[发明专利]一种基于机床振动抑制的刀具轨迹插值和速度规划方法

说明书

本发明公开了一种基于机床振动抑制的刀具轨迹插值和速度规划方法：步骤1，将G01轨迹点读入数控系统内存之中；步骤2，针对步骤1获得的G01轨迹段，设计满足弦误差约束的G⁴连续插值轨迹；步骤3，针对步骤2获得的光滑化轨迹，设计了两种已知条件下加加速度光滑、时间最优的速度曲线计算方法，并给出了各运动轴动态性能约束下的速度规划方法。本发明生成的轨迹严格满足弦误差约束且通过G01点，相比G²拐角过渡轨迹和G³插值轨迹，能进一步降低拐角处的曲率极值，减轻拐角处的速度波动，有助于降低机床的冲击。设计的速度规划方法，能保证加工效率并提升机床振动抑制的水平，为高速高精加工的数控系统插补器开发提供了重要手段。

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，具体涉及一种基于机床振动抑制的刀具轨迹插值和速度规划方法。

背景技术

数控系统中刀具轨迹连续和进给速度规划方法是实现高精度、高稳定性加工的关键环节。计算机辅助制造(CAM)系统生成的刀具轨迹是分段线性轨迹，仅具有G⁰连续，在加工轨迹拐角处时机构往往会产生较大的振动，影响加工表面质量。为了降低机床在加工过程中的冲击，提高加工工件的表面质量，应该保证刀具轨迹具有G^k(k≥2)连续性。高阶几何连续性的刀具轨迹有助于提升轨迹的光顺性和轨迹拐角处的速度限制，同时能够减小进给速度的波动和加速度的波动，提高加工表面质量。另一方面，具有高阶光滑的进给速度曲线是保证各动态轴运动学变量连续性(包括加速度、加加速度和加加加速度)的必要条件，能抑制运动轴加减速时伺服激励产生的冲击。

针对这些加工需求，非专利文献《A real-time look-ahead interpolationmethodology with curvature-continuous B-spline transition scheme for CNCmachining of short line segments》采用了三次B样条曲线实现了G²连续的轨迹拐角过渡，但轨迹没有经过G01点，加工时会引入较大的拟合轮廓误差，该方法在速度规划环节采用了五段式的加加速度有界的速度模式，不能保证加减速过程的时间最优性。非专利文献《A realtime curvature-smooth interpolation scheme and motion planning for CNCmachining of short line segments》采用了对称的五次Bezier样条生成了G³连续的插值轨迹，但轨迹拐角处的光顺性仍存在较大的提升空间，在速度规划环节该方法采用了加加速度连续的速度模式，相比加加速度有界的速度模式，能减小机床的振动，但加加速度的变化率不连续，速度曲线的光滑性有待提升。总的来说，现有的轨迹光滑和速度规划方法在抑制机床振动方面上仍存在不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的轨迹光滑方法在抑制机床振动上仍存在不足，本发明在保证加工效率的前提下，为提升数控加工中机床振动的抑制水平，提出一种G⁴连续的插值轨迹计算方法，以及时间最优且加加速度光滑的速度规划方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于机床振动抑制的刀具轨迹插值和速度规划方法，包括以下步骤：

步骤1，将G01轨迹点读入数控系统的内存之中；

步骤2，针对步骤1获得的G01轨迹段，设计满足弦误差约束的G⁴连续插值轨迹；

步骤3，针对步骤2获得的G⁴连续插值轨迹，在各运动轴加速性能约束下进行时间最优且加加速度光滑的进给速度规划。

进一步地，所述步骤2中，具体包括以下步骤：

步骤2-1，建立G01轨迹拐角处G⁴连续过渡曲线的几何模型；