一种nurbs曲线高速前瞻插补方法

xiaoxiao2020-7-23  9

一种nurbs曲线高速前瞻插补方法
【专利摘要】本发明涉及数控系统的速度规划技术,具体的说是NURBS曲线高速前瞻插补方法。以曲线自适应插补技术为基础,采用S型速度规划,给出插补过程中自适应减速区域的加加速度、加速度、速度以及插补距离的运动学公式;给出插补过程中前瞻窗口存储的数据的数据结构,建立前瞻窗口,给出前瞻窗口的最小值;确定前瞻过程中回溯距离的长度,建立回溯过程中加速度、加加速度的表达式;对曲线进行插补,在每次插补后动态调整前瞻窗口中的数据,直至插补结束。应用本发明方法能够有效的控制加速度、加加速度的波动,保证加工质量,能够准确确定回溯距离长度的长度,减少插补时间,提高插补效率。
【专利说明】一种NURBS曲线高速前瞻插补方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及数控系统的速度规划技术,具体的说是NURBS曲线高速前瞻插补方 法。

【背景技术】
[0002] NURBS曲线插补技术是基于PC的开放式数控平台的关键技术。在NURBS曲线插补 过程中,为了保证加工质量,需要通过自适应插补将弓高误差限制在规定范围之内,但自适 应插补过程中的加减速需求可能会超过机床的最大能力,产生的加加速度不仅影响了机床 的加工质量,还会对刀具产生振动,影响刀具寿命。因此,对加工过程中的加加速度进行有 效控制,对提高加工质量至关重要。
[0003] 现有的插补算法多是通过前瞻插补来实现对加加速度的控制,但是在现有的前瞻 算法中,当自适应减速区的加速度或加加速度超限后,需要进行再次插补,且再插补过程的 平均速度降低了,因此再插补过程对参数曲线的弧长逼近更加准确,导致算法中确定的回 溯距离长于实际需要的回溯距离,因此,再插补过程在最后部分可能会出现低速运行区,导 致插补时间增长,插补效率降低。


【发明内容】

[0004] 针对现有常用方法各自的不足之处,本发明要解决的技术问题是提供一种既能够 对加速度、加加速度进行有效控制,又能准确确定回溯距离长度,以减少插补时间、提高插 补效率的方法。
[0005] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种NURBS曲线高速前瞻插补方 法,包括以下步骤:
[0006] 以曲线自适应插补技术为基础,采用S型速度规划,给出插补过程中自适应减速 区域的加加速度、加速度、速度以及插补距离的运动学公式;
[0007] 给出插补过程中前瞻窗口存储的数据的数据结构,建立前瞻窗口,给出前瞻窗口 的最小值;
[0008] 确定前瞻过程中回溯距离的长度,建立回溯过程中加速度、加加速度的表达式;
[0009] 对曲线进行插补,在每次插补后动态调整前瞻窗口中的数据,直至插补结束。
[0010] 所述插补过程中自适应减速区域的加加速度的运动学公式为:

【权利要求】
1. 一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,包括以下步骤: 以曲线自适应插补技术为基础,采用S型速度规划,给出插补过程中自适应减速区域 的加加速度、加速度、速度以及插补距离的运动学公式; 给出插补过程中前瞻窗口存储的数据的数据结构,建立前瞻窗口,给出前瞻窗口的最 小值; 确定前瞻过程中回溯距离的长度,建立回溯过程中加速度、加加速度的表达式; 对曲线进行插补,在每次插补后动态调整前瞻窗口中的数据,直至插补结束。
2. 根据权利要求1所述的一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,所述插补过 程中自适应减速区域的加加速度的运动学公式为: -人ax' '0幺t〈匕 jerk=^ 0, ^ < t <t2 当时, , f0 - t jerk=-< 其中,J_为机床允许的最大加加速度的最大值,、为减速开始时间,&为加速度达到 最大值的时间,t2为加速度最大值持续的结束时间,t3为减速结束时间。
3. 根据权利要求1所述的一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,所述插补过 程中自适应减速区域的加速度的运动学公式为: acceleration= -Λκκ, Ι? < t <r, 当 1^=1:2 时, 1 .卜U(' _'〇 W t <ll acceleration^ , i-』max + U d W t <t;2 其中,J_为机床允许的最大加加速度的最大值,Amax为机床允许的加速度的最大值, A' _为加速阶段达到的最大加速度值,、为减速开始时间,&为加速度达到最大值的时间, t2为加速度最大值持续的结束时间,t3为减速结束时间。
4. 根据权利要求1所述的一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,所述插补过 程中自适应减速区域的速度的运动学公式为: /〇-孑人《*(卜'0)_,'0 feedrate=< /j - Aims ^ ( / - /0), /, < t <t: /2_4nax *('_'0)+^^腿*('_/0)2, '2 St<t;3 当 1^=1:2 时, /〇-孓乂腿 *('-'〇)、'〇 S t <tl feedrate= < fl~A^ *(f-f〇) + -Jnmx *(/_/〇)2> h ^ t <12 其中,J_为机床允许的最大加加速度的最大值,Amax为机床允许的最大加速度的最大 值,A'_为加速阶段达到的最大加速度值,f〇、fi、f2分别为t2点的速度,h为减速开 始时间,ti为加速度达到最大值的时间,t 2为加速度最大值持续的结束时间,t3为减速结束 时间。
5. 根据权利要求1所述的一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,所述插补过 程中自适应减速区域的插补距离的运动学公式为: S0+f〇*({~ Q ~ - * (^ _?〇)3? 4 - t <1:ι distance=十./; *(卜g- j4!!aw一 t <t2 52 +/2 *(?_i〇)_~4nax *((~{〇)2 ~(〇? f t2~t<i3 2 6 当时, distance^ *^2 +Λ +7^max *(/_^〇)3 ? A ^ t <t, 12 6 其中,J_为机床允许的最大加加速度的最大值,Amax为机床允许的最大加速度的最大 值,A' _为加速阶段达到的最大加速度值,f〇、fi、f2分别为t2点的速度,S(l、 Sl、s2为 tp t2点对应的插补距离,h为减速开始时间,ti为加速度达到最大值的时间,t2为加速 度最大值持续的结束时间,t 3为减速结束时间。
6. 根据权利要求1所述的一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,所述前瞻窗 口中存储的数据点的总距离值满足公式 2 v / j } ' c / max ^Tmx iims 5n*=j ry- Fc -- , otherwise V *^niax 的要求,并且最小; 其中,J_为机床允许的最大加加速度的最大值,Amax为机床允许的最大加速度的最大 值,F。为指令速度,Snin为回溯距离的最小值。
7. 根据权利要求1所述的一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,所述回溯过 程中加速度的表达式为: t〇 <t<t, acceleration= -X,,.,x> /, < t <t2 4mX + J腿 *('-'0),G 乞 t〈h F2 -V 2 当以时,?=c f ; 其中,J_为机床允许的最大加加速度的最大值,Amax为机床允许的最大加速度的最大 值,、为减速开始时间,&为加速度达到最大值的时间,&为加速度最大值持续的结束时 间,t3为减速结束时间,F。为指令速度,V min为插补过程中的最小速度,S为回溯距离。
8. 根据权利要求1所述的一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,所述回溯过 程中加加速度的表达式为: - UK+D VL+^*S-F:- 当 1^=1:2 时,九=(6 -)*(―?--Jas-)-; 其中,为机床允许的最大加速度的最大值,&为加速度达到最大值的时间,t2为加 速度最大值持续的结束时间,F。为指令速度,Vmin为插补过程中的最小速度,S为回溯距离。
9. 根据权利要求1所述的一种NURBS曲线高速前瞻插补方法,其特征在于,每完成一次 插补,按照格式{u,V,a, J,Sstep,Swh()1J将插补点的数据存储到前瞻窗口中,在每次插补结束 后调整前瞻窗口的大小,使前瞻窗口中存储的数据点的总距离值满足公式 f>' Δ 厂 A ((祖 I__£_\ J7 max ^ Q 2 vj A } ^ c J _ max '^inax msx Λ . = < >_ inm τ~, t F -- , otherwise [ 的要求,并且最小,然后继续进行前瞻,直到到达结束点; 其中,其中U表示当前插补点的参数值,V表示插补速读,a表示加速度,J表示加加速 度,Sstep存储当前插补周期内通过的小直线段的长度,S_=V*T,Swh&表示从第一个插补点 开始到当前点所经过的所有插补周期内小直线段长度之和,J max为机床允许的最大加加速 度的最大值,Amax为机床允许的最大加速度的最大值,F。为指令速度,S min为回溯距离的最小 值。
【文档编号】G05B19/41GK104238458SQ201310233967
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】林浒, 孙树杰, 郑飂默, 王品, 杜少华, 陈智殷 申请人:沈阳高精数控技术有限公司

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