CN108829045B - 连续微直线段的衔接速度的优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续微直线段的衔接速度的优化方法，包括：根据加工轨迹中的相邻微直线段的端点坐标计算相邻微直线段的衔接点夹角；根据衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、相邻微直线段各自的进给速度确定相邻衔接点的最大安全过渡速度；通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度。本发明实施例提出的前瞻处理与回溯处理，计算连续微直线段位移和机床加减速能力限制下加速过程实际可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度，有效降低相邻衔接点的速度跳变。

Description

连续微直线段的衔接速度的优化方法及系统

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，尤其涉及一种连续微直线段的衔接速度的优化方法及系统。

背景技术

在数控加工领域复杂轮廓零/部件加工应用场景中，数控加工处理的数据往往由CAD/CAM软件通过一定的逼近准则离散化零/部件轮廓轨迹而产生。因此，如何实现对这些数量巨大的离散化的微直线段的高速、高精以及平稳加工，一直都是业内竞相追逐的目标之一。

针对这类离散化曲率非连续的微直线段的现有加工方案主要有直接法和拟合法。直接法是以每微直线段作为速度规划的最小单元直接进行轨迹插补加工，具有计算简单和运算量小的特点，但存在加工效率低、电机频繁加减速影响电机寿命、表面加工质量差以及数据存储量大等问题。拟合法又可细分为局部拟合和全局拟合法，局部拟合指以两段或多段的微直线段为拟合优化对象，利用局部插入二次或二次以上曲线实现加工轨迹的局部平滑过渡以达到高速加工的目的，如圆弧过渡法、B样条曲线过渡法等。全局拟合是指以整个离散化轨迹镞作为拟合对象对加工轨迹优化处理，加工表面质量相当较好，但需开发相应的曲线直接插补算法，计算工作量大且开发难度较高，不易于实现，特别是在对时序要求严格的应用场合，拟合法实时性难以得到保证。

连续轨迹相邻衔接点速度优化方法和插补规划算法作为连续轨迹高速加工的两个关键技术，衔接点速度优化预处理是否得当，会直接影响后续轨迹插补规划的优劣性。

现有的衔接点速度优化过程中，在推算加减速距离与加减速度、加减速时间等参数之间的关系式时采用的公式与后续插补规划过程计算位移和周期的迭代公式不一致，容易造成衔接点处速度曲线不连续，引起设备振动和加工质量等不良影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种连续微直线段的衔接速度的优化方法来解决现有的数控加工发生设备振动和加工质量不佳的难题。

本发明提出一种连续微直线段的衔接速度的优化方法，所述优化方法应用于数控加工，所述优化方法包括：

根据加工轨迹中的相邻微直线段的端点坐标计算所述相邻微直线段的衔接点夹角；

根据所述衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、所述相邻微直线段各自的进给速度确定所述相邻衔接点的最大安全过渡速度；

通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度。

进一步地，在通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度前，所述优化方法还包括：

执行前瞻初始化，所述前瞻初始化包括：

设置前瞻段数N、第i段的起始速度V_i,s、第i段的结束速度V_i,e及第i段的位移L_i；

根据所述第i段的起始速度V_i,s、所述第i段的结束速度V_i,e及第i段的加速度A_i计算从所述第i段的起始速度V_i,s到所述第i段的结束速度V_i,e所需的第i段的周期数n_i：

ΔV_i＝|V_i,s-V_i,e|；

根据所述第i段的周期数n_i获取第i段的实际加速度A_i ^real：

判断i是否小于N，若i等于N，结束，若i小于N，执行所述前瞻处理及所述回溯处理。

进一步地，所述“前瞻处理”包括：

设置所述第i段的起始速度V_i,s小于等于所述第i段的结束速度V_i,e时，执行如下的前瞻加速处理：

根据所述第i段的周期数n_i、所述第i段的起始速度V_i,s及所述第i段的实际加速度A_i ^real计算第i段的所需加速距离L_i,A：

L_i,A＝V_i,s×n_i+0.5×n_i×(n_i+1)×A_i ^real；

判断所述所需加速距离L_i,A是否小于等于当前微直线段位移L_i。

进一步地，所述“前瞻加速处理”包括：

当所述所需加速距离L_i,A大于所述当前微直线段位移L_i时，将所述第i段的结束速度V_i,e修正为最大结束速度V_i,e,max：

a＝1，b＝A_i，c＝-V_i,s×V_i,s-V_i,s×A_i-2×A_i×L_i；

执行第i+1段的前瞻加速处理，将所述第i段的结束速度V_i,e更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s。

进一步地，所述“前瞻加速处理”包括：

当所述所需加速距离L_i,A大于所述当前微直线段位移L_i时，将所述第i段的结束速度V_i,e修正为最大结束速度V_i,e,max：

a＝1，b＝A_i，c＝-V_i,s×V_i,s-V_i,s×A_i-2×A_i×L_i；

执行第i+1段的前瞻加速处理，将所述第i段的结束速度V_i,e更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s。

进一步地，所述“前瞻处理”包括：

设置所述第i段的起始速度V_i,s大于所述第i段的结束速度V_i,e，执行如下的前瞻减速处理：

根据所述第i段的周期数n_i、所述第i段的起始速度V_i,s及所述第i段的实际加速度A_i ^real计算第i段的所需减速距离L_i,D：

判断所述所需减速距离L_i,D是否小于等于当前微直线段位移L_i；

当所述所需减速距离L_i,D小于等于当前微直线段位移L_i时，执行第i+1段的前瞻减速处理，将所述第i段的结束速度V_i,e更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s；

当所述所需减速距离L_i,D大于当前微直线段位移L_i时，执行所述回溯处理。

进一步地，所述“回溯处理”包括：

将所述第i段的起始速度V_i,s更新为第i段的最大起始速度V_i,s,max：

a＝1，b＝-A_i，c＝-V_i,e×V_i,e+V_i,e×A_i-2×A_i×L_i；

进行循环迭代；

将所述第i段的初始速度V_i,s更新为第i-1段的结束速度V_i-1,e；

判断所述第i-1段的结束速度V_i-1,e是否大于等于第i-1段的起始速度V_i-1,s；

当所述第i-1段的结束速度V_i-1,e大于等于第i-1段的初始速度V_i-1,s时，停止回溯处理，并继续执行所述前瞻处理。

进一步地，所述“回溯处理”还包括：

当所述第i-1段的结束速度V_i-1,e小于第i-1段的初始速度V_i-1,s时；

设置第i-1段的位移L_i-1；

根据第i-1段的起始速度V_i-1,s、第i-1段的结束速度V_i-1,e及第i-1段的加速度A_i-1计算从所述第i-1段的起始速度V_i-1,s到所述第i-1段的结束速度V_i-1,e所需的第i-1段的周期数n_i-1：

ΔV_i-1＝|V_i-1,s-V_i-1,e|；

根据所述第i-1段的周期数n_i-1获取第i-1段的实际加速度A_i-1 ^real：

计算从所述第i-1段的初始速度V_i-1,s到所述第i-1段的结束速度V_i-1,e的第i-1段的所需减速距离L_i-1,D：

判断所述所需减速距离L_i-1,D是否小于等于当前微直线段位移L_i-1；

当所述所需减速距离L_i-1,D小于等于当前微直线段位移L_i-1时，停止回溯处理，并继续执行所述前瞻处理。

进一步地，所述“回溯处理”还包括：

当所述所需减速距离L_i-1,D大于当前微直线段位移L_i-1时，计算第i-1段的最大起始速度V_i-1,s,max：

a＝1，b＝-A_i-1，c＝-V_i-1,e×V_i-1,e+V_i-1,e×A_i-1-2×A_i-1×L_i-1；

将所述第i-1段的起始速度V_i-1,s更新为所述第i-1段的最大起始速度V_i-1,s,max；

将所述第i段的初始速度V_i,s更新为第i-1段的结束速度V_i-1,e；

判断是否进行回溯，若是，进行循环迭代，若否，结束。

本发明还提出一种连续微直线段的衔接速度的优化系统，所述优化系统应用于数控加工，所述优化系统包括：

计算模块，所述计算模块根据加工轨迹中的相邻微直线段的端点坐标计算所述相邻微直线段的衔接点夹角；

确定模块，所述确定模块根据所述衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、所述相邻微直线段各自的进给速度确定所述相邻衔接点的最大安全过渡速度；

获取模块，所述获取模块通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度，所述确定模块连接所述计算模块及所述获取模块。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明通过计算相邻微直线段的衔接点夹角，根据衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、相邻微直线段各自的进给速度确定相邻衔接点的最大安全过渡速度，通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度。使得在前瞻处理与回溯处理过程和后期的速度规划与插补过程使用的计算公式保持一致，有效解决相邻衔接点处速度跳变问题。此外，上述计算方法简单，易实现，能满足实时性要求很高的应用于数控，可充分利用现有的系统资源，提高了系统的数控加工效率及配置灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明实施例的某些实施例，因此不应被看作是对本发明实施例范围的限定。

图1是本发明实施例1的连续微直线段的衔接速度的优化方法的方法流程图。

图2是本发明实施例1的相邻微直线段的衔接点夹角的示意图。

图3是本发明实施例1的相邻微直线段的圆弧过渡半径的示意图。

图4是本发明实施例2的连续微直线段的衔接速度的优化方法的方法流程图。

图5是本发明实施例3的连续微直线段的衔接速度的优化系统的方块图。

主要元件符号说明：

300-优化系统；310-计算模块；320-确定模块；330-获取模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明实施例的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明实施例的范围，而是仅仅表示本发明实施例的选定实施例。基于本发明实施例的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明实施例。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合具体的实施例对本发明实施例进行详细说明。

实施例1

请参照图1、图2及图3，图1是本发明实施例1的连续微直线段的衔接速度的优化方法(以下简称“优化方法”)的方法流程图。图2是本发明实施例1的相邻微直线段的衔接点夹角的示意图。图3是本发明实施例1的相邻微直线段的圆弧过渡半径的示意图。优化方法包括：

S101、根据加工轨迹中的相邻微直线段的端点坐标计算相邻微直线段的衔接点夹角。

在图2中，相邻微直线段P₀P₁和P₁P₂相交于P1点，端点坐标分别为P₀(x₀,y₀,z₀)、P₁(x₁,y₁,z₁)和P₂(x₂,y₂,z₂)。相邻微直线段P₀P₁(L₀)、P₁P₂(L₁)和P₀P₂(L₂)的长度分别为：

由夹角余弦公式可得相邻微直线段的衔接点夹角β：

S103、根据衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、相邻微直线段各自的进给速度确定所述相邻衔接点的最大安全过渡速度。

衔接点夹角β的正弦计算为：

过渡速度V₁为：

A_max为向心加速度，T为插补周期；

V_A及V_B分别为相邻微直线段各自的进给速度；

过渡速度V₂为：

ε为轮廓误差；

过渡速度V3为：

R为过渡圆弧半径，计算公式为：

δ为弓高误差；

其中，最大安全过渡速度V_maxs为：

V_maxs＝min{V_A,V_B,V₁,V₂,V₃}。

S105、通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度。

速度前瞻处理就是对加工轨迹进行预处理的一种方法。预先读取对多段加工轨迹，并根据轨迹几何参数和机械性能参数等约束条件计算和分析加工轨迹的轮廓信息，从而提前获知路径的速度突变点或拐点。然后根据衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差组成的限制条件计算和调整相邻段衔接处的最大安全过渡速度，通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度，使得加工过程提前减速至安全速度并顺利通过衔接点，避免出现过切、冲击等现象。前瞻处理的最终目的就是在保证加工轮廓误差的基础之上追求最大的加工效率，即以尽可能高的速度通过相邻段衔接处，缩短加工时间，提高加工效率。

在S103中，根据衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、相邻微直线段各自的进给速度求得衔接点处最大安全过渡速度，但该最大安全过渡速度并不一定是最终速度规划实际可达的拐点速度值。速度前瞻处理与回溯处理的主要任务是根据当前微直线段位移长度、用户设定的机床的加减速能力等参数计算当前微直线段的结束速度、起始速度，即计算连续微直线段和机床加减速能力的限制下加速过程实际可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度。

实施例2

请参照图4，图4是本发明实施例2的连续微直线段的衔接速度的优化方法(以下简称“优化方法”)的方法流程图。优化方法包括：

S105a、执行前瞻初始化；

前瞻初始化包括：

设置前瞻段数N、第i段的起始速度V_i,s、第i段的结束速度V_i,e及第i段的位移L_i；

根据第i段的起始速度V_i,s、第i段的结束速度V_i,e及第i段的加速度A_i计算从第i段的起始速度V_i,s到第i段的结束速度V_i,e所需的第i段的周期数n_i：

ΔV_i＝|V_i,s-V_i,e|；

根据第i段的周期数n_i获取第i段的实际加速度A_i ^real：

S105b、判断i是否小于N；

若i等于N，结束，若i小于N，执行前瞻处理及回溯处理。

S105c、设置第i段的起始速度V_i,s小于等于第i段的结束速度V_i,e。

在前瞻处理中，包括前瞻加速处理(S105c、S105d、S105e、S105f、S105g)，以下分别进行说明。

S105d、计算第i段的所需加速距离L_i,A。

根据第i段的周期数n_i、第i段的起始速度V_i,s及第i段的实际加速度A_i ^real计算第i段的所需加速距离L_i,A：

S105e、判断所需加速距离L_i,A是否小于等于当前微直线段位移L_i。

当所需加速距离L_i,A大于当前微直线段位移L_i时，进入S105f，当所需加速距离L_i,A小于等于当前微直线段位移L_i时，即当前微直线段位移L_i足够从第i段的起始速度V_i,s直接加速至第i段的结束速度V_i,e所需的所需加速距离L_i,A，进入S105g。

S105f、将所述第i段的结束速度V_i,e修正为最大结束速度V_i,e,max。

当所需加速距离L_i,A大于当前微直线段位移L_i时，即当前微直线段位移L_i不足够从第i段的起始速度V_i,s直接加速至第i段的结束速度V_i,e所需的当所需加速距离L_i,A，将第i段的结束速度V_i,e修正为最大结束速度V_i,e,max：

a＝1，b＝A_i，c＝-V_i,s×V_i,s-V_i,s×A_i-2×A_i×L_i；

在S105f后，进入S105g。

S105g、执行第i+1段的前瞻加速处理，将第i段的结束速度V_i,e更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s。即第i段的结束速度V_i,e于机床加速能力限制下加速过程中更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s。

S105h、设置第i段的起始速度V_i,s大于第i段的结束速度V_i,e。

在前瞻处理中，包括前瞻减速处理(S105h、S105i、S105j、S105k、S105g)，以下分别进行说明。

S105i、计算第i段的所需减速距离L_i,D。

根据第i段的周期数n_i、第i段的起始速度V_i,s及第i段的实际加速度A_i ^real计算第i段的所需减速距离L_i,D：

S105j、判断所需减速距离L_i,D是否小于等于当前微直线段位移L_i。

当所需减速距离L_i,D是否小于等于当前微直线段位移L_i时，即当前微直线段位移L_i足够从起始速度直接减速至结束速度的所需减速距离L_i,D，进入S105g，执行第i+1段的前瞻减速处理，将第i段的结束速度V_i,e更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s。当所需减速距离L_i,D大于当前微直线段位移L_i时，即当前微直线段位移L_i不足够从起始速度直接减速至结束速度的所需减速距离L_i,D，进入S105k，执行回溯处理(S105k、S105l、S105m、S105n、S105r、S105s、S105t、S105u、S105v、S105w)。

S105k、将第i段的起始速度V_i,s更新为第i段的最大起始速度V_i,s,max：

a＝1，b＝-A_i，c＝-V_i,e×V_i,e+V_i,e×A_i-2×A_i×L_i。

S105l、进行循环迭代。

S105m、将第i段的初始速度V_i,s更新为第i-1段的结束速度V_i-1,e。

S105n、判断第i-1段的结束速度V_i-1,e是否大于等于第i-1段的起始速度V_i-1,s。

当第i-1段的结束速度V_i-1,e大于等于第i-1段的起始速度V_i-1,s时，代表第i-1段进行加速度移动，则进入S105g，停止回溯处理，并继续执行前瞻处理。当第i-1段的结束速度V_i-1,e小于第i-1段的起始速度V_i-1,s时，代表第i-1段进行减速度移动，则进入S105r。

S105r、计算第i-1段的所需减速距离L_i-1,D。

设置第i-1段的位移L_i-1；

根据第i-1段的起始速度V_i-1,s、第i-1段的结束速度V_i-1,e及第i-1段的加速度A_i-1计算从第i-1段的起始速度V_i-1,s到第i-1段的结束速度V_i-1,e所需的第i-1段的周期数n_i-1：

ΔV_i-1＝|V_i-1,s-V_i-1,e|；

根据第i-1段的周期数n_i-1获取第i-1段的实际加速度A_i-1 ^real：

计算从第i-1段的初始速度V_i-1,s到第i-1段的结束速度V_i-1,e的第i-1段的所需减速距离L_i-1,D：

S105s、判断所需减速距离L_i-1,D是否小于等于当前微直线段位移L_i-1。

当所需减速距离L_i-1,D小于等于当前微直线段位移L_i-1时，即当前微直线段位移L_i-1足够从第i-1段的初始速度V_i-1,s直接减速至第i-1段的结束速度V_i-1,e的所需减速距离L_i-1,D，则进入S105g，停止回溯处理，并继续执行前瞻处理。当所需减速距离L_i-1,D大于当前微直线段位移L_i-1时，即当前微直线段位移L_i-1不足够从第i-1段的初始速度V_i-1,s直接减速至第i-1段的结束速度V_i-1,e的所需减速距离L_i-1,D，则进入S105t。

S105t、计算第i-1段的最大起始速度V_i-1,s,max。

当所需减速距离L_i-1,D大于当前微直线段位移L_i-1时，计算第i-1段的最大起始速度V_i-1,s,max：

a＝1，b＝-A_i-1，c＝-V_i-1,e×V_i-1,e+V_i-1,e×A_i-1-2×A_i-1×L_i-1。

S105u、将第i-1段的起始速度V_i-1,s更新为第i-1段的最大起始速度V_i-1,s,max。即将第i-1段的起始速度V_i-1,s于机床加减速能力限制下的减速过程更新为第i-1段的最大起始速度V_i-1,s,max。

S105v、将第i段的初始速度V_i,s更新为第i-1段的结束速度V_i-1,e。

S105w、判断是否进行回溯。

若是，进入S105l，进行循环迭代，若否，结束。进一步来说，本发明所提出的计算公式保持一致且运算量低，有效解决相邻衔接点处速度跳变问题，并通过循环迭代以让连续微直线段的加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度，提高数控加工的效率，增加铣床加工的顺畅性。例如，本发明提出的优化方法可以通过离散化的T形速度规划方法或离散化的S形速度规划方法来实现,提高运算精确度。

实施例3

请参照图5，图5是本发明实施例3的连续微直线段的衔接速度的优化系统(以下简称“优化系统”)的方块图。优化系统300应用于数控加工。优化系统300包括：

计算模块310，计算模块310根据加工轨迹中的相邻微直线段的端点坐标计算相邻微直线段的衔接点夹角；

确定模块320，确定模块320根据衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、相邻微直线段各自的进给速度确定相邻衔接点的最大安全过渡速度；

获取模块330，获取模块330通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度，确定模块320连接计算模块310及获取模块330。

本发明通过计算相邻微直线段的衔接点夹角，根据衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、相邻微直线段各自的进给速度确定相邻衔接点的最大安全过渡速度，通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度。使得在前瞻处理与回溯处理过程和后期的速度规划与插补过程使用的计算公式保持一致，有效解决相邻衔接点处速度跳变问题。此外，上述计算方法简单，易实现，能满足实时性要求很高的应用于数控，可充分利用现有的系统资源，提高了系统的工作效率及配置灵活性。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明实施例的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明实施例各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

以上所述，仅为本发明实施例的具体实施方式，但本发明实施例的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明实施例的保护范围之内。因此，本发明实施例的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种连续微直线段的衔接速度的优化方法，所述优化方法应用于数控加工，其特征在于，所述优化方法包括：

根据加工轨迹中的相邻微直线段的端点坐标计算所述相邻微直线段的衔接点夹角；

根据所述衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、所述相邻微直线段各自的进给速度确定所述相邻微直线段的衔接点的最大安全过渡速度；

通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度；

在通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度前，所述优化方法还包括：

执行前瞻初始化，所述前瞻初始化包括：

设置前瞻段数N、第i段的起始速度V_i,s、第i段的结束速度V_i,e及第i段的位移L_i；

根据所述第i段的起始速度V_i,s、所述第i段的结束速度V_i,e及第i段的加速度A_i计算从所述第i段的起始速度V_i,s到所述第i段的结束速度V_i,e所需的第i段的周期数n_i：

△V_i＝|V_i,s-V_i,e|；

根据所述第i段的周期数n_i获取第i段的实际加速度A_i ^real：

判断i是否小于N，若i等于N，结束，若i小于N，执行所述前瞻处理及所述回溯处理；

所述“前瞻处理”包括：

设置所述第i段的起始速度V_i,s小于等于所述第i段的结束速度V_i,e时，执行如下的前瞻加速处理：

根据所述第i段的周期数n_i、所述第i段的起始速度V_i,s及所述第i段的实际加速度A_i ^real计算第i段的所需加速距离L_i,A：

判断所述所需加速距离L_i,A是否小于等于当前微直线段位移L_i。

2.根据权利要求1所述的连续微直线段的衔接速度的优化方法，其特征在于，所述“前瞻加速处理”包括：

当所述所需加速距离L_i,A大于所述当前微直线段位移L_i时，将所述第i段的结束速度V_i,e修正为最大结束速度V_i,e,max：

a＝1，b＝A_i，c＝-V_i,s×V_i,s-V_i,s×A_i-2×A_i×L_i；

执行第i+1段的前瞻加速处理，将所述第i段的结束速度V_i,e更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s。

3.根据权利要求1所述的连续微直线段的衔接速度的优化方法，其特征在于，所述“前瞻加速处理”包括：

当所述所需加速距离L_i,A小于等于当前微直线段位移L_i时；

执行第i+1段的前瞻加速处理，将所述第i段的结束速度V_i,e更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s。

4.根据权利要求1所述的连续微直线段的衔接速度的优化方法，其特征在于，所述“前瞻处理”包括：

设置所述第i段的起始速度V_i,s大于所述第i段的结束速度V_i,e，执行如下的前瞻减速处理：

根据所述第i段的周期数n_i、所述第i段的起始速度V_i,s及所述第i段的实际加速度A_i ^real计算第i段的所需减速距离L_i,D：

判断所述所需减速距离L_i,D是否小于等于当前微直线段位移L_i；

当所述所需减速距离L_i,D小于等于当前微直线段位移L_i时，执行第i+1段的前瞻减速处理，将所述第i段的结束速度V_i,e更新为第i+1段的起始速度V_i+1,s；

当所述所需减速距离L_i,D大于当前微直线段位移L_i时，执行所述回溯处理。

5.根据权利要求4所述的连续微直线段的衔接速度的优化方法，其特征在于，所述“回溯处理”包括：

将所述第i段的起始速度V_i,s更新为第i段的最大起始速度V_i,s,max：

a＝1，b＝-A_i，c＝-V_i,e×V_i,e+V_i,e×A_i-2×A_i×L_i；

进行循环迭代；

将所述第i段的初始速度V_i,s更新为第i-1段的结束速度V_i-1,e；

判断所述第i-1段的结束速度V_i-1,e是否大于等于第i-1段的起始速度V_i-1,s；

当所述第i-1段的结束速度V_i-1,e大于等于第i-1段的初始速度V_i-1,s时，停止回溯处理，并继续执行所述前瞻处理。

6.根据权利要求5所述的连续微直线段的衔接速度的优化方法，其特征在于，所述“回溯处理”还包括：

当所述第i-1段的结束速度V_i-1,e小于第i-1段的初始速度V_i-1,s时；

设置第i-1段的位移L_i-1；

根据第i-1段的起始速度V_i-1,s、第i-1段的结束速度V_i-1,e及第i-1段的加速度A_i-1计算从所述第i-1段的起始速度V_i-1,s到所述第i-1段的结束速度V_i-1,e所需的第i-1段的周期数n_i-1：

△V_i-1＝|V_i-1,s-V_i-1,e|；

根据所述第i-1段的周期数n_i-1获取第i-1段的实际加速度A_i-1 ^real：

计算从所述第i-1段的初始速度V_i-1,s到所述第i-1段的结束速度V_i-1,e的第i-1段的所需减速距离L_i-1,D：

判断所述所需减速距离L_i-1,D是否小于等于当前微直线段位移L_i-1；

当所述所需减速距离L_i-1,D小于等于当前微直线段位移L_i-1时，停止回溯处理，并继续执行所述前瞻处理。

7.根据权利要求6所述的连续微直线段的衔接速度的优化方法，其特征在于，所述“回溯处理”还包括：

当所述所需减速距离L_i-1,D大于当前微直线段位移L_i-1时，计算第i-1段的最大起始速度V_i-1,s,max：

a＝1，b＝-A_i-1，c＝-V_i-1,e×V_i-1,e+V_i-1,e×A_i-1-2×A_i-1×L_i-1；

将所述第i-1段的起始速度V_i-1,s更新为所述第i-1段的最大起始速度V_i-1,s,max；

将所述第i段的初始速度V_i,s更新为第i-1段的结束速度V_i-1,e；

判断是否进行回溯，若是，进行循环迭代，若否，结束。

8.一种连续微直线段的衔接速度的优化系统，所述优化系统应用于数控加工，其特征在于，所述优化系统包括：

计算模块，所述计算模块根据加工轨迹中的相邻微直线段的端点坐标计算所述相邻微直线段的衔接点夹角；

确定模块，所述确定模块根据所述衔接点夹角、向心加速度、插补周期、轮廓误差、弓高误差、所述相邻微直线段各自的进给速度确定所述相邻微直线段的衔接点的最大安全过渡速度；

获取模块，所述获取模块通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度，所述确定模块连接所述计算模块及所述获取模块；

在通过前瞻处理及回溯处理以离散化的速度规划方法根据所述最大安全过渡速度获取加速过程可达的最大结束速度或减速过程允许的最大起始速度前，所述获取模块还用于：

执行前瞻初始化，所述前瞻初始化包括：

设置前瞻段数N、第i段的起始速度V_i,s、第i段的结束速度V_i,e及第i段的位移L_i；

根据所述第i段的起始速度V_i,s、所述第i段的结束速度V_i,e及第i段的加速度A_i计算从所述第i段的起始速度V_i,s到所述第i段的结束速度V_i,e所需的第i段的周期数n_i：

△V_i＝|V_i,s-V_i,e|；

根据所述第i段的周期数n_i获取第i段的实际加速度A_i ^real：

判断i是否小于N，若i等于N，结束，若i小于N，执行所述前瞻处理及所述回溯处理；

所述“前瞻处理”包括：

设置所述第i段的起始速度V_i,s小于等于所述第i段的结束速度V_i,e时，执行如下的前瞻加速处理：

根据所述第i段的周期数n_i、所述第i段的起始速度V_i,s及所述第i段的实际加速度A_i ^real计算第i段的所需加速距离L_i,A：

判断所述所需加速距离L_i,A是否小于等于当前微直线段位移L_i。