[发明专利]一种CNC加工的进给速度规划方法及装置

说明书

本发明涉及一种CNC加工进给速度规划方法及装置，该方法包括：接收读取初始化参数，保证恒定进给速度区段始终存在于至少一个插补周期，根据S型加减速算法计算未圆整的S型速度曲线中每个区段的插补时间以及相应的起始进给速度和累计位移，完成进给速度初步规划；圆整插值时间，计算圆整误差，根据改进的梯形加减速算计算圆整误差补偿参数，实时插值得到补偿进给速度和相应的进给长度，完成进给速度最终规划。有效保持加速度曲线的连续性，以及提高可靠性。

技术领域

本发明属于计算机数控加工的技术领域，尤其是涉及一种CNC加工的进给速度规划方法及装置。

背景技术

CNC加工为计算机数字控制机床(Computer Numerical Control)加工的简称，进给速度规划是CNC加工最重要的部分之一，在现代计算机数字控制加工中扮演着重要的角色。在CNC加工中一个高效的进给速度曲线能够极大改善加工精度、表面光洁度和效率；同时，可以满足数控机床对进给速度的运动和动态约束。因此，柔顺、精确和可靠的进给速度规划方法已经成为现代数控机床中一个重要的指标。

目前，加减速算法作为一种进给速度规划方法能够产生平滑的进给速度曲线，其中的修正梯形加减速算法简单易实施；然而，当沿着复杂的刀具路径进行插补时，采用修正梯形加减速算法会导致进给速度的多种振荡。为解决该问题，限制加减速算法被提出，例如正弦算法、S型算法等；其中，七段S曲线加减速算法因为其简单性和平滑性而被广泛使用。然而，现有基于S曲线加减速的进给速度规划方法并未提及圆整误差。

圆整误差的定义为所需弧长与通过进给速度和采样周期计算的进给长度的总和之间的差。理论的运动参数，例如分段时间{[T₁,T₂,T₃,T₄,T₅,T₆,T₇]}和每段的起点速度{[v₁,v₂,v₃,v₄,v₅,v₆,v₇]}，能够使用标准的S型加减速算法通过进给速度规划计算出来。但是，在实际的插补中，由于插补距离，起始进给速度等运动参数被任意给出，导致每个规划段时间和总时间都不能以插值周期的整数倍精确地离散化。因此，残留距离小于插补周期会导致位置误差和进给速度波动。

为了改善进给速度曲线的平滑性，现有技术中已经提出了一些圆整误差补偿的方法。2009年Li等人提出了一种变化周期进给速度规划方法来补偿修正梯形法的圆整误差，Wang等人在2010年提出了多种进给速度和加速度约束的最佳速度控制方法。然而，这些方法的加速度曲线是不连续的，并且可能导致机床的振动和冲击。

为了解决上述问题实现连续加速度曲线的圆整误差补偿，一种基于S型加减速算法的规划进给速度控制策略被提出，可以处理减速区域称为“尾”的低进给速度区域。但是，加速区域和减速区域的加速度增加部分和减少部分的时间被假设为相同，在CNC加工的许多情况下并不适用。随后Du等人提出了基于S型规则的复杂参考轨迹的进给规划方法的完整方法，圆整误差得到补偿，其中S型轮廓的各段均都被圆整，且补偿的加速度是恒定的。然而，补偿后的加速度曲线在一些插补周期的突然变化中是不连续的。LIU Qiang等人提出了一种基于三次多项式进给速度曲线的进给速度规划方法，这保证了复合加速度曲线是连续的。