[发明专利]高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法

权利要求书

1.一种高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法，其特征在于，包括：人机界面模块、程序解释模块、刀具补偿模块、粗插补模块、精插补模块，其中：人机界面模块将待加工零件的数控加工程序传递给程序解释模块，由程序解释模块对数控加工程序进行解释，提取加工路径信息，通过刀具补偿模块进行刀具补偿，得到刀具路径信息，将该路径信息传输到粗插补模块，在插补运算前将相邻线段的转接点附近采用过控制顶点三次B样条曲线进行曲线平滑过渡连接，生成曲率连续的平滑刀具路径，生成的过渡曲线与原始路径的最大偏差值小于或等于系统设定的最大误差值，再对生成曲率连续的平滑刀具路径进行速度规划和插补运算，最后将得到的插补数据输送到精插补模块，精插补模块经过数字积分插补运算，将处理后的数据输送到驱动器驱动数控机床的运动；

所述的粗插补模块包括：生成过渡曲线单元、速度规划单元和插补运算单元，根据刀具补偿模块传来的刀具路径信息，将相邻线段的转接点附近采用过控制顶点三次B样条曲线进行曲线平滑过渡连接，生成曲率连续的平滑刀具路径，速度规划单元采用S形加减速模型对生成曲率连续的平滑刀具路径进行速度规划，计算每个插补周期的进给速度，插补运算单元根据速度规划得到的进给速度计算每个插补周期的插补长度，并向参与运动的坐标轴进行分解，伺服轴得到每个插补周期的运动长度；

所述的生成过渡曲线单元包括：计算刀具路径中每相邻线段的长度和夹角、根据数控系统允许误差确定线段的转接长度、相邻线段转接线段采用过控制顶点三次B样条曲线进行曲线过渡，过控制顶点三次B样条曲线与线段连接点处的切线与线段方向一致，生成曲率连续的过渡曲线的平滑刀具路径与原始路径的最大偏差值小于数控系统的允许误差值。

2.根据权利要求1所述的高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法，其特征是，所述的人机交面模块包括：程序加工单元、轨迹仿真单元、实时监控单元、参数管理单元，其中：程序加工单元将选择的待加工零件的数控加工程序传送到程序解释模块中进行程序检查和程序翻译。

3.根据权利要求1所述的高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法，其特征是，所述的程序解释模块包括：程序检查单元和程序翻译单元，其中：程序检查单元对数控加工程序进行词法分析、语法分析和语义分析，检查数控加工程序是否存在错误，如果数控加工代码有误，则进行出错处理，否则，将数据输送到程序翻译单元；程序翻译单元从数控加工程序中提取运动轴的位置坐标信息和加工工艺参数信息。

4.根据权利要求1所述的高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法，其特征是，所述的刀具补偿模块包括：刀补路径计算单元和刀具路径转接单元，其中：刀路径迹计算单元采用矢量方法计算刀补路径，根据刀补路径方向矢量与半径矢量定义，分析并计算出两者之间的关系，确定刀具中心路径；刀具路径转接单元根据转接角的大小确定采用缩短型、伸长型或插入型进行刀具路径转接；刀具补偿模块采用C刀具功能刀具补偿方式进行刀具补偿，将数控程序所描述的加工轮廓信息转换为刀具路径信息。

5.根据权利要求1所述的高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法，其特征是，所述的精插补模块根据粗插补模块的插补运算单元得到的参与运动轴的每个插补周期的运动长度，采用数字积分法插补方法进行数据处理，将每个插补周期处理后的数据输送到参与运动轴的驱动器驱动数控机床的运动，从而完成数控加工任务。

6.根据权利要求1所述的高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法，其特征是，所述的速度规划单元是指生成曲率连续的过渡曲线的平滑刀具路径在转接约束速度条件下按照S形加减速模型规划每个插补周期刀具沿着平滑曲线运动的速度，转接约束条件包括过控制顶点三次B样条过渡曲线在插补时所允许的约束速度和机床动力学特性的最大进给约束速度。

7.根据权利要求1所述的高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法，其特征是，所述的插补运算单元是指根据速度规划单元得到各个插补周期的进给速度，并计算出每个插补周期运动的弧长，由过控制顶点三次B样条曲线求出每个插补周期的参数样条的坐标值，得到参与运动轴在每个插补周期的运动长度。