CN104375468B - 数控设备cnc系统前瞻滚动处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，在不占用更多的计算机资源的前提下，提高了加工效率及质量，包括如下步骤：判断当前指令类型，将后续路径读入缓存并获得后续路径的特征值；根据对指令类型与后续路径的特征值的判断传递参数以区别是否还需进行滚动处理；设定最后一段路径的终点处速度为0，而首段路径的起点处速度、加速度、加加速均保持不变，对当前缓存中的路径进行速度规划；当传递的参数表明无需进行滚动处理时，将全部路径插补立即输出；当传递的参数表明仍需进行滚动处理时，仅插补输出部分路径，并且从后至前反向搜索预定段数路径,取衔接点速度最大处为界限，界限之前的插补输出，界限之后的缓存下来等待下一次滚动处理。

Description

数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法
技术领域
本发明涉及CNC数控系统解决方案。
背景技术
现有技术中数控设备CNC系统的后置处理器按加工精度的要求将复杂路径分解成一系列的微小路径段（如直线段或圆弧段），再由数控系统中的各相关插补器对每一个特定的微小路径段进行插补运算。加减速是插补运算要完成的重要控制功能，在加减速控制方式中，有插补前加减速和插补后加减速之分。为了保证加工精度，一般采用前瞻规划控制，前瞻处理功能是现代数控系统的标志性功能之一，前瞻设计直接关系到数控机床的加工效率和运动平稳性。
前瞻(Look-ahead) ，顾名思义，就是预先分析后续路径，获取路径长度和速度约束条件等信息，使插补器能够根据机床特性和加工参数自适应地进行进给速度调整，从而获取最大加工效率并避免进给速度剧烈变化的一种技术，它能有效地缩短加工时间，减小机床振动，保护刀具免受冲击，提高加工质量，是在保证运动平稳性基础上提高加工效率的重要途径，在采用前加减速插补的高速高精度数控系统中不可或缺。前瞻处理的主要任务是获取路径信息，并根据速度、加速度和加加速度等机床运动约束条件和选定的加减速规律进行速度规划。随着现代数控加工对精度和速度要求的逐步提高，前瞻得到了广泛的关注和研究，并逐步由高档数控系统向中低档数控系统普及应用。
现有技术中的前瞻处理，是在插补前预先分析后续路径，获取路径长度和速度约束条件等信息，如果发现需要暂停或停止（比如说大转角）时，让起止速度为零，然后对该区间的路径进行速度规划。如果碰上连续微小路径，路径间均以小角度衔接，则上述规划需要前瞻非常多的路径段数，而计算机的缓存资源是有限的，所以一般会设置一个“最大前瞻段数”，比如说2000，即：如果连续读取了2000段路径，虽然最后一段终点速度不必为零，也强制它为零，以便好进行速度前瞻规划。当连续微小路径非常多时，因最大前瞻段数的限制，中间不得不进行加减速，导致效率下降。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其在不占用更多的计算机资源的前提下，提高了加工效率及加工质量。
为达到以上目的，本发明提供了一种数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，包括如下步骤：
a)判断当前指令类型，将后续路径读入缓存并获得后续路径的特征值；
b)根据对指令类型与后续路径的特征值的判断传递参数以区别是否还需进行滚动处理；
c)设定最后一段路径的终点处速度为0，而首段路径的起点处速度、加速度、加加速均保持不变，对当前缓存中的路径进行速度规划；
d)当传递的参数表明无需进行滚动处理时，将全部路径插补立即输出；当传递的参数表明仍需进行滚动处理时，仅插补输出部分路径，并且从后至前反向搜索预定段数路径, 取衔接点速度最大处为界限，界限之前的插补输出，界限之后的缓存下来等待下一次处理。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤c）与步骤d）中，速度规划采用梯形速度曲线，在进行反向搜索时以后面若干段路径中的终点速度最大者为界，进行插补输出或再滚动规划。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤c）中，速度规划采用全局S形速度曲线，加速度、加加速也均设为0。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤d）中，在进行反向搜索时以后面若干段 S形衔接点的速度最大者为界，进行插补输出或再滚动规划。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤d）中，在进行反向搜索时，从后至前反向搜索30%-50%段数的路径。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤b）中，当前指令类型为结束时，传递参数表明无需进行滚动处理。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤b）中，当前指令类型为暂停时，传递参数表明无需进行滚动处理。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤b）中，读取路径如非首段，则计算其衔接的切向夹角，如果夹角大于预设阈值，传递参数表明无需进行滚动处理。
本发明的进一步改进在于，所述的步骤b）中，如果当前段数已达最大前瞻段数，传递参数表明需要进行滚动处理。
根据本发明有益效果为：
1)提高对连续微小路径段的规划效率，缩短加工时间；
2)减少加工速度的波动，提高加工质量；
3)使算法彻底摆脱对“最大前瞻段数”的依赖，防止因设定太小规划出的效率偏慢，设定过大又会导致对计算资源的过度占用。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实施例公开一种数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其关键步骤如下：
1） 设定或读取：最大偏转角阈值、最大前瞻段数；
2） 读取当前指令，如果为结束，则转步骤7)，并传递参数 bRollback=false，而后转步骤10)；
3） 如果当前指令为暂停，则转步骤7)，并传递参数 bRollback=false；
4） 读取路径，如非首段，则计算其衔接的切向夹角，如果夹角大于预设阈值，则步骤7) ，并传递参数 bRollback=false；
5） 如果当前段数已达最大前瞻段数，则转步骤7) ，并传递参数 bRollback=true；
6） 否则，转步骤 2)；
7） 令最后一段的终点处：速度=0，如果为（全局）S形速度曲线时，加速度、加加速也均设为0；而首段的起点处的速度、加速度、加加速均保持不变，然后对当前缓存中的路径进行速度规划；
8） 当bRollback==false时，将全部路径插补立即输出；当bRollback==true 时，仅插补输出部分路径，此步骤为本发明的关键点，具体如下：如果采用梯形速度曲线时，可从后至前反向搜索40%的段数，取终点速度最大者为界，之前的插补输出，之后的缓存下来有待下一次滚动规划；如果采用（全局）S形速度曲线时，类似地，从后至前反向搜索40%的S形总段数，取衔接点速度最大者为界，之前的插补输出，之后的缓存下来有待下一次滚动规划，因衔接点处的加速度及加加速一定均为0，以方便下次的（全局）S形滚动规划；
9） 转步骤2)；
10）结束。
当提交前瞻规划时，传递一个参数，以区别是否将还会进行滚动式规划；当需要进行滚动式规划时，插补输出一部分前面的路径，而后面的一部分路径留待下一次插补；当采用梯形速度曲线时，以后面若干段路径中终点的速度最大者为界，进行插补输出或再滚动规划；当全局S形速度曲线时，以后面若干段 S 形衔接点的速度最大者为界，进行插补输出或再滚动规划，本发明采用了一套巧妙的方法，在保证不占用更多的计算机资源的前提下，提高对连续微小路径段的规划效率，缩短加工时间；减少加工速度的波动，提高加工质量；使算法彻底摆脱对“最大前瞻段数”的依赖，防止因设定太小规划出的效率偏慢，设定过大又会导致对计算资源的过度占用。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于，包括如下步骤:
a）判断当前指令类型，将后续路径读入缓存并获得后续路径的特征值；
b）根据对指令类型与后续路径的特征值的判断传递参数以区别是否还需进行滚动处理；
c）设定最后一段路径的终点处速度为0，而首段路径的起点处速度、加速度、加加速均保持不变，对当前缓存中的路径进行速度规划；
d）当传递的参数表明无需进行滚动处理时，将全部路径插补立即输出；当传递的参数表明仍需进行滚动处理时，仅插补输出部分路径，并且从后至前反向搜索预定段数路径，取衔接点速度最大处为界限，界限之前的插补输出，界限之后的缓存下来等待下一次处理，所述的步骤d）中，在进行反向搜索时，从后至前反向搜索30％-50％段数的路径。
2.根据权利要求1所述的数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于：所述的步骤c）与步骤d）中，速度规划采用梯形速度曲线，在进行反向搜索时以后面若干段路径中的终点速度最大者为界，进行插补输出或再滚动规划。
3.根据权利要求1所述的数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于：所述的步骤c）中，速度规划采用全局S形速度曲线，加速度、加加速也均设为0。
4.根据权利要求1或3所述的数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于：所述的步骤d）中，在进行反向搜索时以后面若干段 S 形衔接点的速度最大者为界，进行插补输出或再滚动规划。
5.根据权利要求1所述的数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于：所述的步骤d）中，在进行反向搜索时，从后至前反向搜索30%-50%段数的路径。
6.根据权利要求1所述的数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于：所述的步骤b）中，当前指令类型为结束时，传递参数表明无需进行滚动处理。
7.根据权利要求1所述的数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于：所述的步骤b）中，当前指令类型为暂停时，传递参数表明无需进行滚动处理。
8.根据权利要求1所述的数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于：所述的步骤b）中，读取路径如非首段，则计算其衔接的切向夹角，如果夹角大于预设阈值，传递参数表明无需进行滚动处理。
9.根据权利要求1所述的数控设备CNC系统前瞻滚动处理方法，其特征在于:所述的步骤b）中，如果读取后续路径后的当前段数已达最大前瞻段数，传递参数表明需要进行滚动处理。
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