[发明专利]具有刀具长度补偿功能的五轴样条插补器

说明书

技术领域

本发明涉及一种五轴数控机床数字控制系统的具有样条直接生成功能的插补器，具体涉及的技术领域是非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B Spline，NURBS)曲线在五轴数控机床及其数控系统中的实现。

背景技术

利用五轴数控机床加工复杂曲面零部件的传统技术是：先借助计算机辅助设计(Computer-AidedDesig，CAD)技术绘制零部件加工表面，再借助计算机辅助制造(Computer-Aided Manufacturing，CAM)技术生成加工刀具走刀轨迹，并将这些刀具轨迹曲线在加工误差范围内离散成直线段，最后再由后置处理模块将这些直线段转换成五轴线性插补指令格式，由机床数控装置插补出各坐标轴的运动指令驱动伺服电机来完成零件曲面的加工。这种传统数控加工技术存在诸多不足之处，进而严重制约加工表面质量的提高。随着计算机等相关技术的发展和市场对加工质量要求的不断提高，客观上为一种新的数字控制器的产生提供了有力条件。这种新的技术发展趋势是：摒弃以直线段逼近复杂曲线加工轨迹的方式，不断增强数字控制系统的复杂曲线轨迹直接生成能力，使刀具在很长一段加工轨迹上可以较高的进给速度切削加工表面而且有较高的加工表面质量和加工效率。

发明内容

本发明针对传统五轴逼近式加工技术的不足之处，从数控系统的插补技术角度出发，为五轴数控机床的数控系统提供一种具有刀具长度补偿的样条插补器，现将本发明所包括的内容陈述如下。

插补器由语法词法分析模块1、刀具长度补偿模块2、加减速处理模块3、刀位生成模块4以及刀位后处理模块5五个部分组成，各部分具体包括如下内容，

语法词法分析模块1，读取含有五轴样条指令的数控加工程序、语法检查、词法检查、存储布尔变量TLC、控制点坐标、长度补偿值、节点矢量、样条阶次以及切削进给速度F等数据信息；发明的五轴样条指令格式定义如下：

N_SPLINE

P_F_TLC_H_

X_Y_Z_TX_TY_TZ_R_K_......

X_Y_Z_TX_TY_TZ_R_K_

K_......

K_EOL

(注释：N表示程序段段号，SPLINE表示样条插补开始，P表示样条阶次，F表示切削进给速度，TLC表示刀具长度补偿，H表示长度补偿寄存器号，X、Y、Z表示刀心点样条的控制点坐标，TX、TY、TZ表示方位样条的控制点坐标，R表示权重，K表示节点值，EOL为程序段结束符)

刀具长度补偿模块2，如果语法词法分析模块1中的布尔变量TLC＝TRUE则按照以下过程进行刀具长度补偿：将语法词法分析模块1中寄存器H存储的刀具长度值或者长度补偿值、形成刀心点样条和方位样条的所有控制点坐标等数据信息经数学计算后得出补偿后新的控制点坐标、更新语法词法分析模块1中原来存储的控制点坐标数据；

加减速处理模块3，采用梯形加减速控制规律、根据用户事先设定的加速度值a和插补周期T_s应用数值分析方法预测出减速点的参数值u_d和减速时插补周期个数k_d、将u_d和k_d写入语法词法分析模块1的数据区、进给速度V关于刀位点参数u对应的插补周期序号k的函数关系：

刀位生成模块4，结合加速度a、切削进给速度、插补周期T_s、长度补偿后的控制点坐标、样条阶次、节点矢量等，利用一阶泰勒方法将刀心点样条C₀(u)展开后得出下一个插补周期刀位点参数值u_k+1与当前插补周期刀位点参数值u_k的递推表达式