[发明专利]一种用于摇篮式机床的全局最优进给速度规划方法

说明书

本说明书实施例公开了一种用于摇篮式机床的全局最优进给速度规划方法，该方案包括：该方法在机床坐标系中约束速度，加速度和加加速度，在工件坐标系中约束弓高误差。然后将最优进给速度规划问题转化为一个最优控制问题，并且说明其最优解为“bang‑bang”控制。最后，采用迭代控制向量参数法求解此最优控制问题的最优解，且该解满足“bang‑bang”控制。本发明能够在充分考虑摇篮式机床的整个加工过程包括运动约束和几何误差约束在内的各项约束，并且以最短的时间完成整个切削任务，从而能充分利用机床的性能。

技术领域

本申请涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种用于摇篮式机床的全局最优进给速度规划方法。

背景技术

数控加工目前已广泛应用于制造业，其加工质量与加工效率是影响数控加工竞争力的关键因素，因此如何在机床性能约束和工件精度约束下尽量缩短加工时间是至关重要的。在五轴数控加工中，由于机床相比三轴机床多了两个旋转轴，从而在速度规划中必须要考虑工件坐标系与机床坐标系之间的非线性变换。而这种变换无疑使得最优时间下的进给速度规划问题更加困难，所以五轴机床下的的最优进给速度规划问题仍然具有挑战性。

传统的五轴折线段路径在转角处不连续，从而导致进给速度波动，加工质量差等缺点。为了克服这些缺点，一些CNC商业软件利用参数曲线(例如样条曲线、圆弧曲线)来表示光滑的刀具路径。因此，对于五轴参数刀具路径的最优时间进给速度规划的研究是非常必要的。最优时间进给速度规划(Minimum Time Feedrate Planning，MTFP)的目标是：在由机床性能和几何精度(即各个轴的运动约束和几何误差约束)决定的约束下，驱动刀具沿预定的路径进行切削，并且以最短的时间完成整个切削任务。而这些约束与各轴的平滑运动、加工稳定性和质量密切相关。现有技术中，有的虽然能够严格遵守运动学约束和几何精度约束，但是其求解方法的迭代次数与刀具路径的复杂性密切相关，从而鲁棒性差且计算效率低。有的将刀具路径离散成一些采样点，从而仅仅对采样点进行了约束，导致各轴运动曲线会超过预先设定的界限。

因此，如何在充分考虑摇篮式机床的整个加工过程包括运动约束和几何误差约束在内的各项约束，并且以最短的时间完成整个切削任务，从而充分利用机床的性能是需要解决的技术问题。

发明内容

本说明书实施例提供一种用于摇篮式机床的全局最优进给速度规划方法，能够在充分考虑摇篮式机床的整个加工过程包括运动约束和几何误差约束在内的各项约束，并且以最短的时间完成整个切削任务，从而充分利用机床的性能是需要解决的技术问题。

为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：

本说明书实施例提供的一种用于摇篮式机床的全局最优进给速度规划方法，包括：

步骤S1、输入工件坐标系WCS下C²连续的六维参数曲线R(β)＝[P(β)，O(β)]；其中β表示归一化参数且β∈[0，1]；P是机床的刀位点路径曲线，P＝[P_x，P_y，P_z]；O为对应刀位点的刀轴方向，O＝[O_i，O_j，O_k]；

步骤S2、将所述WCS下C²连续的六维参数曲线R(β)映射到机床坐标系MCS中，得到参数刀具路径Q(β)＝[X(β)，Y(β)，Z(β)，A(β)，C(β)]；其中X表示所述机床坐标系中的X轴，Y表示所述机床坐标系中的Y轴，Z表示所述机床坐标系中的Z轴，A表示所述机床坐标系中的第一回转坐标轴，C表示所述机床坐标系中的第二回转坐标轴；

步骤S3、将参数区间[0，1]划分为N个子区间：

步骤S4、获取初始控制向量和初始目标函数值V₀；

步骤S5、预设收敛系数γ；