CN102945020A - 速度前瞻的方法及其数控装置、数控系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式公开了一种速度前瞻的方法，包括计算加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度；保存所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度的计算结果，完成预处理阶段；根据计算结果对各规划段进行前瞻处理。本发明实施方式还公开了一种数控装置、数控系统。通过上述方式，本发明能够保证数控机床加工的安全可靠性，提高加工效率和加工质量。

Description

速度前瞻的方法及其数控装置、数控系统

技术领域

本发明涉及数控系统领域，特别是涉及速度前瞻的方法及其数控装置、数控系统。

背景技术

数控系统（Numerical Control System）是数字控制系统的简称，是根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。

数控加工过程中，数控系统根据用户输入的加工代码进行加工。通常用户在加工代码中会指定一个速度作为目标速度，但一般并不指定各加工段终点的速度，即如果不采取某种措施来对各段末点速度进行计算的话，各段末点处速度控制策略一般为按照系统给定速度持续加工，或者每段段末降速到停止。如果保持一个较大的速度，可能导致无法在误差允许范围内过渡到下一个加工段，出现过冲等不利现象；如果在段末减速到停止后开始下一段的加工，这样能保证加工的安全，但效率低下，并且频繁的加减速会导致加工工件表面的不光滑，甚至会导致机床的共振，对加工质量产生严重不利影响。因此，在加工过程中引入前瞻功能，通过对后续加工段的预读完成加工路径上各段交点处速度的统一规划，实现进给速度的平滑过渡，减少速度急剧变化对机床的冲击，从而提高加工效率和加工质量。

参阅图1，图1是现有技术中一种速度前瞻方法的流程图。现有技术中进行速度前瞻的一种做法是：首先对当前待加工段进行判断，判断是否为速度敏感点，是否为速度敏感点的主要判断依据为相邻段间的拐角、后续段的长度、加速度限制等；如果判断为速度敏感点，则计算需要预读的段数，通过预读段的长度、速度来修正当前段的速度，完成速度的规划。

本申请发明人在长期研发中发现，上述实现方法虽然能够完成速度的统一规划，但是存在一定的不足，主要体现在以下三个方面：

（1）上述速度前瞻处理方法并不对所有点进行处理，而是需要先判断敏感点。这样虽然能一定程度上节省时间提高效率，但对敏感点界定上存在一定的主观性，有可能导致需要考虑的段未被考虑，因而不能保证其方法的可靠性。

（2）按照上述速度前瞻处理方法对敏感点进行校验，在对其中一段进行前瞻处理时需要计算后续N段（求解得出）一些数据，而这些数据在对后续段进行前瞻的过程中也可能会需要，并且前瞻过程处理的加工段数很多，因此造成大量的重复计算，影响总体效率。

（3）速度前瞻作为系统的重要模块，需要具备良好的可维护性和可扩展性。上述速度前瞻处理方法虽然给出了基本的实现方法，但缺乏一定的可维护性以及可扩展性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种速度前瞻的方法及其数控装置、数控系统实施方式，能够保证数控机床加工的安全可靠性，提高加工效率和加工质量。

为解决上述技术问题，本发明的一方面是：提供一种速度前瞻方法，包括：计算加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度；保存所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度的计算结果，完成预处理阶段；根据计算结果对各规划段进行前瞻处理。

其中，对各规划段进行前瞻处理的步骤包括：对各规划段的段末点i进行速度前向校验以及速度后向校验，其中，根据计算结果对各规划段的段末点i进行速度前向校验而调整段末点i的前向校验速度，根据计算结果以及前向校验速度对各规划段的段末点i进行速度后向校验而调整段末点i的后向校验速度；其中，段末点i为当前规划段的段末点。

其中，计算得到加工路径中所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度的步骤包括：计算各规划段的段长ρ_i；计算各规划段的最大加工速度V_bmax，具体的计算公式如下：其中，ρ_i为段长，a_c为最大向心加速度；计算各规划段的进给速度V_u，具体的计算公式如下：

其中，T为插补周期，ρ_i为段长，δ为弓高误差；计算各规划段的最大转角速度V_b，具体的计算公式如下：

其中，T为插补周期，a_max为合成加速度，α_i为各相邻规划段的夹角；根据最大加工速度V_bmax、进给速度V_u、最大转角速度V_b以及系统最大进给速度V_max计算各规划段的段末点的最大预估速度V_imax，具体的计算公式如下：V_imax=min(4,V_bmax,V_u,V_b,V_max)，其中，V_max为系统最大进给速度。

其中，对各规划段的段末点i进行速度前向校验的步骤包括：判断第i-1个规划段的段末点i-1的后向校验速度V_i-1是否小于第i个规划段的段末点i的最大预估速度V_imax，若是则判断能否在段长ρ_i距离内由已校验速度V_i-1加速至最大预估速度V_imax，若后向校验速度V_i-1能加速至最大预估速度V_imax则调整第i个规划段的段末点i的前向校验速度V_in至V_imax，否则调整第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。

其中，对各规划段的段末点i进行速度后向校验的步骤包括：计算由第i个规划段的前向校验速度V_in减速到0所需的最少长度D_i；从第i个规划段的段末点i开始，计算所有处于最少长度D_i距离内的后续规划段的段末点的数量m；判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max，若是则判断能否在第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max，若前向校验速度V_in能减速至最大预估速度V_(i+1)max则继续判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+2个规划段的最大预估速度V_(i+2)max，否则调整第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值，如此类推，直到判断至前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max，完成对第i个规划段的后向速度校验；在完成第i个规划段的速度后向校验过程后，调整第i个规划段的段末点i的后向校验速度V_i至第i个规划段的前向校验速度V_in。

为解决上述技术问题，本发明的另一方面是：提供一种速度前瞻的方法，包括：获得加工路径中当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据，同一加工路径中其余相关规划段数据中的至少一部分规划段的数据为前面规划段进行前瞻处理时使用过；根据当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据进行当前规划段的前瞻处理。

为解决上述技术问题，本发明的又一方面是：提供一种数控装置，包括：预处理模块，用于计算加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度；存储模块，用于保存预处理模块计算得到的所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度的计算结果；前瞻处理模块，用于从存储模块调用计算结果对各规划段进行前瞻处理。

其中，前瞻处理模块包括：速度前向校验单元，用于在预处理模块得出计算结果后，从存储模块调用计算结果对各规划段的段末点i进行速度前向校验而调整段末点i的前向校验速度；速度后向校验单元，用于在速度前向校验单元对各规划段的段末点i进行速度前向校验后，根据前向校验速度对各规划段的段末点i进行速度后向校验而调整段末点i的后向校验速度。

其中，预处理模块包括：第一计算单元，用于计算各规划段的段长ρ_i；第二计算单元，用于计算各规划段的最大加工速度，具体的计算公式如下：

其中，ρ_i为段长，a_c为最大向心加速度；第三计算单元，用于计算各规划段的进给速度V_u，具体的计算公式如下：

其中，T为插补周期，ρ_i为段长，δ为弓高误差；第四计算单元，用于计算各规划段的最大转角速度V_b，具体的计算公式如下：

其中，T为插补周期，a_max为合成加速度，α_i为各相邻规划段的夹角；第五计算单元，用于根据最大加工速度V_bmax、进给速度V_u、最大转角速度V_b以及系统最大进给速度V_max计算最大预估速度V_imax，具体的计算公式如下：V_imax=min(4,V_bmax,V_u,V_b,V_max)，其中，V_max为系统最大进给速度。

其中，速度前向校验单元包括：第一判断电路，用于判断第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1是否小于第i个规划段的最大预估速度V_imax；第二判断电路，用于在第一判断电路的判断结果为第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1小于第i个规划段的最大预估速度V_imax时，判断能否在段长ρ_i距离内由后向校验速度V_i-1加速至最大预估速度V_imax；第一调整电路，用于在第二判断电路的判断结果为后向校验速度V_i-1能加速至最大预估速度V_imax时，调整第i个规划段的前向校验速度V_in至V_imax，否则调整第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。

其中，速度后向校验单元包括：第一计算电路，用于计算由前向校验速度V_in减速到0所需的最少长度D_i；第二计算电路，用于从第i个规划段的段末点i开始，计算所有处于最少长度D_i距离内的后续规划段的段末点的数量m；第三判断电路，用于判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max；第四判断电路，用于在第三判断电路的判断结果为第i个规划段的前向校验速度V_in大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，判断能否在第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max；第二调整电路，用于在第四判断电路的判断结果为第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内不能由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，调整第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。

其中，第三判断电路还用于在第四判断电路的判断结果为第i+1个规划段的段长距离内能由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，继续判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+2个规划段的最大预估速度V_(i+2)max，如此类推，直到判断至前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max；第二调整电路还用于在第三判断电路判断前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max后，调整第i个规划段的后向校验速度V_i至前向校验速度V_in。

为解决上述技术问题，本发明的再一方面是：提供一种数控系统，包括：伺服驱动装置、机床以及如上述任一实施方式所述的数控装置；其中，数控装置产生加工速度控制信号，伺服驱动装置接收加工速度控制信号而驱动机床进行加工。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式通过计算得到加工路径中所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度并保存上述计算结果，避免了进行前瞻处理时所需数据的重复计算；进一步根据计算结果对各规划段进行前瞻处理；其中，前瞻处理分为速度前向校验以及速度后向校验，速度前向校验过程通过前一个已校验点的速度和当前规划段的计算结果，使当前规划段的速度对于前一个规划段是可到达的；速度后向校验进一步根据速度前向校验得出的前向校验速度校验在其减速到0所包含的各规划段都是可到达的，通过速度前、后向校验能使加工速度保持一个平稳的状态，能够保证数控机床加工的安全可靠性，提高加工效率和加工质量。

附图说明

图1是现有技术中一种速度前瞻方法的流程图；

图2是本发明速度前瞻方法一实施方式的流程图；

图3是本发明速度前瞻方法另一实施方式的流程图；

图4是本发明速度前瞻方法另一实施方式的计算得到加工路径中所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度的流程图；

图5是本发明速度前瞻方法另一实施方式的根据计算结果对各规划段进行速度前向校验的流程图；

图6是本发明速度前瞻方法另一实施方式的根据前向校验速度对各规划段进行速度后向校验的流程图；

图7是本发明数控装置一实施方式的原理框图；

图8是本发明数控装置一实施方式中预处理模块的原理框图；

图9是本发明数控装置一实施方式中速度前向校验单元的原理框图；

图10是本发明数控装置一实施方式中速度后向校验单元的原理框图；

图11是本发明数控系统一实施方式的原理框图。

具体实施方式

请参阅图2，本发明速度前瞻方法一实施方式包括：

步骤S101：计算加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度；

数控系统计算数控加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度。其中，最大预估速度是在速度前瞻的预处理阶段，通过系统自身因素和规划段特性估算出的相邻段转接处的最大速度。

步骤S102：保存段长以及最大预估速度的计算结果；

数控系统保存所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度的计算结果，完成速度前瞻的预处理阶段。上述计算结果可以保存在一个速度前瞻的缓冲区中，也可保存在光盘等数据存储盘中，此处不作过多限制。

步骤S103：根据计算结果对各规划段进行前瞻处理。

数控系统进一步根据上述预处理阶段计算得到的计算结果对加工路径中各规划段进行前瞻处理，以规划各段的加工速度。

可以理解，本发明实施方式通过计算得到加工路径中所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度并保存上述计算结果，避免了进行前瞻处理时所需数据的重复计算，进一步根据计算结果对各规划段进行前瞻处理，使当前规划段的速度对于前一个规划段是可到达的同时使在其速度减速到0所包含的各规划段都是可到达的，使加工速度保持一个平稳的状态，能够保证数控机床加工的安全可靠性，提高加工效率和加工质量。

请参阅图3，本发明速度前瞻方法另一实施方式包括：

步骤S201：计算加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度；

数控系统计算数控加工路径中所有规划段的段长以与段长相对应的段末点的最大预估速度。

步骤S202：保存段长以及最大预估速度的计算结果；

数控系统保存所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度的计算结果，完成速度前瞻的预处理阶段。

步骤S203：根据计算结果对各规划段进行速度前向校验；

对各规划段进行前瞻处理的步骤具体包括：对各规划段的段末点i进行速度前向校验以及速度后向校验。根据步骤S202保存的计算结果对各规划段的段末点i进行速度前向校验而调整段末点i的前向校验速度。其中，所述段末点i为当前规划段的段末点，比如速度前瞻方法中的速度前向校验进行到加工路径上的第5个规划段时，此时第5个规划段的段末点5即为上述的当前规划段的段末点5。数控系统根据保存的计算结果以及上一个规划段的后向校验速度对当前规划段进行速度前向校验，调整各规划段的段末点i的前向校验速度。数控系统对各规划段的段末点i的前向校验速度与后向校验速度赋予一个初始值，初始值可为空值或其他数值。

步骤S204：根据前向校验速度对各规划段进行速度后向校验。

数控系统进一步根据步骤S203中速度前向校验过程得出的已校验的前向校验速度以及后续相关规划段的段长、最大预估速度的计算结果，对当前规划段的段末点i进行速度后向校验，完成前瞻处理阶段。

请参阅图4，本发明速度前瞻方法另一实施方式的计算得到加工路径中所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度的步骤包括：

步骤S2011：计算各规划段的段长；

数控系统计算加工路径中各规划段的段长ρ_i。段长ρ_i主要包括线段、圆弧、渐开线以及螺旋线等不同形式。

步骤S2012：计算各规划段的最大加工速度；

数控系统计算各规划段的最大加工速度V_bmax，具体的计算公式如下：

$V_{b\max }\≤\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_i\·a_c},$

其中，ρ_i为所述段长，a_c为最大向心加速度。

步骤S2013：计算各规划段的进给速度；

数控系统计算各规划段的进给速度V_u，具体的计算公式如下：

$V_u\≤\frac{2}{T}\sqrt{{{\mathrm{\ρ}}_i}^2-{({\mathrm{\ρ}}_i-\mathrm{\δ})}^2}$

其中，T为插补周期，ρ_i为段长，δ为弓高误差。弓高误差是在加工圆弧等非直线段时，采用线段来近似圆弧，近似线段和逼近圆弧之间的最大的误差值。

步骤S2014：计算各规划段的最大转角速度；

数控系统计算各规划段的最大转角速度V_b，具体的计算公式如下：

$V_b\≤\frac{T\·a_{\max }}{2\sin ({\mathrm{\α}}_i/2)}$

其中，T为插补周期，a_max为合成加速度，α_i为各相邻规划段的夹角。

步骤S2015：计算各规划段的最大预估速度。

根据上述最大加工速度V_bmax、进给速度V_u、最大转角速度V_b以及系统最大进给速度V_max，以计算各规划段的段末点i的最大预估速度V_imax，具体的计算公式如下：

V_imax=min(4,V_bmax,V_u,V_b,V_max)

其中，V_max为系统最大进给速度。完成速度前瞻的预处理过程。上述公式表示在V_bmax、V_u、V_b、V_imax4个值中取最小的值，即可得到V_imax。

请参阅图5，本发明速度前瞻方法另一实施方式根据计算结果对各规划段进行速度前向校验的步骤包括：

步骤S2031：判断第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1是否小于第i个规划段的最大预估速度V_imax；

数控系统判断第i-1个规划段的段末点i-1的后向校验速度V_i-1是否小于第i个规划段的段末点i的最大预估速度V_imax。其中，后向校验速度V_i-1为第i-1个规划段进行过前瞻处理过程的已校验后的后向校验速度。加工刚开始时，加工路径中起点的速度为0，即当进行第1个规划段的段末点1的速度前向校验时，后向校验速度V₀=0。

步骤S2032：判断第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1能否加速至第i个规划段的最大预估速度V_imax；

若步骤S2031中判断结果为第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1小于第i个规划段的最大预估速度V_imax，则继续判断能否在上述段长ρ_i距离内由已校验速度V_i-1加速至最大预估速度V_imax。值得注意的是，当步骤S2031中判断结果为第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1大于第i个规划段的最大预估速度V_imax时，则结束对第i个规划段的速度前向校验过程，进入对第i个规划段的速度后向校验过程。

步骤S2033：调整第i个规划段的前向校验速度V_in。

若步骤S2032中判断结果为后向校验速度V_i-1能加速至最大预估速度V_imax，则调整第i个规划段的段末点i的前向校验速度V_in的速度值至V_imax的速度值；否则调整第i个规划段的前向校验速度V_in的速度值至系统可承受的速度值。其中，第i个规划段处系统可承受的速度值为根据第i+1个规划段的段长ρ_i+1、最大预估速度V_(i+1)max以及合成加速度a_max计算所得。完成对第i个规划段前瞻处理的速度前向校验过程。

请参阅图6，本发明速度前瞻方法另一实施方式中根据前向校验速度对各规划段进行速度后向校验的步骤包括：

步骤S2041：计算由第i个规划段的前向校验速度V_in减速到0所需的最少长度D_i；

数控系统计算由第i个规划段的前向校验速度V_in减速到0所需的最少长度D_i。进一步计算从第i个规划段的段末点i开始，计算所有处于最少长度D_i距离内的后续规划段的段末点的数量m；

步骤S2042：判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max；

数控系统判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max。

步骤S2043：调整第i个规划段的后向校验速度V_i。

若步骤S2042中判断结果为第i个规划段的前向校验速度V_in大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max，则继续判断能否在第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max。若前向校验速度V_in能减速至最大预估速度V_(i+1)max，则按照步骤S2042的方法继续判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+2个规划段的最大预估速度V_(i+2)max；否则调整第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。如此类推，直到判断至前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max，完成对第i个规划段的后向速度校验。此处的系统可承受的速度值与上述系统可承受的速度值计算原理相同。

当步骤S2042中判断结果为第i个规划段的前向校验速度V_in小于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max，则继续判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+2个规划段的最大预估速度V_(i+2)max。在完成第i个规划段的速度后向校验过程后，调整第i个规划段的段末点i的后向校验速度V_i至第i个规划段的前向校验速度V_in。

下面例举一具体情况对上述实施方式进行说明：当数控系统完成对加工路径上所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度计算之后，即完成速度前瞻方法的预处理阶段，然后对各规划段进行速度的前、后向校验。当进行到对加工路径上第5个规划段的速度前向校验时，此时的第5个规划段即为当前规划段，数控系统首先判断上一个规划段即第4个规划段的后向校验速度V₄是否小于第5个规划段的最大预估速度V_5max，当V₄>V_5max时，则结束对第5个规划段的速度前向校验过程；当V₄<V_5max时，继续判断在第5个规划段的段长ρ₅内由V₄加速到V_5max，当V₄能加速到V_5max时，调整第5个规划段的前向校验速度V_5n至V_5max，否则调整至系统可承受的速度值。

完成对第5个规划段的速度前向校验过程，进入对第5个规划段的速度后向校验过程。数控系统首先计算由V_5n减速到0所需的最少长度D₅，进一步计算从第5个规划端的段末点5开始，计算所有处于D₅距离内的后续规划段的段末点的数量（假设数量为4）。判断第5个规划段的前向校验速度V_5n是否大于第6个规划段的最大预估速度V_6max；当V_5n>V_6max时，继续判断能否在第6个规划段的段长ρ₆距离内由V_5n减速至V_6max，当V_5n能减速至V_6max时，则继续判断V_5n是否大于第7个规划段的最大预估速度V_7max，否则降低第5个规划段的前向校验速度V_5n至系统可承受的速度值。如此类推，直到判断至是否大于第9个规划段的最大预估速度V_9max，完成对第5个规划段的后向速度校验，调整第5个规划段的段末点5的后向校验速度V₅至此时的第5个规划段的前向校验速度V_5n。其中，当第5个规划段的前向校验速度V_5n小于第6个规划段的最大预估速度V_6max时，则继续判断第5个规划段的前向校验速度V_5n是否大于第7个规划段的最大预估速度V_7max。

可以理解，本发明实施方式通过计算得到加工路径中所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度并保存上述计算结果，进一步根据计算结果对各规划段进行前瞻处理；其中，前瞻处理分为速度前向校验以及速度后向校验，速度前向校验过程通过前一个已校验点的速度和当前规划段的计算结果，使当前规划段的速度对于前一个规划段是可到达的；速度后向校验进一步根据速度前向校验得出的前向校验速度校验在其减速到0所包含的各规划段都是可到达的，通过速度前、后向校验能使加工速度保持一个平稳的状态，能够保证数控机床加工的安全可靠性，提高加工效率和加工质量。

本发明实施方式进一步公开了一种速度前瞻的方法，包括：获得加工路径中当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据；其中，同一加工路径中其余相关规划段数据中的至少一部分规划段的数据为前面规划段进行前瞻处理时使用过；根据当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据进行当前规划段的前瞻处理。

其中，获得规划段的数据即上述实施方式中的预处理阶段，前瞻处理包括速度前向校验以及速度后向校验。本发明实施方式不仅包括了上述实施方式的速度前瞻方法，即在完成加工路径上所有规划段的预处理阶段后，再进行各个规划段的前瞻处理过程。本发明实施方式还包括了预处理阶段与前瞻处理两个阶段同时进行的速度前瞻方法。在获得加工路径中当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据的时候，即进行预处理的时候，数控系统同时进行对当前规划段的前瞻处理。例如，当数控系统对第8个规划段进行预处理，得到第8个规划段的段长以及段末点的最大预估速度的计算结果，获得计算结果的同时根据计算结果对第8个规划段进行速度前向校验。数控系统继续对第8个规划段的后续相关规划段进行预处理，当计算得到对第8个规划段进行速度后向校验所需的相关数据后，数控系统继续对第8个规划段进行速度后向校验。

可以理解，本发明实施方式通过获得加工路径中当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据，避免了进行前瞻处理时所需数据的重复计算；根据当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据进行当前规划段的前瞻处理来调整当前规划段的加工速度，使加工速度保持一个平稳的状态，能够保证数控机床加工的安全可靠性，提高加工效率和加工质量。

请参阅图7，本发明数控装置一实施方式包括：

预处理模块301，用于计算加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度。

存储模块302，用于保存预处理模块301计算得到的所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度的计算结果。存储模块302可为前瞻缓冲区。

前瞻处理模块303，用于从存储模块302中调用段长以及最大预估速度的计算结果对各规划段进行前瞻处理。前瞻处理模块303具体包括速度前向校验单元304以及速度后向校验单元305。

速度前向校验单元304，用于在预处理模块301计算得出各规划段的计算结果后，从存储模块302中调用计算结果对各规划段的段末点i进行速度前向校验，进而调整各规划段的段末点i的前向校验速度。

速度后向校验单元305，用于在速度前向校验单元304对各规划段的段末点i进行速度前向校验过程后，根据已校验后的前向校验速度以及相关计算结果对各规划段的段末点i进行速度后向校验，进而调整各规划段的段末点i的后向校验速度。

请参阅图8，本发明数控装置一实施方式的预处理模块301包括：

第一计算单元3011，用于计算加工路径中各规划段的段长ρ_i；

第二计算单元3012，用于根据第一计算单元3011计算得出的段长ρ_i，计算各规划段的最大加工速度，具体的计算公式如下：

$V_{b\max }=\sqrt{{\mathrm{\&rho;}}_i\&CenterDot;a_c},$

其中，ρ_i为段长，a_c为最大向心加速度。

第三计算单元3013，用于根据第一计算单元3011计算得出的段长ρ_i以及插补周期、弓高误差计算各规划段的进给速度V_u，具体的计算公式如下：

$V_u=\frac{2}{T}\sqrt{{{\mathrm{\&rho;}}_i}^2-{({\mathrm{\&rho;}}_i-\mathrm{\&delta;})}^2}$

其中，T为插补周期，ρ_i为所述段长，δ为弓高误差。

第四计算单元3014，用于根据插补周期、合成加速度以及各相邻规划段的夹角计算各规划段的最大转角速度V_b，具体的计算公式如下：

$V_b=\frac{T\&CenterDot;a_{\max }}{2\sin ({\mathrm{\&alpha;}}_i/2)}$

其中，T为所述插补周期，a_max为合成加速度，α_i为各相邻规划段的夹角。

第五计算单元3015，用于根据第二计算单元3012计算得出的最大加工速度V_bmax、第三计算单元3013计算得出的进给速度V_u、第四计算单元3014计算得出的最大转角速度V_b以及系统最大进给速度V_max，计算最大预估速度V_imax，具体的计算公式如下：

V_imax=min(4,V_bmax,V_u,V_b,V_max)

其中，V_max为系统最大进给速度。

请参阅图9，本发明数控装置一实施方式的速度前向校验单元304包括：

第一判断电路3041，用于判断第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1是否小于第i个规划段的最大预估速度V_imax。

第二判断电路3042，用于在第一判断电路3041的判断结果为第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1小于第i个规划段的最大预估速度V_imax时，判断能否在段长ρ_i距离内由后向校验速度V_i-1加速至最大预估速度V_imax。

第一调整电路3043，用于在第二判断电路3042的判断结果为后向校验速度V_i-1能加速至最大预估速度V_imax时，调整第i个规划段的前向校验速度V_in至V_imax，否则调整第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。

请参阅图10，本发明数控装置一实施方式的速度后向校验单元305包括：

第一计算电路3051，用于在第一调整电路3043调整第i个规划段的前向校验速度V_in后，计算由前向校验速度V_in减速到0所需的最少长度D_i。

第二计算电路3052，用于在第一计算电路3051计算得出最少长度D_i后，从第i个规划段的段末点i开始，计算所有处于最少长度D_i距离内的后续规划段段末点的数量m。

第三判断电路3053，用于判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max。

第四判断电路3054，用于在第三判断电路3053的判断结果为第i个规划段的前向校验速度V_in大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，判断能否在第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max。

第二调整电路3055，用于在第四判断电路3054的判断结果为在第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内不能由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，调整第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。

此外，第三判断电路3053还用于第四判断电路3054的判断结果为在第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内能由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，继续判断第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+2个规划段的最大预估速度V_(i+2)max，如此类推，直到判断至前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max；其中，m为上述第二计算电路3052计算得出。第二调整电路3055还用于在第三判断电路3053判断前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max后，调整第i个规划段的后向校验速度V_i至前向校验速度V_in。

结合图7，区别于现有技术，本发明实施方式通过预处理模块301计算得到加工路径中所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度，存储模块302保存上述计算结果，速度前向校验单元304根据计算结果对各规划段进行速度前向校验，调整各规划段的前向校验速度，速度后向校验单元305根据上述前向校验速度以及相关计算结果对各规划段进行速度后向校验来规划各段的加工速度；速度前向校验单元304通过前一个已校验点的速度和当前规划段的计算结果，使当前规划段的速度对于前一个规划段是可到达的；速度后向校验单元305进一步根据速度前向校验单元304得出的前向校验速度校验在其减速到0所包含的各规划段都是可到达的，使加工速度保持一个平稳的状态，能够保证数控机床加工的安全可靠性，提高加工效率和加工质量。

请参阅图11，本发明实施方式进一步公开了一种数控系统，包括伺服驱动装置402、机床403以及如上述实施方式的数控装置401。其中，数控装置401产生加工速度控制信号，伺服驱动装置402接收加工速度控制信号而驱动机床403进行加工。

区别于现有技术，本发明实施方式通过数控装置401对机床403加工路径中所有规划段进行速度前瞻处理，调整各个规划段的加工速度；当进行加工时，数控装置401产生加工速度控制信号发送给伺服驱动装置402，伺服驱动装置402接收加工速度控制信号而驱动机床403进行加工，使加工速度保持一个平稳的状态，能够保证机床403加工的安全可靠性，提高加工效率和加工质量。

在本申请所提供的几个实施例实施方式中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种速度前瞻的方法，其特征在于，包括：

计算加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度；

保存所述所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度的计算结果，完成预处理阶段；

根据所述计算结果对各规划段进行前瞻处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述对各规划段进行前瞻处理的步骤包括：

对各所述规划段的段末点i进行速度前向校验以及速度后向校验，其中，根据所述计算结果对各规划段的段末点i进行速度前向校验而调整段末点i的前向校验速度，根据所述计算结果以及前向校验速度对各规划段的段末点i进行速度后向校验而调整段末点i的后向校验速度；

其中，所述段末点i为当前规划段的段末点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算得到加工路径中所有规划段的段长以及段末点的最大预估速度的步骤包括：

计算所述各规划段的段长ρ_i；

计算所述各规划段的最大加工速度V_bmax，具体的计算公式如下：

$V_{b\max }=\sqrt{{\mathrm{\&rho;}}_i\&CenterDot;a_c},$

其中，ρ_i为所述段长，a_c为最大向心加速度；

计算所述各规划段的进给速度V_u，具体的计算公式如下：

$V_u=\frac{2}{T}\sqrt{{{\mathrm{\&rho;}}_i}^2-{({\mathrm{\&rho;}}_i-\mathrm{\&delta;})}^2}$

其中，T为插补周期，ρ_i为所述段长，δ为弓高误差；

计算所述各规划段的最大转角速度V_b，具体的计算公式如下：

$V_b=\frac{T\&CenterDot;a_{\max }}{2\sin ({\mathrm{\&alpha;}}_i/2)}$

其中，T为所述插补周期，a_max为合成加速度，α_i为各相邻规划段的夹角；

根据所述最大加工速度V_bmax、进给速度V_u、最大转角速度V_b以及系统最大进给速度V_max计算各规划段的段末点的最大预估速度V_imax，具体的计算公式如下：

V_imax=min(4,V_bmax,V_u,V_b,V_max)

其中，V_max为所述系统最大进给速度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对各规划段的段末点i进行速度前向校验的步骤包括：

判断第i-1个规划段的段末点i-1的后向校验速度V_i-1是否小于第i个规划段的段末点i的所述最大预估速度V_imax，若是则判断能否在所述段长ρ_i距离内由已校验速度V_i-1加速至最大预估速度V_imax，若所述后向校验速度V_i-1能加速至最大预估速度V_imax则调整第i个规划段的段末点i的前向校验速度V_in至V_imax，否则调整所述第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对各规划段的段末点i进行速度后向校验的步骤包括：

计算由所述第i个规划段的前向校验速度V_in减速到0所需的最少长度D_i；

从所述第i个规划段的段末点i开始，计算所有处于最少长度D_i距离内的后续规划段的段末点的数量m；

判断所述第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max，若是则判断能否在所述第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max，若所述前向校验速度V_in能减速至最大预估速度V_(i+1)max则继续判断第i个规划段的所述前向校验速度V_in是否大于第i+2个规划段的最大预估速度V_(i+2)max，否则调整所述第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值，如此类推，直到判断至所述前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max，完成对所述第i个规划段的后向速度校验；

在完成所述第i个规划段的速度后向校验过程后，调整第i个规划段的段末点i的后向校验速度V_i至所述第i个规划段的前向校验速度V_in。

6.一种速度前瞻的方法，其特征在于，包括：

获得加工路径中当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据，所述同一加工路径中其余相关规划段数据中的至少一部分规划段的数据为前面规划段进行前瞻处理时使用过；

根据所述当前规划段的数据和同一加工路径中其余相关规划段的数据进行当前规划段的前瞻处理。

7.一种数控装置，其特征在于，包括：

预处理模块，用于计算加工路径中所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度；

存储模块，用于保存所述预处理模块计算得到的所有规划段的段长以及与段长相对应的段末点的最大预估速度的计算结果；

前瞻处理模块，用于从所述存储模块调用计算结果对各规划段进行前瞻处理。

8.根据权利要求7所述的数控装置，其特征在于，所述前瞻处理模块包括：

速度前向校验单元，用于在所述预处理模块得出计算结果后，从所述存储模块调用计算结果对各规划段的段末点i进行速度前向校验而调整段末点i的前向校验速度；

速度后向校验单元，用于在所述速度前向校验单元对各规划段的段末点i进行速度前向校验后，根据所述前向校验速度对各规划段的段末点i进行速度后向校验而调整段末点i的后向校验速度。

9.根据权利要求8所述的数控装置，其特征在于，所述预处理模块包括：

第一计算单元，用于计算所述各规划段的段长ρ_i；

第二计算单元，用于计算所述各规划段的最大加工速度，具体的计算公式如下：

$V_{b\max }=\sqrt{{\mathrm{\&rho;}}_i\&CenterDot;a_c},$

其中，ρ_i为所述段长，a_c为最大向心加速度；

第三计算单元，用于计算所述各规划段的进给速度V_u，具体的计算公式如下：

$V_u=\frac{2}{T}\sqrt{{{\mathrm{\&rho;}}_i}^2-{({\mathrm{\&rho;}}_i-\mathrm{\&delta;})}^2}$

其中，T为插补周期，ρ_i为所述段长，δ为弓高误差；

第四计算单元，用于计算所述各规划段的最大转角速度V_b，具体的计算公式如下：

$V_b=\frac{T\&CenterDot;a_{\max }}{2\sin ({\mathrm{\&alpha;}}_i/2)}$

其中，T为所述插补周期，a_max为合成加速度，α_i为各相邻规划段的夹角；

第五计算单元，用于根据所述最大加工速度V_bmax、进给速度V_u、最大转角速度V_b以及系统最大进给速度V_max计算最大预估速度V_imax，具体的计算公式如下：

V_imax=min(4,V_bmax,V_u,V_b,V_max)

其中，V_max为所述系统最大进给速度。

10.根据权利要求9所述的数控装置，其特征在于，所述速度前向校验单元包括：

第一判断电路，用于判断第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1是否小于第i个规划段的所述最大预估速度V_imax；

第二判断电路，用于在所述第一判断电路的判断结果为第i-1个规划段的后向校验速度V_i-1小于第i个规划段的最大预估速度V_imax时，判断能否在所述段长ρ_i距离内由后向校验速度V_i-1加速至最大预估速度V_imax；

第一调整电路，用于在所述第二判断电路的判断结果为后向校验速度V_i-1能加速至最大预估速度V_imax时，调整第i个规划段的前向校验速度V_in至V_imax，否则调整所述第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。

11.根据权利要求10所述的数控装置，其特征在于，所述速度后向校验单元包括：

第一计算电路，用于计算由所述前向校验速度V_in减速到0所需的最少长度D_i；

第二计算电路，用于从所述第i个规划段的段末点i开始，计算所有处于所述最少长度D_i距离内的后续规划段的段末点的数量m；

第三判断电路，用于判断第i个规划段的所述前向校验速度V_in是否大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max；

第四判断电路，用于在所述第三判断电路的判断结果为第i个规划段的前向校验速度V_in大于第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，判断能否在所述第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max；

第二调整电路，用于在所述第四判断电路的判断结果为第i+1个规划段的段长距离ρ_i+1内不能由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，调整所述第i个规划段的前向校验速度V_in至系统可承受的速度值。

12.根据权利要求11所述的数控装置，其特征在于，

所述第三判断电路还用于在第四判断电路的判断结果为第i+1个规划段的段长距离内能由第i个规划段的前向校验速度V_in减速至第i+1个规划段的最大预估速度V_(i+1)max时，继续判断所述第i个规划段的前向校验速度V_in是否大于第i+2个规划段的最大预估速度V_(i+2)max，如此类推，直到判断至所述前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max；

所述第二调整电路还用于在第三判断电路判断前向校验速度V_in是否大于第i+m个规划段的最大预估速度V_(i+m)max后，调整所述第i个规划段的后向校验速度V_i至前向校验速度V_in。

13.一种数控系统，其特征在于，包括：

伺服驱动装置、机床以及如权利要求7至12任一项所述的数控装置；

其中，所述数控装置产生加工速度控制信号，所述伺服驱动装置接收加工速度控制信号而驱动机床进行加工。

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