[发明专利]一种用于高质量加工的圆弧平滑压缩插补方法

说明书

本发明涉及一种用于高质量加工的圆弧平滑压缩插补算法，包括以下步骤:识别连续加工区域；在连续加工区域中选取型值点并对其进行拟合得到二次有理Bézier曲线；根据曲线识别圆弧及其几何形式转换；将属于同一圆的相邻圆弧合并，得到插补曲线；在插补曲线上进行圆弧插补。本发明加工精度和加工效率高。本发明方法用几何形式的圆弧进行插补，能够精确地计算出弧长对应的插补参数，降低了计算的复杂度和加工中速度的频繁波动，提高了加工质量和加工效率。

技术领域

本发明涉及高质量加工中参数样条曲线的拟合及圆弧段的识别与合并，属于数控加工技术领域。

背景技术

随着设计和制造技术的发展，越来越多的人使用计算机辅助设计(CAD)系统来进行复杂零部件的设计。但由于绝大多数的数控系统不支持参数样条数据的传输，通常利用计算机辅助制造(CAM)系统将CAD设计的自由曲线或曲面，在特定的容差范围内用一系列折线去覆盖，从而生成由大量指令点构成的数控加工程序。

此时，若数控系统采用传统的插补方法，即在相邻指令点构成的直线段上进行插补，势必会引起加速度的频繁变化，并在加工表面留下折角，不利于高速高精的加工。而现在对于微小线段高速加工的研究主要分为两种方法。一种是在相邻微小线段的拐角处插入过渡样条曲线。例如，通过在拐角处插入三次B样条曲线或四次Bézier曲线的方式，提高拐角处的速度，从而提高加工效率，但由于插补点在直线段和过渡样条曲线段上的循环出现，使得插补步长不一致，从而导致加工速度的波动，如果指令点越密集，速度的波动就会越频繁。另一种则是通过插值或者逼近的方式将离散的指令点拟合成平滑的加工路径。例如，将由连续微小线段指定的加工路径转化为由二次Bézier曲线表示的加工路径，通过对Bézier曲线插补来实现对自由曲线的高速高精加工。虽然这种方式能较好地逼近原设计曲线，但由于拟合曲线较复杂，无法精确计算插补步长对应的插补参数，导致加工速度波动，降低了加工精度。

发明内容

为了克服现有小线段插补算法不能高精加工和存在速度波动的不足，本发明的目的是提供一种参数样条拟合方法，通过参数样条曲线特征，识别加工路径中的圆弧段，通过对圆弧段进行插补，来保证加工的精度，同时降低加工速度的波动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于高质量加工的圆弧平滑压缩插补算法，包括以下步骤:

识别连续加工区域；

在连续加工区域中选取型值点并对其进行拟合得到二次有理Bézier曲线；

根据曲线识别圆弧及其几何形式转换；

将属于同一圆的相邻圆弧合并，得到插补曲线；

在插补曲线上进行圆弧插补。

所述选取型值点包括：

2-1)将连续加工区域的开始点和结束点标记为型值点；

2-2)将开始点和结束点之间的曲率最大值点标记为型值点；

2-3)将加工路径弯曲方向改变的点标记为型值点。

所述曲率最大值通过以下步骤得到：

3-1)三个相邻指令点的坐标为P_i-1(x_i-1,y_i-1)、P_i(x_i,y_i)和P_i+1(x_i+1,y_i+1)，离散指令点P_i的曲率值k_i由下式确定,

其中,θ为小线段间的拐角，ΔP_i-1P_iP_i+1为带符号的三角型面积由下式确定,