[发明专利]一种基于曲线光滑变形的数控加工进给率规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于曲线光滑变形的数控加工进给率规划方法，属于数控加工技术领域。

背景技术

数控机床已广泛应用于复杂曲面零件的数控加工,进给率规划作为数控加工的关键环节，对高质量、高效率和低成本完成复杂工件的数控加工起着重要作用。由于笛卡尔空间和节点空间存在非线性关系，目前适用于五轴数控加工的进给率规划方法十分有限。现有文献对进给率曲线的光顺性关注不够，进给率过度波动问题没有得到有效的控制。因此，在实现进给率自适应定制的同时保证进给率曲线的光顺性仍是有待解决的问题，并具有重要的意义。

经对现有技术的文献检索发现，有关五轴数控加工进给率规划方法的研究有Wei Fan等的“Time-optimal interpolation for five-axis CNC machining along parametric tool path based on linear programming".International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2013,69(5-8):1373-1388.论文以获得最短加工时间为目标函数，以弦高差、机床最大速度、机床各轴最大加速度和跃度作为约束条件，构建线性约束优化模型用于进给率规划。Sencer B等在其论文“Feed optimization for five-axis CNC machine tools with drive constraints”.International Journal of Machine Tools&Manufacture,2008,48:733–745.中以获得最短加工时间为目标函数，以机床各轴最大速度、加速度和跃度为约束条件，构建非线性约束优化模型用于进给率规划。上述进给率规划方法均采用约束优化模型，本发明着重考虑进给率曲线的形态和光顺性，在常规误差控制的曲线变形基础上，形成了基于曲线光滑变形的数控加工进给率规划方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于曲线光滑变形的数控加工进给率规划方法。该方法首先将进给率约束条件分为两类，即：1.邻域无关(Neighbor-independent，NI)约束，此类约束只与进给率本身有关，与进给率曲线的微分性质无关，如弦高差约束和分轴速度约束等。对于此类约束，只需针对初始进给率曲线，计算出约束超差点的进给率更新值，通过一次曲线光滑变形，便可得到邻域无关(NI)约束下的进给率曲线。2.邻域相关(Neighbor-dependent,ND)约束，此类约束的进给率满足条件计算，不仅涉及到进给率本身，而且涉及到其微分性质。邻域相关(ND)约束包括分轴加速度和分轴跃度约束等。对于此类约束，需结合比例调节算法计算约束超差区域的进给率更新值，并通过对目标进给率曲线的多次光滑变形，得到邻域相关(ND)约束下的最终进给率曲线。

本发明采用的技术方案是：一种基于曲线光滑变形的数控加工进给率规划方法将进给率约束分为邻域无关约束(NI约束)和邻域相关约束(ND约束)，首先，将工艺要求的最大进给率设定为初始进给率直线后，通过一次曲线光滑变形得到邻域无关约束的进给率曲线，进而，结合比例调节算法，通过多次曲线光滑变形得到邻域相关约束的进给率曲线，该进给率规划方法，在单纯几何逼近误差约束的曲线变形基础上加入光顺项，得到的进给率曲线具有更好的光顺性，规划方法包括以下步骤：

步骤一、预处理：参数曲线表示曲面加工路径，确定采样点位置及个数，求解机床各轴运动轨迹；

步骤二、初始进给率直线生成：将设定的刀尖点最大进给率允许值作为采样点处的初始进给率值，构造初始进给率直线；

步骤三、邻域无关约束下的进给率曲线生成，包括以下步骤：

(a)计算各采样点处弦高差约束和分轴速度约束下的最大进给率允许值；

(b)结合刀尖点最大进给率允许值，确定邻域无关约束下进给率曲线的超差区域，并计算超差点处进给率更新值；

(c)运用曲线光滑变形，将进给率曲线从原始位置光滑变形到目标位置，得到邻域无关约束下的进给率曲线；

步骤四、邻域相关约束下的进给率曲线生成，包括以下步骤：

(a)根据当前生成的进给率曲线，计算各采样点处的分轴加速度值和分轴跃度值；

(b)结合设定的分轴加速度极限值和分轴跃度极限值，确定邻域相关约束下进给率曲线的超差区域；