[发明专利]一种基于强化学习的多轴数控机床加工路径优化方法

权利要求书

1.一种基于强化学习的多轴数控机床加工路径优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)根据数控机床各轴之间的运动链，建立该数控机床各轴的转角行程与预设刀具路径中刀位点和刀具姿态之间的关系式；根据数控机床冗余轴的转角行程范围和所述关系式，计算获得在预设刀具路径中每个刀位点对应的冗余轴转角行程可行解范围；

(b)以加工路程和冗余轴的转角分别为横纵坐标轴建立平面坐标系，将步骤(a)获得的所述冗余轴转角行程可行解范围映射在所述平面坐标系中，以此在该平面坐标系中形成所述冗余轴转角行程的可行域，其中，横坐标上的点对应所述预设刀具路径中的刀位点，每个刀位点的纵坐标同时对应所述冗余轴转角行程可行解范围中的最大冗余轴转角行程和最小冗余轴转角行程；

(c)利用强化学习算法求解每个刀位点对应的最优冗余轴转角行程，使得所述数控机床平滑运动的同时完成预设刀具路径加工的时间最短，即在所述可行域内寻找一条穿过所述可行域的曲线，在保证该曲线平滑的同时使得该曲线穿过所述可行域的时间最短；

其中，所述在所述可行域内寻找一条穿过所述可行域的曲线的具体步骤为：

(c1)预设所述曲线上初始的四个刀位点，及该四个刀位点对应的冗余轴转角行程；

(c2)根据四个刀位点各自对应的冗余轴转角行程，利用所述关系式计算获得每个刀位点对应的数控机床其它轴的转角行程，以此获得四个刀位点对应的数控机床其他轴的转角行程；

(c3)利用步骤(c2)获得的四个刀位点对应的数控机床各轴的转角行程计算每个刀位点对应的运动速度，以此获得前四个刀位点各自对应的运动速度，并将四个刀位点的运动速度进行拟合，获得运动速度的预测模型；

(c4)利用所述预测模型计算获得所述下一个刀位点的运动速度，将该各轴的转角行程速度分别与预设进给速度阈值进行比较，当转角行程速度大于预设进给速度，降低所述运动速度，否则，增大运动速度，以此获得所述下一个刀位点的运动速度，并以此确定所述下一个刀位点的位置；

(c5)将步骤(c3)中获得的下一个时刻的刀位点与其前面的三个刀位点组成四个刀位点，重复步骤(c2)～(c4)，直至获得所述曲线上所有刀位点；

(d)根据步骤(c)获得的每个刀位点对应的最优冗余轴转角行程，利用所述关系式计算每个刀位点处数控机床其它各轴的转角行程，以此获得预设刀具路径中所有刀位点处数控机床各轴的转角行程，即最终所需的数控机床加工路径。

2.如权利要求1所述的一种基于强化学习的多轴数控机床加工路径优化方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述关系式采用下列表达式：

其中，C₁是刀位点处的冗余轴转角行程，X、Y、Z、B和C分别是数控机床的X、Y、Z、B和C轴的转角行程，x、y和z是刀具的刀位点三个方向的坐标值，L₁是数控机床刀具控制点相对于轴C在X方向的偏移，L₂是机床刀具控制点相对于轴C在Y方向的偏移，L_t是机床轴C1相对于机床原点在X方向的偏移，其他偏移未标注默认偏移量为0，i、j和k分别是刀具姿态在三个方向的投影分量。

3.如权利要求1所述的一种基于强化学习的多轴数控机床加工路径优化方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述根据数控机床冗余轴的转角行程范围和所述关系式，计算获得在预设刀具路径中每个刀位点对应的冗余轴转角行程可行解范围，具体包括如下步骤：

(a1)针对当前刀位点，根据数控机床冗余轴的转角行程范围给当前刀位点的冗余轴转角行程赋值；利用所述关系式计算该冗余轴转角行程对应的数控机床其它各轴的转角行程，调整所述冗余轴的转角行程的赋值，直至所述机床其它各轴的转角行程均在各自的行程范围内，以此获得当前刀位点对应的转角行程可行解范围；

(a2)重复步骤(a1)直至获得所有刀位点对应的转角行程可行解范围。

4.如权利要求1所述的一种基于强化学习的多轴数控机床加工路径优化方法，其特征在于，在步骤(c3)中，所述计算每个刀位点对应的运动速度：

其中，speed_i是第i个刀位点的速度，Axis_i是第i个刀位点的轴的转角行程，Δt是第i个刀位点与i-1刀位点之间的时间间隔，i是刀位点的数量。