一種基于軸向精度的小線段過渡方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及數控技術領域的小線段加工技術，具體的說是一種基于軸向精度的小 線段過渡方法。
【背景技術】
[0002] 在復雜曲面的數控加工過程中，CAM系統(tǒng)首先將復雜曲面離散成簡單平面，并用小 線段覆蓋，產生的加工數據傳輸到CNC系統(tǒng)中。此時，如果按照傳統(tǒng)方式直接加工，頻繁的 加減速會降低加工表面的質量和加工效率。因此，對小線段所表示的加工路徑進行過渡處 理，對提高加工質量和效率至關重要。
[0003] 現有的處理方法主要分為以下幾種：一是直接過渡法，這種方法最簡單，但加工誤 差最大。二是單周期的圓弧過渡法，但在過渡點處加工速度會降低，而且輪廓精度難以保 證。三是基于矢量的曲線過渡，這種方法不適用于加工長度過短的小線段。四是樣條曲線過 渡法和樣條曲線擬合法。樣條曲線過渡法包括Ferguson曲線過渡法、NURBS曲線過渡法，樣 條曲線擬合法包括NURBS曲線等樣條曲線擬合。樣條曲線的擬合和插補過程中涉及到的計 算量較大，不適用于實時系統(tǒng)。而且上述算法在進行路徑規(guī)劃時，設置唯一的輪廓誤差值， 未考慮軸向輪廓誤差的要求，不能滿足特殊工件的加工要求。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現有常用方法各自的不足之處，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種能夠根 據保證加工件軸向精度的，又不會降低加工速度的基于軸向精度的小線段過渡方法。
[0005] 本發(fā)明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種基于軸向精度的小線段過渡方 法，包括以下步驟：
[0006] 根據數控系統(tǒng)設定的軸向誤差值和機床結構，動態(tài)確定不同方向上的最大輪廓誤 差；
[0007] 根據動態(tài)確定的最大輪廓誤差值，確定插補數據中非必需的點，將其標記為冗余 占 .
[0008] 建立圓弧過渡的數學模型，確定過渡圓弧相關參數的初始值；
[0009] 根據標記的冗余點，檢查并調整參數值。
[0010] 所述根據數控系統(tǒng)設定的軸向誤差值和機床結構，動態(tài)確定不同方向上的最大輪 廓誤差erromax，在三軸情況下為：
[0011] Cl)
[0012]
[0013] 在五軸情況下為：
[0014]
[0015]
[0016]
[0017] 其中，errox_max、erroy_ max、erroz_max為數控系統(tǒng)允許的x, y, z軸的軸向誤差最大值， erromax_x，erro^^，erromax_z為數控系統(tǒng)允許的X，y, z軸的軸向輪廓誤差。
[0018] 所述冗余點通過如下方法確定：
[0019] 匕到P "為待加工點，P ^ η < i彡m，為當前點，如果匕(n < j < i)到直線PR的 距離err〇j彡erro _，則Pj為冗余點。
[0020] 所述過渡圓弧相關參數的初始值為：
[0021]
(6)
[0022] 其中，夂\〇為系統(tǒng)在PW方向上所允許的最大輪廓誤差，Θ為表 示由確定的線段ΡΑ的長度，2表示由PnPn，PnP q確定的線段Ρ Α的長度，點Q i， Q2分別表示圓0與線段P P^Pq的切點。
[0023] 所述根據標記的冗余點，檢查并調整參數值，包括以下步驟：
[0024] 對PnPm間的冗余點進行檢查，從當前點P i(i = m-Ι)開始，直到點Ps為止，P s滿足 Z PAPA Z Q10P ^且幺Q10P A Z P i。按照第二部分的方法計算方向上允許的 最大誤差erroi^，如果公式（7)成立，則i減1，
[0025]
C7)
[0026] 否則，調整過渡圓弧半徑的大小，線段？1+1?1在i > m-1時可能會與線段？^"有交 線，故：
[0027] 如果i = m-1，做直線見'垂直于直線PnP"，垂足為Q/，與PJ)交點為0'，過渡 圓弧半徑如公式（8)所示，其中P表示ZPi ^"0，
[0028]
(8)
[0029] 如果η < i <m-l，做直線Pi 1 Qi"垂直于直線ΡΛ，垂足為A"，與PJ)交點為 0"，過渡圓弧半徑如公式（9)所示，其中p表示?表示線段PmQl"的長度，
[0030] r = ian(/9)L" gi- (9)
[0031] 按照上述方法對P^Pq間的冗余點進行檢查。
[0032] 繼續(xù)對線段PJV PqPt進行路徑規(guī)劃，直到結束。
[0033] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：
[0034] 1.提出的輪廓誤差計算方法和冗余點濾除方法，在保證加工質量的基礎上，可有 效地減少待加工路徑的數據量。
[0035] 2.基于軸向的圓弧軌跡規(guī)劃方法以及基于冗余點的圓弧參數調整方法，可以將加 工誤差控制在系統(tǒng)的限制范圍之內，在保證加工質量的基礎上提高加工效率。
【附圖說明】
[0036] 圖1是最大輪廓誤差確定方法不意圖；
[0037] 圖2是B、C雙轉臺的五軸機床結構簡圖；
[0038] 圖3是圓弧過渡的數學模型示意圖；
[0039] 圖4是濾除冗余點的示意圖；
[0040] 圖5是初始加工路徑與未濾除冗余點時的加工路徑對比圖；
[0041] 圖6是初始加工路徑與濾除冗余點后的加工路徑對比圖；
[0042] 圖7是未濾除冗余點時，各軸向上的加工誤差結果圖；
[0043] 圖8是濾除冗余點后，各軸向上的加工誤差值結果圖；
[0044] 圖9是二維平面內的待加工數據圖；
[0045] 圖10是三維平面內的待加工數據圖；
[0046] 圖11是加工圖9數據時，各軸向上的加工誤差值結果圖；
[0047] 圖12是加工圖10數據時，各軸向上的加工誤差值結果圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0049] 根據系統(tǒng)設定的軸向誤差值，動態(tài)確定不同方向上的最大輪廓誤差。圖1為最 大輪廓誤差確定方法的示意圖。假設系統(tǒng)允許的X，y，z軸的軸向誤差最大值為 err〇x_ _、erroy_max、erroz_ max，則由X，y, z軸軸向誤差決定的系統(tǒng)輪廓誤差為erromax_x，errc^u， erro__z，系統(tǒng)在OP方向上允許的輪廓誤差為erro_，如公式（1)所示。
[0050] (1)
[0051]
[0052] 在五軸數控系統(tǒng)的加工過程中，路徑過渡時所允許的輪廓誤差，不僅涉及x、y、z 軸，同時與旋轉軸密切相關。如圖2,以BC轉臺為例，加工路徑上的點（x、y、z)與實際加工 的點（X、Y、Z)有公式（2)所示的對應關系，其中 X〇、y0、zO表示機床坐標系原點在工件坐 標系中的位置，B、C表示旋轉軸的旋轉角度。
[0053]
[0054] (2)
[0055]
[0056] 工件表面X，y, z軸軸向誤差最大值為erromax_x，erromax_y，erro max_z，加過路徑過渡 時所允許的x，y，z軸軸向誤差最大值為errox_ max__，erroy_max_nOT，erro z_max_nOT。公式（2)對 X，Y，Z軸求偏導，如公