7)，直到所述自由曲面上所有的刀觸點(diǎn)軌跡曲線的作業(yè)結(jié)束，整個(gè)磨具的作業(yè)結(jié)束。
[0011]優(yōu)先地，第i刀觸點(diǎn)4對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為Zkl，所述i=l，…，m，過4關(guān)于^與Lk2的切線為^和及12，所述切線I1JB 412的切點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)為足^與尤2關(guān)，對(duì)所述切線‘工和慫2是否在弓高誤差區(qū)域內(nèi)的判斷:
首先判斷切線4u，判斷在U1, Au]范圍內(nèi)切線I1與曲線42交點(diǎn)情況，若只有一個(gè)交點(diǎn)、或者沒有交點(diǎn)，所述切線在弓高誤差范圍之內(nèi)，滿足要求，若有兩個(gè)或者兩個(gè)以上交點(diǎn)，則該切線不在弓高誤差范圍內(nèi)，不滿足要求，舍去；
接著判斷切線412，判斷在U1, ^12I范圍內(nèi)切線412與曲線4交點(diǎn)情況，若只有一個(gè)交點(diǎn)、或者沒有交點(diǎn)，所述切線慫2在弓高誤差范圍之內(nèi)，滿足要求，若有兩個(gè)或者兩個(gè)以上交點(diǎn)，則該切線不在弓高誤差范圍內(nèi)，不滿足要求，舍去。
[0012]優(yōu)先地，對(duì)所述切線尤⑴和412是否在弓高誤差區(qū)域內(nèi)判斷情況分三種: 第一種，所述切線‘工和412都在弓高誤差區(qū)域內(nèi)，判斷所述切線UB 412的切點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)足^與足12的大小，Xkll大于Xkl2，則切線Ii的延長(zhǎng)線與所述曲線4的交點(diǎn)即可做下一個(gè)刀觸點(diǎn)；
第二種，如果切線及12在弓高誤差區(qū)域外，舍去切線^l2，同時(shí)將切線Kkll的延長(zhǎng)線與所述曲線4的交點(diǎn)作為下一個(gè)刀觸點(diǎn)；
第三種，如果切線及u在弓高誤差區(qū)域外，舍去切線及u，同時(shí)將切線Kkl2的延長(zhǎng)線與所述曲線4的交點(diǎn)作為下一個(gè)刀觸點(diǎn)。
[0013]優(yōu)先地，所述自由曲面劃分成若干條刀觸點(diǎn)軌跡曲線是采用刀具路徑規(guī)劃方法，所述刀具路徑規(guī)劃方法包括等殘留高度法、等截面法、等距離發(fā)法。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明涉及的一種等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)方法結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明涉及的一種等弓高誤差變步長(zhǎng)切線插補(bǔ)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一