[发明专利]基于G2连续Bézier曲线的刀具轨迹压缩方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械数控加工技术领域，尤其是将数控加工代码中的线性刀具路径压缩为G2连续的Bézier曲线的方法，具体涉及基于G2连续Bézier曲线的刀具轨迹压缩方法。

背景技术

在复杂曲面的数控加工中，首先通过CAD/CAM系统，依据一定的近似误差，将待加工曲面转化为连续的直线段，再将相应的G01指令传输给CNC系统。这种基于众多连续小线段描述曲线轨迹的方式存在众多缺陷：(1)近似误差对线段数量影响大。若精度要求高，CAD/CAM系统必须用大量微小的直线段逼近加工路径，生成的NC文件比较庞大,增加了系统传输和处理数据的负担；(2)系统频繁加减速降低了加工效率，产生的振动和冲击也影响了加工质量；(3)轨迹切向不连续，不平滑的加工路径降低了表面质量。因此，传统的连续小线段插补模式不适用于高速高精的数控加工。

首先用参数曲线将连续微小路径段进行拟合，然后再插补运算的方法被证明是一种非常有效的方法。为了满足高速高精度的加工要求，由连续微小路径段重新生成的理想路径应该具备以下几个特征：约束逼近误差使其满足精度要求；切向和曲率连续；抑制刀路振荡；控制曲率轮廓线，数据压缩比高。

经对现有技术的文献检索发现了多种解决方法。一种方法是用过渡曲线衔接两相邻直线段（Q.Z.Bi,Y.Q.Jin,Y.H.Wan_g,L.M.Zhu,H.Din_g.An anal_ytical curvature-continuous Bézier transition algorithm for high-speed machining of a linear tool path[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,57(2012)55–65）。该方法增加了数据量，增加了系统负担。另一种方法是将一系列G01指令点拟合为一段光滑的NURBS（J.B.Wan_g,H.T.Yau.Real-time NURBS interpolator:application to short linear segments[J].The International Journal of Advanced Manufacturin_g Technolo_gy.41(2009)1169–1185）。但是NURBS存在一些不足：(1)递归算法的运算量大，难以满足系统对实时性的要求。(2)计算曲线弧长时采用的截断Ta_ylor级数在高速高曲率的情况下会产生较大误差。还有一种方法是将连续直线段转化为3阶Bézier曲线（H.T.Yau,J.B.Wan_g.Fast Bézier interpolator with real-time look ahead function for high-accuracy machining[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture.47(2007)1518–1529）。但这种方法压缩比低，且相邻曲线间斜率和曲率不连续。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于G2连续Bézier曲线的刀具轨迹压缩方法。本发明生成的加工路径G2连续；每段Bézier曲线内只有一个曲率极值点；数据压缩率高；整个方法无迭代，实时性好；估计出的误差和真实误差非常接近，可以有效控制拟合精度，可以应用于高速高精的数控加工中。

根据本发明提供的基于G2连续Bézier曲线的刀具轨迹压缩方法，包括如下步骤：

-连续小线段筛选步骤，通过所述连续小线段筛选步骤决定须要被压缩的区域；

-拟合步骤，通过所述拟合步骤将各个区域内的形值点拟合为3阶Bézier曲线；

-误差估计步骤，在所述拟合步骤执行的同时由所述误差估计步骤控制精度；

-过渡光顺步骤，通过所述过渡光顺步骤生成G2连续的光顺加工路径。

优选地，所述连续小线段筛选步骤，具体为：

以相邻线段之间的夹角和段长为判断依据，将能够被拟合为曲线的G01段定义为连续小线段，将不能被拟合进曲线的形值点定义为断点，断点充当Bézier曲线之间或曲线与直线段之间的连接点。

优选地，所述拟合步骤，具体为：