CN101881952A - 适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，包括以下步骤：1)解析加工路径：滤除数控程序中不规则编程点，并推断出需要形状平滑度的部分；2)编程点参数化：通过编程点之间的距离对每个编程点进行参数化；3)选取特征编程点：通过编程点处的加工形状弯曲方向，将编程点划分为特征编程点和非特征编程点；4)计算特征编程点处切向量：通过构造插值曲线来计算特征编程点处的切向量；5)压缩程序段：将相邻特征编程点之间的程序段压缩成样条曲线的一段；6)控制加工误差：通过调整曲线段的形状来确保压缩成的样条曲线满足加工精度要求。本发明方法可避免程序段过渡处直线插补造成的工件表面凹凸不平，并且加工精度高、效率高。

Description

适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法

技术领域

本发明涉及一种数控加工技术，具体的说是一种适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法。

背景技术

自由曲线和曲面被广泛的应用于模具行腔、汽车覆盖、航空部件的设计中，然而自由曲线和曲面的数控加工一直是研究的难点。在自由曲线和曲面的数控加工中，CAM(computer-aided manufacturing，计算辅助制造)系统通常用一系列微小折线来指定被加工曲线和曲面，生成由大量微小程序段(直线段)组成的数控加工程序，并由数控装置进行加工处理。

当数控加工程序以近似于折线的方式来指定自由曲线时，在容差一定的条件下，由曲率半径较小的自由曲线组成的形状部分和由曲率半径较大的自由曲线组成的形状部分，其程序段长度有所不同。对于由曲率半径较小的自由曲线组成的形状部分，其程序段长度较短，程序段过渡处的直线插补会导致各个运动轴的加速度频繁跳转，从而引起机床的振动，并最终导致工件表面出现凹凸不平；而对于由曲率半径较大的自由曲线组成的形状部分，其程序段长度较长，程序段过渡处的直线插补会导致相邻程序段之间的折角十分明显，从而也会引起加工表面出现凹凸不平。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种可避免由于程序段过渡处直线插补所引起的加工表面凹凸不平的适应于数控装置的程序段平滑压缩方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法包括以下步骤：

1)解析加工路径：滤除数控程序中不规则编程点，并推断出需要形状平滑度的部分；

2)编程点参数化：通过编程点之间的距离对每个编程点进行参数化；

3)选取特征编程点：通过编程点处的加工形状弯曲方向，将编程点划分为特征编程点和非特征编程点，从而选取出特征编程点；

4)计算特征编程点处切向量：通过构造插值曲线来计算特征编程点处的切向量；

5)压缩程序段：将相邻特征编程点之间的程序段压缩成样条曲线的一段；

6)控制加工误差：通过调整曲线段的形状来确保压缩成的样条曲线满足加工精度要求。

所述解析加工路径包括以下步骤：

11)滤除不规则编程点P_i和P_i+1，增加一个以程序段P_iP_i+1中间位置为指令值的编程点P_j：

12)识别加工形状，将长度大于系统设定的微小路径判断长度的程序段确定的加工部分作为需要形状精度的部分，其余程序段共同确定的加工部分为需要形状平滑度的部分。

所述选取特征编程点包括以下步骤：

31)标记P_i为特征编程点，并计算向量

与向量之间的叉积，得到向量V_i+1；将k置为i+2；

32)若k＜j，计算向量与向量之间的叉积，得到向量V_k；若k＝j，标记P_k为特征编程点，并结束整个过程；

33)计算向量V_i+1与向量V_k之间的夹角α_i+1k，若α_ik＞90°，则标记编程点P_k为特征编程点；

34)若k＜j-1不成立，则标记编程点P_k+1为特征编程点，选取特征编程点过程结束；

若k＜j-1成立，用P_k替代P_i并将i值赋值成k值，转至步骤31)；

若α_i+1k≤90°，则标记编程点P_k为非特征编程点，并将k加1，转至步骤32)；

若k＜j不成立，则标记编程点P_k为特征编程点，选取特征编程点过程结束。

所述计算特征编程点处切向量，是根据连续五个编程点P_i-2、P_i-1、P_i、P_i+1和P_i+2的指令值以及对应的参数值u_i-2、u_i-1、u_i、u_i+1和u_i+2构造两条三次插值曲线Q_i-2(u)和Q_i-1(u)，并通过两条三次插值曲线在u_i处的一阶导矢Q′_i-2(u_i)和Q′_i-1(u_i)计算出编程点P_i处的切向量P′_i。

所述压缩程序段为根据特征编程点P_i和P_j的指令值、对应的参数值u_i和u_j以及计算出的切向量P′_i和P′_j，将特征编程点P_i和P_j之间的程序段压缩成曲线段S_i(u)。

所述控制加工误差包括以下步骤：

设编程点P_i和P_j为两相邻的特征编程点，曲线段S_i(u)为样条曲线S(u)在特征编程点P_i之间P_j的曲线段；

计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k；

判断上述距离L_k是否小于等于最大加工误差，若是，则将k加1；

判断k＜j是否成立，若否，则判断是否有k值记录；

如有k值记录，则从L_k中找出离曲线段S_i(u)最远的非特征编程点P_k。将非特征编程点P_k变为特征编程点，计算其切向量，并将特征编程点P_i与P_j之间的程序段以新特征编程点P_k为分界划分为两部分；

根据特征编程点P_i和P_k的指令值以及对应的参数值和切向量将将特征编程点P_i与P_k之间的程序段压缩成新曲线段S_i(u)；

判断新曲线段S_i(u)是否已经处理，如已经处理，则根据特征编程点P_k和P_j的指令值以及对应的参数值和切向量将它们压缩成曲线段S_k(u)；

判断曲线段S_k(u)是否已经处理，若已经处理，则结束控制加工误差过程；

如果曲线段S_k(u)没有处理，则用P_k替换P_i，并将i值赋值成k值，接续计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤；

如果新曲线段S_i(u)没有处理。则用P_k替换P_j，并将j值赋值成k值，接续计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤；

如果判断是否有k值记录的结果为否，则结束控制加工误差过程；

如果判断k＜j成立，则转至计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤；

如果判断上述距离L_k是否小于等于最大加工误差的结果为否，则记录k值及距离L_k后，接续将k值加1步骤。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.加工质量高。当数控装置采用本发明方法将一系列程序段指定的折线路径压缩成样条曲线后，便可通过曲率半径来钳制加工速度，从而可避免程序段过渡处直线插补造成的工件表面凹凸不平。

2.加工精度高。当数控装置采用本发明方法将一系列程序段指定的折线路径压缩成样条曲线后，便可减少折线逼近曲线的近似误差，从而可最大限度的提高加工精度。

3.加工效率高。当数控装置采用本发明方法将一系列程序段指定的折线路径压缩成样条曲线后，便可通过样条插补来充分利用机床的最大加减速能力，从而可最大限度的提高加工效率。

附图说明

图1为本发明方法程序流程图；

图2A为不规则编程点滤除图；

图2B为加工形状识别图(一)；

图2C为加工形状识别图(二)；

图3A为特征编程点选取图；

图3B为特征编程点选取流程图；

图4为特征编程点处切向量计算图；

图5为程序段压缩图；

图6为加工误差控制图；

图7为适用于本发明的数控装置；

图8A为未使用本发明方法的加工路径图；

图8B为使用本发明方法的加工路径图；

图9A为未使用本发明方法的工件加工表面；

图9B为使用本发明方法的工件加工表面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步详细说明。

如图7所示，应用本发明方法的数控装置基于PCI总线，由电源4供电，包括：TFT型显示器1、中央控制器2、机床操作面板3、总线通信卡5及接口电路6。其中，中央控制器2与显示器1、机床操作面板3通信，并通过PCI总线与总线通信卡5及接口电路6通信，程序段平滑压缩处理程序安装在中央控制器2的硬盘中。为了确保数控装置的控制性能与开放特性，本装置的软件平台采用具有实时扩展的通用操作系统RTAI。其中：

TFT型显示器1的尺寸为10.4″，采用640X480的显示方式，支持16位增强色；

中央控制器2采用标准工业级IPC板卡，CPU采用Intel的Pentium M，主频1.6GHz，内存512M，硬盘40G；

机床操作面板3是人机交互的界面，完成键盘编辑、显示信息和图形以及完成对机床操作等功能。机床操作面板3包括主键盘板、功能键盘板、钥匙开关和LCD指示灯、波段开关、急停开关、循环启动按钮以及循环停止按钮等。

电源4为数控系统提供+5V、+12V、-12V三种直流电源，具有高效率、高可靠性、低输出纹波与噪声的特点。电源4主要由工业用开关电源T-50B、电源控制板、电源输入板、电源EMI滤波器四部分组成。

总线通信卡5可以直接插在数控装置的PCI扩展槽上，数控装置自动为其分配内存地址和硬件中断号，并将其作为标准内存进行读写。用于实时、准确地向伺服系统发送位置、速度和状态等数据，并接受这些数据的反馈值。

接口电路6为标准电路，主要功能是提供隔离的64输入/48输出数字接口，起着数控装置与机床功能部件如：各种开关、指示灯以及继电器之间的信息传递作用。

如图1所示，本发明方法包括以下步骤：

1)解析加工路径：通过程序段长度和程序段之间的夹角滤除由CAM系统计算误差而形成的不规则编程点，并推断数控程序中需要形状平滑度的部分；

2)编程点参数化：对于需要形状平滑度的部分，通过编程点之间的距离对每个编程点进行参数化，使得每个编程点有与之对应的参数值；

3)选取特征编程点：通过编程点处的加工形状弯曲方向，将编程点划分为特征编程点和非特征编程点，从而选出特征编程点；

4)计算特征编程点处切向量：通过特征编程点以及它周围的四个编程点构造两条参数三次插值曲线，并根据这两条插值曲线来计算特征编程点处的切向量；

5)压缩程序段：根据相邻两个特征编程点的指令值以及对应的参数值和切向量，将特征编程点之间的程序段压缩成样条曲线的一段；

6)控制加工误差：检验非特征编程点到对应样条点(非特征编程处的参数值带入样条曲线计算出来的点)之间的距离是否满足加工精度要求，对于不满足加工精度要求的，通过调整压缩成的样条曲线形状来进行误差控制。

本发明方法中步骤1)解析加工路径具体过程如下：

在数控程序中，对于由CAM系统计算误差而形成的不规则程序段，通常具有程序段的长度小于数控系统最小步长的特点；对于诸如拐角那样需要精确度的形状部分，通常具有程序段长度长或者前进方向变化大的特点；对于曲率半径大而需要平滑度的形状部分，通常具有程序段长度短并且前进方向变化小的特点。因此，可以通过程序段的长度和相邻程序段之间的夹角对数控程序指定的加工路径进行解析。

11)滤除不规则编程点

如图2A所示，假定编程点P_i与P_i+1之间的距离小于系统设定的最小步长(本实施例为0.01mm)，此时判定编程点P_i和P_i+1为由CAM系统计算误差引起的不规则编程点。从数控加工程序中去除编程点P_i和P_i+1，同时增加一个以程序段P_iP_i+1中间位置为指令值的编程点P_j。

12)识别加工形状

如图2B所示，假定程序段P_i-2P_i-1、P_i-1P_i、P_iP_i+1、P_i+1P_i+2、P_i+2P_i+3、P_i+3P_i+4和P_i+4P_i+5之间的夹角都小于系统设定的最大转角(本实施例中为90°)，并且除程序段P_i+1P_i+2的长度大于系统设定的微小路径判断长度(本实施例中为1mm)，其余程序段的长度都小于等于系统设定的微小路径判断长度。此时，推断由程序段P_i+1P_i+2确定的加工部分为需要形状精度的部分，其余程序段共同确定的加工部分为需要形状平滑度的部分。

如图2C所示，假定程序段P_i-2P_i-1、P_i-1P_i、P_iP_i+1、P_i+1P_i+2、P_i+2P_i+3、P_i+3P_i+4以及P_i+4P_i+5的长度都比系统设定的微小路径短，并且除程序段P_iP_i+1与程序段P_i+1P_i+2之间的夹角θ_i+1和程序段P_i+1P_i+2与程序段P_i+2P_i+3之间的夹角θ_i+2大于系统设定的最大过渡转角(本实施例中为90°)，其余程序段之间的夹角都小于等于系统设定的最大过渡转角。此时，推断由程序段P_i+1P_i+2确定的加工部分为需要形状精度的部分，其余程序段共同确定的加工部分为需要形状平滑度的部分。

通过加工形状的识别，可推断出数控程序中需要形状精度的部分和需要形状平滑度的部分。对于需要形状精的部分，不进行程序段压缩处理；对于每一个需要形状平滑度的部分，可将这部分的程序段压缩成一条平滑样条曲线。例如，图2C中的程序段P_i-2P_i-1、P_i-1P_i和P_iP_i+1可以压缩成一条样条曲线，程序段P_i+2P_i+3、P_i+3P_i+4和P_i+4P_i+5可以压缩成另一条样条曲线。

本发明方法的步骤2)编程点参数化具体过程如下：

可将由n-1个程序段P₁P₂，P₂P₃...，P_n-1P_n组成的需要形状平滑度的部分压缩成一条样条曲线S(u)，其中u为参变量。但是，为唯一确定参数样条曲线S(u)，必须对这n个编程点进行参数化，使得每个编程点有与之对应的参数值。为使参变量u能如实的反映出编程点按程序段长度的分布情况，按如下公式进行参数化：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_1=0\\ u_i=\frac{\underset{j=2}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left|P_{j-1}P_j\right|}{\underset{j=2}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|P_{j-1}{P}_j\right|}(i=2,...,n)\end{array}---\left(1\right)\right.$

其中u_i为编程点P_i对应的参数值，|P_j-1P_j|为程序段P_j-1P_j的长度。

本发明方法的步骤3)选取特征编程点包括以下步骤：

对于每个需要形状平滑度的部分，如果多个程序段指定的加工形状沿同一个方向弯曲时，那么通过指定这段加工形状的始末两个编程点以及对应的参数值和切向量便可将这些程序段压缩成三次样条曲线的一段。因此，选出加工形状弯曲方向改变的编程点，并定义这样的编程点为特征编程点。

如图3A、3B所示，假定编程点P_i和P_j为需要形状平滑度部分的始末两点，通过下面的过程可以将选取出编程点P_i与P_j之间的特征编程点：

31)标记P_i为特征编程点，并计算向量

与向量

之间的叉积，得到向量V_i+1；将k置为i+2；

32)若k＜j，计算向量

与向量

之间的叉积，得到向量V_k；

33)计算向量V_i+1与向量V_k之间的夹角α_i+1k，若α_i+1k＞90°，则编程点P_i处的加工形状与编程点P_k处的加工形状沿不同方向弯曲，即P_k是加工形状的拐点，标记编程点P_k为特征编程点；

若k＜j-1不成立，则标记编程点P_k+1为特征编程点，选取特征编程点过程结束。

若k＜j-1成立，用P_k替代P_i并将i值赋值成k值，转至步骤31)。

若α_i+1k≤90°，说明编程点P_i处的加工形状与编程点P_k处的加工形状沿同一个方向弯曲，则标记编程点P_k为非特征编程点，并将k加1，转至步骤32)。

若k＜j不成立，则标记编程点P_k为特征编程点，选取特征编程点过程结束。

通过上述过程，可以选取出需要形状平滑度部分的特征编程点。对于相邻的两个特征编程点，可以将它们之间的程序段压缩成样条曲线的一段。

本发明方法中计算特征编程点处切向量具体过程如下：

由于数控加工程序是以近似于折线的方式来指定加工形状，并且在程序中不提供编程点处的切向量。因此，需要通过特征编程点以及它周围的四个编程点来计算特征编程点处的切向量。

如图4所示，经过特征编程点P_i和它周围的四个编程点P_i-2、P_i-1、P_i+1、P_i+2，以及对应的参数值u_i、u_i-2、u_i-1、u_i+1和u_i+2可以构造出过编程点P_i-2、P_i-1、P_i和P_i+1的参数三次插值曲线Q_i-2(u)以及过编程点P_i-1、P_i、P_i+1和P_i+2的参数三次插值曲线Q_i-1(u)。

Q_i-2(u)＝a_i-2u³+b_i-2u²+c_i-2u+d_i-2    (u∈[u_i-2，u_i+1])    (2)

Q_i-1(u)＝a_i-1u³+b_i-1u²+c_i-1u+d_i-1    (u∈[u_i-1，u_i+2])    (3)

其中u为插值曲线Q_i-2(u)和Q_i-1(u)的参变量，a_i-2、b_i-2、c_i-2、d_i-2和a_i-1、b_i-1、c_i-1、d_i-1分别为插值曲线Q_i-2(u)和Q_i-1(u)的系数向量，向量维数等于参与插补的轴数目。根据特征编程点和它周围的四个编程点的指令值以及对应的参数值便可确定出下面两个等式：

$\left[\begin{array}{cccc}{u}_{i-2}^3& u_{i-2}^2& u_{i-2}& 1\\ u_{i-1}^3& u_{i-1}^2& u_{i-1}& 1\\ u_i^3& u_i^2& u_i& 1\\ u_{i+1}^3& u_{i+1}^2& u_{i+1}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_{i-2}\\ b_{i-2}\\ c_{i-2}\\ d_{i-2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{P}_{i-2}\\ P_{i-1}\\ P_i\\ P_{i+1}\end{array}\right]---\left(4\right)$

$\left[\begin{array}{cccc}{u}_{i-1}^3& u_{i-1}^2& u_{i-1}& 1\\ u_i^3& u_i^2& u_i& 1\\ u_{i+1}^3& u_{i+1}^2& u_{i+1}& 1\\ u_{i+2}^3& u_{i+2}^2& u_{i+2}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{a}_{i-1}\\ b_{i-1}\\ c_{i-1}\\ d_{i-1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{P}_{i-1}\\ P_i\\ P_{i+1}\\ P_{i+2}\end{array}\right]---\left(5\right)$

将编程点P_i-2、P_i-1、P_i、P_i+1和P_i+2的指令值以及对应的参数值u_i-2、u_i-1、u_i、u_i+1和u_i+2分别带入等式(4)和(5)，便可计算出插值曲线Q_i-2(u)和Q_i-1(u)的系数a_i、b_i、c_i、d_i和a_i-1、b_i-1、c_i-1、d_i-1。插值曲线Q_i-2(u)和Q_i-1(u)在特征编程点P_i处的一阶导矢分别为：

$Q_{i-2}^{\′}\left(u_i\right)={3a}_{i-2}{u}_i^2+{2b}_{i-2}{u}_i+c_{i-2}---\left(6\right)$

$Q_{i-1}^{\′}\left(u_i\right)={3a}_{i-1}{u}_i^2+{2b}_{i-1}{u}_i+c_{i-1}---\left(7\right)$

为保证程序段压缩成的样条曲线形状更接近设计曲线，取特征编程点P_i处的切向量P′_i为插值曲线Q_i-2(u)和Q_i-1(u)在u_i处一阶导矢Q′_i-2(u_i)和Q′_i-1(u_i)的平均值。当前两个或最后两个编程点为特征编程点时，可通过下面公式进行处理：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_1^{\′}=Q_1^{\′}\left(u_1\right)\\ P_2^{\′}=\frac{1}{2}(Q_1^{\′}\left(u_2\right)+Q_2^{\′}\left(u_2\right))\\ P_{n-1}^{\′}=\frac{1}{2}(Q_{n-2}^{\′}\left(u_{n-1}\right)+Q_{n-3}^{\′}\left(u_{n-1}\right))\\ P_n^{\′}=Q_{n-3}^{\′}\left(u_n\right)\end{array}\right.---\left(8\right).$

本发明方法中步骤5)压缩程序段具体过程如下：

根据相邻特征编程点的指令值、对应的参数值以及切向量可将相邻特征编程点之间的程序段压缩成样条曲线的一段。如图5所示，假定两相邻特征编程点P_i与P_j之间程序段压缩成的曲线段S_i(u)可表示为：

S_i(u)＝A_iu³+B_iu²+C_iu+D_i    (u∈[u_i，u_j])    (9)

其中A_i、B_i、C_i和D_i为曲线段S_i(u)的系数向量，向量维数等于参与插补的轴数目。曲线段S_i(u)中有4个系数向量，因此需要4个边界条件来确定这些系数向量。为保证曲线段S_i(u)通过特征编程点P_i和P_j，这些条件是编程点P_i和P_j的指令值以及对应的切向量P′_i和P′_j。根据上述边界条件可以确定出下面等式：

$\left[\begin{array}{cccc}{u}_i^3& u_i^2& u_i& 1\\ 3u_i^2& {2u}_i& 1& 0\\ u_j^3& u_j^2& u_j& 1\\ 3u_j^2& {2u}_j& 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{A}_i\\ B_i\\ C_i\\ D_i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{P}_i\\ P_i^{\′}\\ P_j\\ P_j^{\′}\end{array}\right]---\left(10\right)$

将编程点P_i和P_j的指令值、参数值u_i和u_j以及切向量P′_i和P′_j带入公式(10)，便可计算出曲线段S_i(u)的系数向量A_i、B_i、C_i和D_i。

检测相邻特征编程点之间的非特征编程点到样条曲线之间的距离是否满足加工精度要求。对于不满足加工精度要求的，通过调整相邻特征编程点之间的样条曲线形状来进行误差控制。

本发明方法中步骤6)控制加工误差具体过程如下：

检测相邻特征编程点之间的非特征编程点到样条曲线之间的距离是否满足加工精度要求。对于不满足加工精度要求的，通过调整相邻特征编程点之间的样条曲线形状来进行误差控制。

如图6A、6B所示，假定编程点P_i和P_j为两相邻的特征编程点，曲线段S_i(u)为样条曲线S(u)在特征编程点P_i之间P_j的曲线段；

计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k；

判断上述距离L_k是否小于等于最大加工误差，若是，则将k加1；

判断k＜j是否成立，若否，则判断是否有k值记录；

如有k值记录，则从L_k中找出离曲线段S_i(u)最远的非特征编程点P_k。将非特征编程点P_k变为特征编程点，计算其切向量，并将特征编程点P_i与P_j之间的程序段以新特征编程点P_k为分界划分为两部分；

根据特征编程点P_i和P_k的指令值以及对应的参数值和切向量将特征编程点P_i与P_k之间的程序段压缩成新曲线段S_i(u)；

判断新曲线段S_i(u)是否已经处理，如已经处理，则根据特征编程点P_k和P_j的指令值以及对应的参数值和切向量将它们压缩成曲线段S_k(u)；

判断曲线段S_k(u)是否已经处理，若已经处理，则结束控制加工误差过程。

如果曲线段S_k(u)没有处理，则用P_k替换P_i并将i值赋值成k值，接续计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤；

如果新曲线段S_i(u)没有处理。则用P_k替换P_j并将j值赋值成k值，接续计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤；

如果判断是否有k值记录的结果为否，则结束控制加工误差过程；

如果判断k＜j成立，则转至计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤；

如果判断上述距离L_k是否小于等于最大加工误差的结果为否，则记录k值及距离L_k后，接续将k值加1步骤。

为了验证本发明方法的有效性，将本发明方法应用于数控装置的程序段预处理中，并对使用本发明方法的加工结果和未使用本发明方法的加工结果进行了如下比较：

(1)将使用本发明方法的加工路径与未使用本发明方法的加工路径进行了对比。

(2)将使用本发明方法的样件加工表面与未使用本发明方法的样件表面进行了对比。

通过图8A与图8B以及图9A与图9B之间的对比，可以得到如下结论：

(1)在未使用本发明方法时，由插补点构成的加工路径会在相邻路径段之间产生十分明显的折角，如图8A所示；当使用本发明方法时，不仅消除了相邻路径段之间的折角，而且使得插补点构成的加工路径更加平滑，如图8B所示。

(2)在未使用本发明方法时，工件加工表面会出现凹凸不平，如图9A所示；当使用本发明方法时，不仅消除了工件加工表面的凹凸不平，而且使得工件加工表面更加光滑，如图9B所示。

Claims (14)

1.一种适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1)解析加工路径：滤除数控程序中不规则编程点，并推断出需要形状平滑度的部分；

2)编程点参数化：通过编程点之间的距离对每个编程点进行参数化；

3)选取特征编程点：通过编程点处的加工形状弯曲方向，将编程点划分为特征编程点和非特征编程点，从而选取出特征编程点；

4)计算特征编程点处切向量：通过构造插值曲线来计算特征编程点处的切向量；

5)压缩程序段：将相邻特征编程点之间的程序段压缩成样条曲线的一段；

6)控制加工误差：通过调整曲线段的形状来确保压缩成的样条曲线满足加工精度要求。

2.按权利要求1所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于，所述解析加工路径包括以下步骤：

11)滤除不规则编程点P_i和P_i+1，增加一个以程序段P_iP_i+1中间位置为指令值的编程点P_j：

12)识别加工形状，将长度大于系统设定的微小路径判断长度的程序段确定的加工部分做为需要形状精度的部分，其余程序段共同确定的加工部分为需要形状平滑度的部分。

3.按权利要求1所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于，所述选取特征编程点包括以下步骤：

31)标记P_i为特征编程点，并计算向量

与向量

之间的叉积，得到向量V_i+1；将k置为i+2；

32)若k＜j，计算向量与向量之间的叉积，得到向量V_k；若k＝j，标记P_k为特征编程点，并结束整个过程；

33)计算向量V_i+1与向量V_k之间的夹角α_i+1k，若α_ik＞90°，则标记编程点P_k为特征编程点；

34)若k＜j-1不成立，则标记编程点P_k+1为特征编程点，选取特征编程点过程结束。

4.按权利要求3所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：若k＜j-1成立，用P_k替代P_i并将i值赋值成k值，转至步骤31)。

5.按权利要求3所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：

若α_i+1k≤90°，则标记编程点P_k为非特征编程点，并将k加1，转至步骤32)。

6.按权利要求3所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：若k＜j不成立，则标记编程点P_k为特征编程点，选取特征编程点过程结束。

7.按权利要求1所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于，所述计算特征编程点处切向量，是根据连续五个编程点P_i-2、P_i-1、P_i、P_i+1和P_i+2的指令值以及对应的参数值u_i-2、u_i-1、u_i、u_i+1和u_i+2构造两条三次插值曲线Q_i-2(u)和Q_i-1(u)，并通过两条三次插值曲线在u_i处的一阶导矢Q′_i-2(u_i)和Q′_i-1(u_i)计算出编程点P_i处的切向量P′_i。

8.按权利要求1所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于，所述压缩程序段为根据特征编程点P_i和P_j的指令值、对应的参数值u_i和u_j以及计算出的切向量P′_i和P′_j，将特征编程点P_i和P_j之间的程序段压缩成曲线段S_i(u)。

9.按权利要求1所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：所述控制加工误差包括以下步骤：

设编程点P_i和P_j为两相邻的特征编程点，曲线段S_i(u)为样条曲线S(u)在特征编程点P_i之间P_j的曲线段；

计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(uk)之间的距离L_k；

判断上述距离L_k是否小于等于最大加工误差，若是，则将k加1；

判断k＜j是否成立，若否，则判断是否有k值记录；

如有k值记录，则从L_k中找出离曲线段S_i(u)最远的非特征编程点P_k。将非特征编程点P_k变为特征编程点，计算其切向量，并将特征编程点P_i与P_j之间的程序段以新特征编程点P_k为分界划分为两部分；

根据特征编程点P_i和P_k的指令值以及对应的参数值和切向量将将特征编程点P_i与P_k之间的程序段压缩成新曲线段S_i(u)；

判断新曲线段S_i(u)是否已经处理，如已经处理，则根据特征编程点P_k和P_j的指令值以及对应的参数值和切向量将它们压缩成曲线段S_k(u)；

判断曲线段S_k(u)是否已经处理，若已经处理，则结束控制加工误差过程。

10.按权利要求9所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：

如果曲线段S_k(u)没有处理，则用P_k替换P_i，并将i值赋值成k值，接续计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤。

11.按权利要求9所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：

如果新曲线段S_i(u)没有处理。则用P_k替换P_j，并将j值赋值成k值，接续计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤。

12.按权利要求9所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：

如果判断是否有k值记录的结果为否，则结束控制加工误差过程。

13.按权利要求9所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：

如果判断k＜j成立，则转至计算特征编程点P_i与P_j之间的非特征编程点P_k(k从i+1开始)到曲线段S_i(u)上的点S_i(u_k)之间的距离L_k步骤。

14.按权利要求9所述的适用于数控装置的程序段平滑压缩处理方法，其特征在于：

如果判断上述距离L_k是否小于等于最大加工误差的结果为否，则记录k值及距离L_k后，接续将k值加1步骤。

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