基于粒子群算法的輪廓曲線數(shù)控代碼生成方法及數(shù)控機(jī)床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于粒子群算法的輪廓曲線數(shù)控代碼生 成方法及數(shù)控機(jī)床。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，隨著機(jī)械電子技術(shù)的快速發(fā) 展，數(shù)控機(jī)床設(shè)備在機(jī)械加工領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，技術(shù)水平大 幅度提尚，數(shù)控機(jī)床廣品的功能日趨完善，規(guī)格日趨齊全，但僅僅在功能和規(guī)格上的變化與 豐富并不能滿足加工需要。
[0003] 目前在利用數(shù)控機(jī)床對(duì)加工工件的外形輪廓曲線的數(shù)控加工中，一般采用直線或 圓弧去逼近其節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行逼近的走刀加工。對(duì)自由曲線直線逼近節(jié)點(diǎn)的主要方法包括等 間距、等弦長(zhǎng)和等誤差逼近節(jié)點(diǎn)，其中等誤差直線逼近節(jié)點(diǎn)的方法能夠使所有逼近線段誤 差相等，能夠保證逼近節(jié)點(diǎn)的加工誤差，但在實(shí)際的計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，自由曲線等誤差直線逼 近節(jié)點(diǎn)的幾何算法編程繁復(fù)、難以直接實(shí)現(xiàn)，對(duì)于復(fù)雜曲線難以有效地確定最優(yōu)的加工曲 面軌跡，只能通過數(shù)值分析于處理的方法等效代替實(shí)現(xiàn)，在數(shù)控機(jī)床的加工刀具對(duì)工件的 外形輪廓曲線的加工工序繁瑣、加工曲面軌跡的精度低以及操作復(fù)雜，因此并沒有很好的 利用自由曲線等誤差直線逼近節(jié)點(diǎn)的幾何算法運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床機(jī)械的加工當(dāng)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出加工精度高、操作簡(jiǎn)單的基于粒子群算法的輪廓曲線數(shù)控 代碼生成方法。
[0005] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種加工工件外形輪廓曲線的數(shù)控機(jī)床。
[0006] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] 基于粒子群算法的輪廓曲線數(shù)控代碼生成方法，用于數(shù)控機(jī)床，包括如下加工步 驟：
[0008] (1)于數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)加工工件的輪廓曲線建立數(shù)學(xué)模型；
[0009] (2)將粒子群算法于計(jì)算機(jī)中編程迭代計(jì)算，求取有效的逼近節(jié)點(diǎn)；
[0010] (3)生成并輸出加工刀具的加工曲面刀位軌跡數(shù)控代碼；
[0011] (4)將加工工件放入加工臺(tái)，通過夾具定位固定；
[0012] (5)由刀庫出刀對(duì)刀，定位加工起點(diǎn)位置；
[0013] (6)所述加工刀具依步驟(3)獲得的加工曲面刀位軌跡數(shù)控代碼，于所述加工臺(tái)上 對(duì)所述加工工件加工，獲得成品。
[0014] 進(jìn)一步說明，所述建立數(shù)學(xué)模型包括如下步驟：
[0015] (1)確定允許誤差、波動(dòng)誤差和逼近直線的斜率；
[0016] (2)確定自由曲線方程和逼近直線方程；
[0017] (3)確定目標(biāo)函數(shù)、約束條件和終止條件。
[0018] 進(jìn)一步說明，所述粒子群迭代計(jì)算包括如下步驟：
[0019] ⑴給定自由曲線參數(shù)和加工起點(diǎn)坐標(biāo)；
[0020] (2)隨機(jī)給定一組初始位置坐標(biāo)；
[0021] (3)計(jì)算該組所有節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，評(píng)價(jià)所有的目標(biāo)函數(shù)值是否在允許誤差范 圍內(nèi)，即是否符合等誤差要求；
[0022] (4)所述節(jié)點(diǎn)符合誤差要求則進(jìn)行存儲(chǔ)，否則進(jìn)行迭代搜索更新節(jié)點(diǎn)位置。
[0023] 一種加工工件外形輪廓曲線的數(shù)控機(jī)床，包括加工臺(tái)、加工刀具和數(shù)控系統(tǒng)，所述 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置有用于確定加工曲面刀位軌跡的粒子群算法子系統(tǒng)，所述粒子群算法子系統(tǒng) 根據(jù)工件加工面的起點(diǎn)位置確定所述加工刀具的移動(dòng)，所述加工刀具由所述數(shù)控系統(tǒng)控制 其對(duì)工件的外形輪廓曲線的加工。
[0024]所述粒子群算法子系統(tǒng)是通過建立數(shù)學(xué)模型和采用粒子群算法于計(jì)算機(jī)編程中 的迭代計(jì)算求解優(yōu)化，獲取所述加工刀具的加工曲面軌跡的逼近節(jié)點(diǎn)。
[0025]進(jìn)一步說明，所述加工工件的外形輪廓曲線為自由曲線。
[0026]進(jìn)一步說明，所述粒子群算法子系統(tǒng)的操作步驟如下：
[0027] A建立數(shù)學(xué)模型
[0028] (1)確定允許誤差、波動(dòng)誤差和逼近直線的斜率；
[0029] (2)確定自由曲線方程和逼近直線方程；
[0030] (3)確定目標(biāo)函數(shù)、約束條件和終止條件；
[0031] B粒子群算法迭代計(jì)算求解優(yōu)化 [0032] (1)給定自由曲線參數(shù)和加工起點(diǎn)坐標(biāo)；
[0033] (2)隨機(jī)給定一組初始位置坐標(biāo)；
[0034] (3)計(jì)算該組所有節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，評(píng)價(jià)所有的目標(biāo)函數(shù)值是否在允許誤差范 圍內(nèi)，即是否符合等誤差要求；
[0035] (4)所述節(jié)點(diǎn)符合誤差要求則進(jìn)行存儲(chǔ)，否則進(jìn)行迭代搜索更新節(jié)點(diǎn)位置。
[0036] 進(jìn)一步說明，所述目標(biāo)函數(shù)為所述自由曲線與逼近直線的誤差。
[0037] 進(jìn)一步說明，所述約束條件為逼近節(jié)點(diǎn)在自由曲線上。
[0038] 進(jìn)一步說明，所述迭代終止條件為誤差允許范圍。
[0039] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明設(shè)置所述粒子群算法子系統(tǒng)，將粒子群算法的計(jì)算機(jī) 編程運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床的數(shù)控代碼生成中，確定加工曲面刀位軌跡，使所述加工刀具有效準(zhǔn) 確地完成工件外形輪廓曲線的數(shù)控加工，提高數(shù)控機(jī)床的工作效率和質(zhì)量，操作簡(jiǎn)單直接， 加工精度高。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)框架圖；
[0041 ]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的粒子群算法流程圖；
[0042] 圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的粒子群算法子系統(tǒng)中的粒子群算法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0044] 基于粒子群算法的輪廓曲線數(shù)控代碼生成方法，用于數(shù)控機(jī)床，包括如下加工步 驟：
[0045] (1)于數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)加工工件的輪廓曲線建立數(shù)學(xué)模型；
[0046] (2)將粒子群算法于計(jì)算機(jī)中編程迭代計(jì)算，求取有效的逼近節(jié)點(diǎn)；
[0047] (3)生成并輸出加工刀具的加工曲面刀位軌跡數(shù)控代碼；
[0048] (4)將加工工件放入加工臺(tái)，通過夾具定位固定；
[0049] (5)由刀庫出刀對(duì)刀，定位加工起點(diǎn)位置；
[0050] (6)所述加工刀具依步驟(3)獲得的加工曲面刀位軌跡數(shù)控代碼，于所述加工臺(tái)上 對(duì)所述加工工件加工，獲得成品。
[0051] 將粒子群算法運(yùn)用于所述數(shù)控機(jī)床的數(shù)控代碼生成中，確定加工曲面刀位軌跡， 用來控制加工刀具對(duì)工件的加工，使所述加工刀具準(zhǔn)確地完成工件外形輪廓曲線的加工， 提高了對(duì)工件外形輪廓曲線的加工精度，從而同時(shí)提高了數(shù)控機(jī)床的工作效率和質(zhì)量，操 作簡(jiǎn)單直接，加工精度高。
[0052] 進(jìn)一步說明，所述建立數(shù)學(xué)模型包括如下步驟：
[0053] (1)確定允許誤差、波動(dòng)誤差和逼近直線的斜率；
[0054] (2)確定自由曲線方程和逼近直線方程；
[0055] (3)確定目標(biāo)函數(shù)、約束條件和終止條件。
[0056] 通過建立數(shù)學(xué)模型將等誤差直線逼近節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的問題轉(zhuǎn)變?yōu)閹Ъs束的函數(shù)優(yōu)化 問題，大大提高獲得所述加工曲面刀位軌跡數(shù)控代碼的準(zhǔn)確度，滿足于計(jì)算機(jī)的編程中的 需要，從而有效獲得所述刀具的加工曲面軌跡，保證刀具加工的精確性和穩(wěn)定性。
[0057] 進(jìn)一步說明，所述粒子群迭代計(jì)算包括如下步驟：
[0058] (1)給定自由曲線參數(shù)和加工起點(diǎn)坐標(biāo)；
[0059] (2)隨機(jī)給定一組初始位置坐標(biāo)；
[0060] (3)計(jì)算該組所有節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，評(píng)價(jià)所有的目標(biāo)函數(shù)值是否在允許誤差范 圍內(nèi)，即是否符合等誤差要求；
[0061] (4)所述節(jié)點(diǎn)符合誤差要求則進(jìn)行存儲(chǔ)，否則進(jìn)行迭代搜索更新節(jié)點(diǎn)位置。
[0062] 通過利用粒子群算法于計(jì)算機(jī)編程中迭代計(jì)算，有效求取的精確的逼近節(jié)點(diǎn)，從 而降低數(shù)控機(jī)床對(duì)加工工件外形輪廓曲線的難度，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。
[0063] 一種加工工件外形輪廓曲線的數(shù)控機(jī)床，如圖1所示，包括加工臺(tái)、加工刀具和數(shù) 控系統(tǒng)，所述數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置有用于確定加工曲面刀位軌跡的粒子群算法子系統(tǒng)，所述粒子 群算法子系統(tǒng)根據(jù)工件加工面的起點(diǎn)位置確定所述加工刀具的移動(dòng)，所述加工刀具由所述 數(shù)控系統(tǒng)控制其對(duì)工件的外形輪廓曲線的加工。
[0064] 所述粒子群算法子系統(tǒng)是通過建立數(shù)學(xué)模型和采用粒子群算法于計(jì)算機(jī)編程中 的迭代計(jì)算求解優(yōu)化，獲取所述加工刀具的加工曲面軌跡的逼近節(jié)點(diǎn)。
[0065] 數(shù)控機(jī)床通過所述數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置所述粒子群算法子系統(tǒng)來確定加工曲面刀位軌 跡，從而控制所述加工刀具對(duì)工件外形輪廓曲線的加工，解決了外形輪廓曲線的幾何計(jì)算 方法難以在計(jì)算機(jī)中運(yùn)用，對(duì)于復(fù)雜曲線無法有效地確定最優(yōu)的加工曲面軌跡，只能通過 數(shù)值分析與處理的問題。本發(fā)明取代了原有的幾何計(jì)算方法，設(shè)置了粒子群算法子系統(tǒng)，通 過建立數(shù)學(xué)模型和采用粒子群算法于計(jì)算機(jī)編程中的迭代計(jì)算求解優(yōu)化，來獲取加工曲面 軌跡的逼近節(jié)點(diǎn)，直接有效地確定最優(yōu)的加工曲面刀位軌跡，從而使所述加工刀具準(zhǔn)確地 完成工件外形輪廓曲線的數(shù)控加工，提高數(shù)控機(jī)床的工作效率和質(zhì)量，操作簡(jiǎn)單直接、加工 精度高。需要說明，所述子系統(tǒng)可以為軟件或固件，其中軟件設(shè)有函數(shù)或子程序。
[0066] 進(jìn)一