[发明专利]一种高维的轨迹插补方法

说明书

本发明公开了一种高维的轨迹插补方法，包括以下步骤：建立插补行程模型，通过建立插补行程模型预测插补轨迹，建立插补行程速度规划；在样条刀位轨迹生成的同时，同步建立刀位轨迹和映射参数之间的映射关系，把实时插补需要建模、迭代的计算提前到与刀位轨迹生成的同时进行；映射参数包括运动参数、几何特征参数和机床性能参数；将映射关系、生成样条刀具轨迹所具有的节点向量和控制点信息一并代入耦合成高维向量进行实时插补。本发明通过构建高维向量，在计算插补轨迹时无需进行反复的迭代等大量的计算，可以直接通过高维向量中映射因子与节点向量、控制点信息一并带入耦合进行实时插补，以提高实时插补的计算效率，降低计算量。

技术领域

本发明实施例涉及数控车床技术领域，具体涉及一种高维的轨迹插补方法。

背景技术

提高加工速度和质量是数控加工一直追求的目标。在进给速度不高时，传统的数控加工引起速度波动不大、插补的实时性要求也容易满足，使得对零件表面质量不会产生很大负面影响，比较容易控制，加工出的零件具有良好的表面质量。随着数控技术的不断发展，对高速高精的数控加工提出了新的要求：高速加工普遍使用的进给速度在10m/min、加速度在2g以上，在高速度的要求下，同一条刀位轨迹，插补弦长(跨度)变长，导致样条编程轨迹与插补弦长、规划速度与进给速度偏差变大，在曲率变化的轨迹上连续插补时，引起的速度波动也增大，当速度是数量级增加时，引起的速度波动是几何级变大。同时随着速度的提升，实时插补的要求也越来越高，特别是样条刀位轨迹，插补过程的实时计算成为一个挑战。

在现有技术中虽然有一系列的技术方案来解决上述问题，但是目前的技术仍然存在如下问题：

(1)插补轨迹与编程轨迹的不一致，导致速度规划与进给速度有较大偏差。插补轨迹由实时插补计算得到，无法对插补轨迹进行直接的速度规划，通常是在编程轨迹上进行速度规划，采用编程轨迹的速度规划是迫不得已的方法，在实际插补时，速度、降速点等运动参数判断很难与规划时一致，规划速度与进给速度有较大偏差，破坏速度的连续性；

(2)实时插补时，实时计算量复杂且计算量大，影响实时插补效率。不同于小线段的线性化的插补点计算，对于样条特别是NURBS曲线，首先要根据当前点的参数，通过建模、迭代、矩阵求逆等方法计算出下一个插补参数，然后根据对应的控制点和差分方程计算插补点，在强实时插补要求下，繁琐复杂计算难免会影响插补的实时性要求。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种高维的轨迹插补方法，以解决现有技术中在高速高精数控加工中由于繁琐复杂计算的而无法满足强实时插补要求下实时性的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种高维的轨迹插补方法，包括如下步骤：

步骤100、建立插补行程模型，通过建立插补行程模型预测插补轨迹，建立插补行程速度规划；

步骤200、获取映射参数，所述映射参数具体包括运动参数、几何特征参数和机床性能参数；在样条刀位轨迹生成的同时，同步建立刀位轨迹和映射参数之间的映射关系，把实时插补需要建模、迭代的计算提前到与刀位轨迹生成的同时进行；

步骤300、将映射关系、生成样条刀具轨迹所具有的节点向量和控制点信息一并代入耦合成高维向量进行实时插补。

作为本发明的一种优选方案，插补行程模型建立的具体步骤为：根据编程曲线和编程速度预估插补轨迹，同时根据编程轨迹中的编程速度，与插补轨迹的速度规划中的进给速度进行比较，计算偏离程度，以确定降速点的位置。

作为本发明的一种优选方案，建立插补行程速度规划的具体方法是：根据编程速度计算插补的弦长累计和，并通过插补行程预测对插补行程的速度进行规划。

作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，样条刀位轨迹节点向量和控制点的计算方法为：

在CAD中建立模型；