[发明专利]一种面向多加工场景的多轴轨迹压缩方法

说明书

本发明公开了一种面向多加工场景的多轴轨迹压缩方法，属于数控加工领域。本发明采用C2连续且保证单调性的三次有理样条来进行刀尖轨迹与刀轴轨迹之间的参数同步，C2连续保证刀轴矢量的变化连续，并且加速度连续，能使旋转轴运动达到加速度连续；单调保证刀轴点样条参数随刀尖点样条参数增大而增大或不变，不会出现刀轴点回退的情况。本发明实现了误差计算与轨迹压缩方法的解耦，当新的加工场景出现时，只需要设计新的允差空间和对应OTE计算方法即可，而无需修改轨迹压缩流程中的任何一步。本发明利用目标压缩比结合特征曲率积分，不需要迭代，能达到快速选取初始拟合节点的效果，提高压缩效率。

技术领域

本发明属于数控加工领域，更具体地，涉及一种面向多加工场景的多轴轨迹压缩方法。

背景技术

在数控加工领域，要得到多轴加工程序，首先需要由CAM(Computer AidedManufacturing)软件根据零件模型并结合工艺参数生成加工轨迹，然后对其离散，所以，多轴加工程序通常是由G01小线段组成，这会导致以下缺陷：相邻小线段之间只达到了G0连续性，这会导致加工过程中进给速度、加速度波动，使机床振动，加工质量变差。同时，为了达到较高的加工精度，有时会让G01小线段非常短，这会使得加工效率较低，并且程序信息过大，难以满足我们对高速加工的诉求。因此，将原始小线段程序压缩为连续性更好，单位程序段信息量更大的参数曲线后再进行加工，可以有效地改善上述问题。但是，这对于多轴系统而言绝非易事。

多轴机床相较三轴机床，由于旋转轴的引入，不仅可以控制刀具位置，还可以控制刀具姿态，可以实现更复杂的加工，因此有了更多的加工场景。目前除了广泛应用于汽车、航空工业中的叶轮、叶片和模具的自由曲面铣削，还应用于航天结构件等外壳的复合材料蒙皮铺放、缠绕加工。加工场景的不同，意味着加工特点的不同，即误差计算方法可以不同，以最大程度地利用具体的加工特征。目前，在中国发明专利CN105425725A中，使用Hausdorff距离描述拟合轨迹与程序折线段的偏差，在非专利文献《五轴刀具轨迹的六维B样条拟合算法研究》(闵康,2018)中，进一步定义了五轴轨迹的Hausdorff距离，并且从刀具的角度建立了误差计算方法。但是这些方法均是以金属切削加工为前提的，并且与轨迹压缩算法耦合太紧，导致轨迹压缩方法无法适用多种加工场景。因此，需要提出一套误差计算标准接口，与轨迹压缩方法分离，不同的加工场景设计不同的误差计算方法，然后配合轨迹压缩方法使用。

对于多轴加工轨迹，除了需要对刀尖点进行压缩，还需要对刀轴矢量进行压缩，以平滑旋转轴运动，因此，若这两条轨迹并非在同一参数域下进行的压缩，则还需要构建它们的参数同步关系。在非专利文献《Dual NURBS Path Smoothing for 5-Axis Linear Pathof Flank Milling》(Li D,Zhang W,Zhou W.International Journal of PrecisionEngineering and Manufacturing,2018)中，使用了线性插值的方式来进行两条轨迹之间的同步，这种同步方式只有G0的连续性，无法让旋转轴运动高阶连续。因此，需要构建一个双样条参数同步模型，满足高阶连续和单调非递减的约束。