[发明专利]一种连续小线段轨迹的动态自适应速度前瞻控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控技术领域，特别涉及一种适用于连续小线段轨迹的动态自适应速度前瞻控制方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，常用于汽车、航空航天和各种工业中的先进制造技术发展的竞争越来越激烈。这不仅对产品的质量提高的要求，而且对生产速度的要求也越来越高。高速高精生产已成为当下现代制造企业追求的重要目标。为了加工具有复杂曲线曲面的特殊零部件，如模具、汽车和航天航空零部件等，CAD/CAM软件往往通过大量小线段轨迹近似逼近加工轨迹轮廓以实现对其加工。若对这些离散非连续的小线段进行直接加工，容易造成电机频繁加减速，既影响电机的使用寿命，也存在加工速度和效率低等问题；另外，还容易形成划痕等严重影响表面加工质量的问题，对加工设备形成冲击同时影响刀具的使用寿命。

针对离散成大量首尾相接的小线段的加工，为了满足高速加工的时间尽可能短、进给速度尽可能高的特点，必须预先对这些离散的加工路径进行规划和预处理，要避免刀具干涉，遇到高曲率点或急转弯时还要采取减速处理，从而避免形成较大的轮廓误差和对机床产生较大的冲击。针对这些问题，国内外研究者开始研究基于前瞻控制的数控系统。前瞻控制是一种提前发现加工轨迹突变点并对进给速度实施控制的有效方法。对于在复杂轮廓工件加工过程，若在高速行进过程突遇高曲率点或拐角，为了保证加工精度和避免刀具急转弯，必须控制进给速度在允许范围以内。鉴于机床性能的限制，从较高速度减小至允许的范围需要一定的减速时间，这减速过程机床刀具要走过一定加工距离才能完成。因此，必须在高曲率点或拐角之前进行减速处理，即提前发现减速点，这就是数控系统前瞻控制的目的。目前，结合速度前瞻控制功能，针对上述问题常见的解决方案有以下两种：

(1)将大量小线段轨迹进行曲线拟合，然后利用参数插补算法进行插补运算。该方法可获得更好的表面质量和更高的加工进给速度。但存在计算复杂、运算量大、实时性难以保证等问题。

(2)采取直接插补法，但是必须根据相邻段拐角大小、轮廓误差、速度连续性等限制条件并结合相应的速度前瞻算法进行插补运算，以达到连续小线段的高速加工。该方法满足轮廓误差限制条件的同时可获得较好的表面加工质量；具有运算量小，计算简单的特点。

速度前瞻控制和插补技术是实现连续轨迹高速加工的两个关键技术，但是，在现有的速度前瞻控制方法在实行位移和速度推算过程使用连续时域的计算公式，而在插补过程中却采用离散时域的迭代计算公式，导致插补过程的实际可达速度与速度前瞻所得的允许最大速度不一致，造成衔接点过渡的速度曲线不连续。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种连续小线段轨迹的动态自适应速度前瞻控制方法，有效解决了现有速度前瞻控制和插补技术造成衔接点过渡的速度曲线不连续的技术问题。

本发明提供的技术方案包括：

一种连续小线段轨迹的动态自适应速度前瞻控制方法，包括：

S1根据轨迹几何和机床机械性能参数限制条件，计算衔接点最大速度，并确定速度前瞻的段数；

S2根据起始速度减速至0的减速距离、及未前瞻路径总和与当前线段位移长度之差判断是否进入减速区域；若不是，跳转至步骤S3；

S3比较起始速度与结束速度的大小；若起始速度大于结束速度，且都小于目标速度，则跳转至步骤S4；

S4根据起始速度减速至结束速度的减速距离、及当前线段位移长度判断是否满足减速距离约束条件；若是，跳转至步骤S7；否则跳转至步骤S5；

S5进一步判断起始速度减速至结束速度的减速距离是否小于当前线段位移长度，若是，跳转至步骤S7；否则跳转至步骤S6；

S6利用二分法查找当前段位移长度约束的最大起始速度，以此循环直到回溯到前瞻起点；

S7更新未前瞻路径总，并判断当前线段所在段是否小于前瞻段数，若是，跳转至步骤S2；否则，跳转至步骤S8；

S8结束速度前瞻控制。

进一步优选地，在步骤S2中，若根据起始速度减速至0的减速距离小于未前瞻路径总和与当前线段位移长度之差，则判定进入减速区域，并跳转至步骤S9；

S9根据结束速度减速至0的减速距离、及未前瞻路径总和与当前线段位移长度之差判断是否满足减速距离约束条件；若是，跳转至步骤S6；否则，跳转至步骤S10；

S10根据二分法查找并修正起始速度，并判断结束速度减速至起始速度的减速距离是否小于当前线段位移长度，若是，跳转至步骤S7；否则跳转至步骤S6。