[发明专利]多轴轨迹奇异区域的双样条压缩的方法

说明书

本发明提供了一种多轴轨迹奇异区域的双样条压缩的方法，包括以下步骤：(1)计算奇异区域的边界点，将边界点映射到刀尖点与刀轴矢量上得到边界刀位点；(2)根据长直线划分方法将原始刀位点划分为若干个子区间，根据划分后位于奇异圆内的划分节点以及步骤(1)得到的边界刀位点对奇异区域初步划分压缩区间；(3)计算奇异区域内各原始刀位点的离散特征加速度并确定特征加速度阈值，根据特征加速度阈值确定断点，在初步划分的压缩区间的基础上根据断点进一步划分压缩区间；(4)根据步骤(3)划分的压缩区间将奇异区域轨迹拟合为工件系刀尖点和机床系旋转轴双样条。本发明可以高效解决奇异区域速度连续压缩过渡的问题。

技术领域

本发明属于数控加工领域，具体涉及一种多轴轨迹奇异区域的双样条压缩的方法。

背景技术

多轴高速高精加工是现代制造业的一个迫切需求，多轴小线段程序加工时，小线段轨迹只有G0连续，且步距过密会生成大量程序段，导致系统速度规划频繁加减速影响加工效率。通过双样条将刀尖与刀轴压缩拟合成样条曲线，可以在提高加工精度的同时，减少程序段数，系统规划的速度与加速度更加平稳。但是由于旋转轴的引入，五轴机床会在特定的位置出现极端的非线性误差，称为奇异现象。通常我们使用奇异锥来描述奇异区域，它是奇异点处的刀轴矢量偏转一个角度α形成的如图1所示的锥形空间，刀轴矢量处于该锥形空间的区域称为奇异区域。

在奇异区域内，刀轴矢量的微小变化，会导致旋转轴的位置剧烈波动。以AC双转台结构为例，在奇异区域内C轴位置会剧烈波动，其根本原因在于C＝-arctan(i/j)，其中i，j为刀轴矢量的前两个分量，可以看出，C轴位置与i和j的比值有关，而在奇异区域，i、j均十分接近0，微小变化都会导致i/j变化剧烈。所以在工件系下对刀轴矢量进行压缩光顺无法解决奇异区域机床系旋转轴剧烈变化的问题。

综上所示，以上这些问题会让加工速度、加工质量难以达到预期，所以对刀具轨迹进行样条压缩处理关键在于：保证奇异区域轨迹的速度连续。

发明内容

为解决现有技术存在的上述至少部分问题，本发明提供一种多轴轨迹奇异区域的双样条压缩的方法。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种多轴轨迹奇异区域的双样条压缩的方法，包括以下步骤：

(1)计算奇异区域的边界点，将边界点映射到刀尖点与刀轴矢量上得到边界刀位点；

(2)根据长直线划分方法将原始刀位点划分为若干个子区间，根据划分后位于奇异圆内的划分节点以及步骤(1)得到的边界刀位点对奇异区域初步划分压缩区间；

(3)计算奇异区域内各原始刀位点的离散特征加速度并确定特征加速度阈值，根据特征加速度阈值确定断点，在初步划分的压缩区间的基础上根据断点进一步划分压缩区间；

(4)根据步骤(3)划分的压缩区间将奇异区域轨迹拟合为工件系刀尖点和机床系旋转轴双样条。

进一步地，所述步骤(1)具体包括：

连接相邻的在奇异圆内外两侧的点V_i-1(i₁,j₁)、V_i(i₂,j₂)，得到一条线段V_i-1V_i，计算它与奇异圆的交点，得到的点V_b即为奇异区域的边界点；

根据V_b在线段V_i-1V_i上的比例，线性地将边界点映射到刀尖点与刀轴矢量上，得到边界刀位点P_b。

进一步地，所述步骤(2)中根据长直线划分方法将原始刀位点划分为若干个子区间，具体包括：