[发明专利]一种适用于数控装置刀具的小线段的速度曲线规划方法

摘要

本发明公开了一种适用于数控装置刀具的小线段的速度曲线规划方法，具体涉及数控技术领域的小线段加工技术。本发明方法通过合并速度规划单元，减少确定的了速度规划单元的个数，在传统速度规划过程中，每一个速度规划单元的开始处，加速度从零开始增加到系统允许的最大值，然后在速度规划单元的结束处降低为零，通过减少速度规划单元个数和采用新的速度规划方法，可以有效减少加工过程中加速度变化过程所占用的时间。同时，通过合并速度规划单元，合并后的新速度规划单元对应的刀具路径长度增加，加工过程中，刀具的加工速度可以在最大值点维持较长时间，在提高加工质量的同时，有效的减少了加工时间，提高了加工效率。

主权项

1.一种适用于数控装置刀具的小线段的速度曲线规划方法，其特征在于步骤如下：(1)确定加工路径上每一个拐角的门限速度Vthreshold_i，其中，A为数控机床所允许的最大加速度值，T为数控系统的采样周期，α为相邻小线段之间的拐角；并且，设定相邻拐角之间的路径为一个速度规划单元；(2)沿加工路径上的加工方向，当成立时，则将上述拐角所对应的刀具路径合并为一个速度规划单元，此时n＝n+1，初始时n＝0,否则，步骤(1)中设定的速度规划单元不变；(3)根据步骤(2)确定的速度规划单元，对小线段描述的加工路径进行速度规划，步骤(31)设定速度规划计算模块VPCM，所述速度规划计算模块VPCM包括步骤如下：Step 1.限制速度规划过程中的最大加加速度值，得到加加速度表达式J(t)，其中，Jmax表示数控系统允许的最大加加速度值，t表示加工过程的时间参数，ti(i＝1,...7)表示时间，且t1＝t3‑t2，t5‑t4＝t7‑t6；Step 2.对上述加加速度表达式J(t)积分，得到加速度a(t)，Step 3.对上述加速度表达式a(t)积分，得到速度v(t)，其中，vs表示加工速度的起始值，A'max_1表示t1时刻的加速度值，A'max_2表示t5时刻的加速度值，Step 4.对上述速度表达式v(t)积分，得到加工距离s(t)，其中，si(i＝1,...6)为ti(i＝1,...6)时刻对应的加工距离，从数控程序中提取每个速度规划单元对应的刀具路径长度，并赋值给加工距离s(t)，即得ti(i＝1,...,7)，将ti(i＝1,...,7)代入v(t)，即得该速度规划单元中任意时刻的刀具运行速度；步骤(32)对小线段描述的加工路径进行速度规划，步骤如下：A.设置前瞻过程中的前瞻窗口大小为1024，从前瞻窗口中存储的最后一个速度规划单元开始，倒序逐一将速度规划单元终点处拐角对应的门限速度和速度规划单元的刀具路径长度带入所述速度规划计算模块VPCM中直至当前速度规划单元，计算得到当前速度规划单元终点处所允许的最大加工速度，并将该速度值和当前速度规划单元起点处拐角门限速度值、当前速度规划单元的刀具路径长度再次代入所述速度规划计算模块VPCM，计算得当前速度规划单元所需的加工时间和当前速度规划单元起点处的前瞻速度，加工过程中当前速度规划单元起点处所允许的最大加工速度值取指令速度、前瞻速度和该起点处拐角门限速度三者中的最小值；然后，依次确定加工路径上每一个速度规划单元起点处所允许的最大加工速度；B.然后，沿着加工方向设三个连续速度规划单元编号为i、i+1和i+2，其中，i+2≤N，N为加工路径上速度规划单元的总个数，初始时i＝1，如果中间速度小于第二个速度规划单元起点处的门限速度，则加工过程中数控机床的加工能力没有得到充分利用，然后对第一个速度规划单元重新进行速度规划计算预加工距离pre_distance，pre_distance＝vs_it+1/6Jt3，其中，vs_i表示中间速度，t＝A/J，A表示加工方提供的数控程序中声明的加工过程中所允许的最大加速度，J表示加工方提供的数控程序中声明的加工过程中所允许的最大加加速度值，然后，原加工距离Si与预加工距离pre_distance二者之和为虚拟加工距离Svirtual，Svirtual＝pre_distance+Si，如果中间速度不小于第二个速度规划单元起点处的门限速度，则第一个速度规划单元的预加工距离pre_distance＝0，Svirtual＝Si；C.Step C1.根据第一个速度规划单元的虚拟加工距离Svirtual对第一个速度规划单元进行速度规划，将步骤B得到的第一个速度规划单元的虚拟加工距离Svirtual代入所述速度规划计算模块VPCM，分别计算得到第一个速度规划单元的虚拟加工距离Svirtual以及虚拟加工距离Svirtual的加工时间、原加工距离Si的加工时间以及原加工距离Si结束时的加工速度值和加加速度值；Step C2.如果i+3≤N，则i＝i+1，此时，第i个速度规划单元的首速度为当前速度规划单元终点处的速度值，前瞻窗口下移，返回步骤B，继续进行速度规划，直至得到每个速度规划单元的加工速度值，获得刀具路径小线段的速度规划曲线，从而控制加工过程中刀具的运动速度；如果i+3＞N，将第i+1个和第i+2个速度规划单元加工过程中起点处所允许的最大加工速度和速度规划单元的加工距离si+1、si+2分别带入速度规划计算模块VPCM中，对第i+1个和第i+2个速度规划单元进行速度规划，分别计算得到第i+1个和第i+2个速度规划单元的加工速度值，然后结束规划过程。