[发明专利]适用于五轴数控装置的轨迹平滑处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂曲面的五轴数控加工技术具体说是一种适用于五轴数控装置的轨迹平滑处理方法，属于数控技术领域。

背景技术

五轴数控加工技术以其对复杂曲面零件的加工能力而成为现代数控发展的主流趋势。它对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等关系国家命脉的行业上，有着举足轻重的影响。在五轴数控加工中，由于加工工件复杂程度的不断提高，数控装置本身所具备的编程功能已无法简单满足加工的需要，现代数控装置需要在CAD/CAM系统辅助下共同完成加工。

CAD/CAM系统在生成编程指令点时，为了增大步距和避免连续的欠切点与过切点的出现，其生成的指令点通常会落在期望曲线的某个公差带范围内(如图3)。此时，如果依然按照传统的插补方式对指令点进行插补，就会导致插补后的曲线与期望曲线有较大的偏差，甚至超过公差带范围，无法满足复杂曲面的高速高精度加工要求。因此就需要在一定条件下恢复曲线轮廓，对五轴数控装置的指令点轨迹实施平滑处理。

五轴数控装置的轨迹平滑处理过程，涉及到直线轴和旋转轴的平滑问题。但是在平滑处理过程中，可以将对直线轴的平滑处理与旋转轴的平滑处理等同。因此，可以不区分直线轴和旋转轴，它们之间的区别仅仅在于量纲的不同。而在实际处理过程中，可以采用两种策略：一是将直线轴与旋转轴分别进行平滑处理，最后合成对整体的平滑处理效果；而另一种则是不区分直线轴和旋转轴的关系，将两者完全等同，看作五维空间相互正交的关系，整体进行平滑处理。前者虽然考虑到量纲的不同，但是忽略了直线轴与旋转轴之间的相互影响，尤其在只有一个直线轴和一个旋转轴变化时，无法进行平滑处理，并且在插补过程中，参变量不容易实现统一。相比之下，后者虽忽略量纲的影响，但从平滑处理的本质上对整体平滑效果并无影响。本发明基于后者。

发明内容

本发明的目的是解决现有五轴数控装置传统插补算法带来的缺陷，提出一种适用于五轴数控装置的轨迹平滑处理方法，以满足五轴数控装置的高速高精加工。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：适用于五轴数控装置的轨迹平滑处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：连续读取一段数控指令点序列，识别出满足平滑曲线插补条件的程序段；所述平滑曲线插补条件为程序段的长度介于最小程序段长度和最大程序段长度之间，程序段间夹角大于程序段间允许的最小夹角，弓高误差不大于容差；所述程序段由相邻的两个指令点构成；

步骤2：对满足平滑曲线插补条件的程序段，在相邻指令点间估计出内插点的位置作为第一次修正指令点；

步骤3：对第一次修正指令点进行参数化；

步骤4：利用最小二乘法对参数化的第一次修正指令点的各个坐标轴分量分别拟合成三次样条曲线，求出拟合曲线，利用拟合曲线对第一次修正指令点进行再修正，生成第二次修正指令点，求出该点处的一阶导数矢量和二阶导数矢量；

步骤5：对相邻的第二次修正指令点间的各坐标分量分别构造五次样条曲线，连接成一条完整的平滑曲线，在平滑曲线上进行曲线插补。

所述识别出满足平滑曲线插补条件的程序段的步骤为：连续读取一段数控指令点序列，判断程序段的长度是否短于最小程序段长度，如果程序段的长度不短于最小程序段长度，就判断程序段的长度是否长于最大线程序段长度，如果程序段的长度不长于最大线程序段长度，就判断程序段间的夹角是否小于程序段间允许的最小夹角，如果程序段间的夹角不小于程序段间允许的最小夹角，就判断程序段的弓高误差是否大于容差，如果程序段的弓高误差不大于容差，则该程序段满足平滑曲线插补条件。

如果程序段的长度短于最小程序段长度，则取该程序段的两个指令点的中点作为新的指令点，并滤除该程序段的两个指令点；如果程序段的长度长于最大程序段长度，或者程序段间夹角小于程序段间允许的最小夹角，或者程序段的弓高误差大于容差，则该程序段不满足平滑曲线插补条件。

所述最小程序段长度，最大程序段长度，最小夹角和弓高误差均为数控系统设定的阈值。

所述步骤3采用向心参数化方法，即