[发明专利]基于对数几率函数在运动和误差限制下的进给率规划方法

说明书

本发明公开了一种基于对数几率函数的数控加工的进给率规划方法，定义进给率调整因子为误差限制与计算误差之比的二分之一次方，取等间隔的参数序列，对每个参数依照弓高误差限制，不断利用调整因子调整得到最终进给率；定义判别值为前后差分之间差的绝对值，计算已知参数处的判别值，判别值较大时为所求拐点，拐点、起始点和终止点将曲线分为若干段，每段为加速、减速或匀速过程；利用Sigmoid函数做加减速过程的进给率控制，按照加速度、加加速度及光滑性要求求出适应该过程的进给率表达式；使用前向扫描过程和后向扫描过程将加减速过程拼接起来。上述方法能在保证加速度和加加速度的前提下降低加工误差，实现连续的进给率规划。

技术领域

本发明涉及数控加工制造技术领域，具体涉及曲线几何特征提取、函数的变换与应用、运动学分析与建模，尤其涉及一种基于对数几率函数的数控加工的进给率规划方法。

背景技术

在数控系统指导下的数字化加工过程中，数控系统接收输入的加工信息，这些加工信息主要包括加工轨迹、进给率、刀位偏置等信息，然后加工信息进入插补模块，在插补模块中依据加工信息计算实际加工过程中的插补点。在进行插补计算之前，需要对加工时的进给率进行规划，以期望获得更好的加工效果。

在给定的加工轨迹中，轨迹的进给率通常是常值进给率。对于较复杂的加工轨迹而言，在实际加工时采用常值进给率不能适应曲线的变化，会造成频繁的停止和启动，不能保证弓高误差、加速度以及加加速度的限制，会导致加工效果变差。

为了提高对复杂曲线即非基本构型曲线进行加工的质量，针对复杂曲线设计合理且有效的进给率规划成为研究的热点。随着CAD技术的不断进步，复杂曲线的参数化技术日臻成熟，使用参数表达加工轨迹曲线是可行的，基于参数表达曲线的进给率规划应运而生。进给率规划的基本思想是将加工轨迹分为若干段在每一段中设计加减速过程，在设计时保证加速度、加加速度在限制范围内。现有的加减速的设计有三种基本模式：直线型加减速控制、指数型加减速控制和S型加减速控制。上述三种模式各有利弊：直线型加减速控制设计简单，易于实现，但连续性不能保证；指数型加减速控制设计复杂，难以实现，且光滑性不能保证；S型加减速控制将加减速过程分段考虑，调整起来较繁琐。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于对数几率函数的数控加工的进给率规划方法，用以在保证加速度和加加速度的前提下降低加工误差，实现连续的进给率规划。

因此，本发明提供了一种基于对数几率函数的数控加工的进给率规划方法，包括如下步骤：

S1：根据数控加工轨迹的参数曲线，获得等间隔参数序列，依据弓高误差的限制，获得所述等间隔参数序列中所有参数的进给率数值，得到一系列离散的数对；

S2：利用得到的一系列离散的数对获得进给率曲线，寻找所述一系列离散的数对中的拐点，利用拐点将所述进给率曲线分为多个加速过程、多个减速过程和多个匀速过程；

S3：利用对数几率函数对每个所述加速过程和每个所述减速过程进行进给率设计；

S4：依次利用前向进给率调整和后向进给率调整两个过程进行进给率调整，实现各所述加速过程、各所述减速过程和各所述匀速过程的拼接。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述进给率规划方法中，步骤S1，使用等间隔参数序列，依据弓高误差的限制，获得所述等间隔参数序列中所有参数的进给率数值，得到一系列离散的数对，具体包括：

假定加工轨迹的参数曲线表达为P(u)＝(x(u),y(u),z(u))，参数范围为0≤u≤1，参数间隔为Δu，则u_i+1＝u_i+Δu，u₀＝0，得到一个等间隔参数序列采用一阶的泰勒展式：