[发明专利]高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域的数控系统，尤其涉及一种高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法。

背景技术

数控机床加工复杂的零件时，数控加工程序一般由自动编程方法生成，自动编程由CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)软件完成，通常数控程序代码中包含大量的连续短线段，线段的长度一般都很短，有的线段长度甚至为毫米级或亚毫米级，数控系统的插补器对这些短线段进行插补运算得到刀具运动轨迹。传统的数控系统在插补过程中直接以短线段为单位进行速度规划，这种插补方式不仅造成启停次数多，速度和加速度波动较大，运动不平稳，而且波动比较频繁，严重时甚至引起机床的振动，从而影响加工效率和零件表面加工质量。

对现有技术的文献检索发现，采用曲线拟合法将连续微小路径段进行曲线拟合，然后再进行曲线插补运算，很多方法采用五次样条曲线(Erkorlmaz K.High speed CNC system design.Part1：Jerk limited traj ectory generation and quintic spline interpolation.International Journal of Machine Tools&Manufacture.(2001)41：1323-1345)、NURBS(Junbin Wang.Real-time NURBS interpolator：application to short linear segments.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.(2009)41：1169-1185)等参数曲线对线性路径段进行拟合。曲线拟合法是将加工零件的所有短线段采用曲线进行拟合替代的方法。通常CAM与CNC是相互独立的两个系统，CNC系统丢失了CAM系统原有的模型数据，因此，这种曲线拟合方法并不能够真正地还原原始的轮廓模型，与原始轮廓模型仍然存在一定的误差，有时可能产生较大的误差，并且这种全曲线拟合的方法计算量非常大，难以满足数控系统的实时性要求。因此，这种方法难以应用于高速数控加工场合。

发明内容

本发明的目的在于针对高速高精度数控加工的小线段插补过程中存在的问题，提供一种高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法，该方法计算效率高、算法实现简单，能够有效地提高数控加工的运动平稳性和加工效率，可应用于高速高精度的数控加工场合。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：人机界面模块、程序解释模块、刀具补偿模块、粗插补模块、精插补模块，其中：人机界面模块将待加工零件的数控加工程序传递给程序解释模块，由程序解释模块对数控加工程序进行程序检查和程序解释，并提取加工路径和加工工艺参数有关的信息，通过刀具补偿模块对加工路径信息，进行刀具补偿，得到刀具路径信息，将该路径信息传输到粗插补模块，在插补运算前将每相邻线段的转接点附近采用过控制顶点三次B样条曲线进行曲线过渡连接，生成曲率连续的平滑刀具路径，该平滑刀具路径与原路径的最大偏差值小于或等于系统设定的最大误差值，对生成曲率连续的平滑刀具路径进行速度规划和插补计算，得到插补数据，最后将生成的插补数据传输到精插补模块，精插补模块经过数字积分精插补运算，将处理后的数据输送到驱动器驱动数控机床的运动。

所述的人机界面模块包括：程序加工单元、轨迹仿真单元、实时监控单元、参数管理单元组成，其中程序加工单元将选择的待加工零件的数控加工程序传送到程序解释模块中的程序检查单元；轨迹仿真单元对待加工零件的刀具运动轨迹进行离线仿真，验证在实际加工过程中是否发生过切或少切、走刀路线和进退刀方式是否合理；实时监控单元从运动控制器中获取运动轴和输入／输出状态信息，对运动轴进行实时轨迹显示和动态坐标显示，对系统的输入／输出状态进行实时监控；参数管理单元对刀具信息和运动参数进行管理。

所述的程序解释模块包括：程序检查单元和程序翻译单元，其中程序检查单元对数控加工程序进行词法分析、语法分析和语义分析，检查数控加工程序是否存在错误，如果数控加工代码有误，则进行出错处理，否则，将数据输送到程序翻译单元；程序翻译单元从数控加工程序中提取运动轴的位置坐标信息和加工工艺参数信息；程序解释模块以多线程编程方式进行实时解释，提前解释5000个程序段，以满足后续模块前瞻处理所需要的数据信息。