[发明专利]基于B样条曲线和路径积分的线性数控加工路径平滑方法

说明书

本发明公开了一种基于B样条曲线和路径积分的线性数控加工路径平滑方法。对数控加工过程中生成的用于加工的连续线段进行处理：根据连续线段的特征设定平滑区间的长度；以平滑区间在连续线段上遍历滑动处理获得平滑区间的平滑插补点；将各个平滑区间的平滑插补点反馈到连续线段上进行插值，再将插值后的连续线段反馈到数控加工过程中，进而实现平滑。本发明方法对数控加工程序线段的长度和端点的数量不敏感，具有实时性强、稳定性好、所加工的工件表面质量好等优点。

技术领域

本发明涉及多轴数控加工制造领域的一种数控加工处理方法，特别是涉及 连续线段数控加工路径的平滑处理及插补点的实时变换。

背景技术

连续线段路径具有表达简单、计算量小、适用范围广等特点，是涡轮、叶 片、模具等自由曲面零件数控加工代码的最广泛表达形式。但连续线段在相邻 线段拐角处存在进给速度方向的突变，会导致加速度的突变，从而引起机床、 刀具的振动和冲击，影响曲面的加工质量，也会影响设备的使用寿命。

解决这些连续线段数控加工过程中存在问题的一个主要方法就是对连续线 段路径进行平滑优化，其已成为复杂自由曲面数控加工的一项必需且重要的技 术。

连续线段路径平滑方法主要有两类。一类是在相邻两条线段转角处插入直 线或曲线的局部过渡方法，能够增加了加工轨迹的平滑性，提升了加工速度， 但该方法只对相邻两条线段进行平滑操作，当线段非常短时，将难以插入有效 的过渡曲线。另一类平滑方法是将多条连续线段拟合成曲线的多段拟合方法， 能够获得更加平滑的加工轨迹同时显著减少了加工时间，但多段拟合方法需要 将连续线段路径按线段长短和转角大小分为直线区域与曲线区域，对曲线区域 的线段进行拟合操作并进行复杂的参数曲线进给速度前瞻与插补计算，而直线 区域则按线段输出，如果分类不合理，会影响拟合的结果。而且，基于线段端 点的拟合方法的计算结果会受连续线段路径上端点数量的影响，线段上多一个点或者少一个端点都会导致拟合曲线形状的改变。

此外，传统的基于线段端点的拟合误差计算模型受连续线段路径上线段端 点数量的影响，在CAM软件生成连续线段路径时，增加或者减少一个端点都会 对计算结果产生影响，进而影响拟合算法的稳定性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于二次B样条曲线和 路径积分的线性连续线段数控加工路径平滑方法。其对多轴数控系统计算出的 插补点进行实时变换，以达到平滑加工轨迹的目的。

本发明提出的基于二次B样条曲线和路径积分的连续线段数控加工路径平 滑方法对数控加工程序线段的长度和端点的数量不敏感，具有实时性强、稳定 性好、所加工的工件表面质量好等优点。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：

本发明对数控加工过程中生成的用于加工的连续线段进行以下处理：

A1，根据连续线段的特征设定平滑区间的长度L；

平滑区间是指连续线段上进行一次平滑的区间。平滑区间的长度L至少大于 连续线段中最大长度的线段。

所述的连续线段是有多个线段以端点首尾依次连接构成，相邻线段间连接 的交点为端点，每个线段上的两个端点之间间隔具有多个原始插补点，原始插 补点用于数控加工的刀具进行位置加工。

A2，针对连续线段，以平滑区间在连续线段上遍历滑动，处理获得平滑区 间的平滑插补点O_e；

A3，将各个平滑区间的平滑插补点O_e反馈到连续线段上进行插值，再将插 值后的连续线段反馈到数控加工过程的设备中，进而实现平滑。

所述A2，以每一个原始插补点作为待平滑插补点O按照以下步骤遍历，具 体为：