CN111487927A

CN111487927A - 一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法

Info

Publication number: CN111487927A
Application number: CN202010340749.6A
Authority: CN
Inventors: 朱万强; 杨建中; 周会成; 马林峰; 高嵩; 张成磊
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2020-04-26
Filing date: 2020-04-26
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2040-04-26
Also published as: CN111487927B

Abstract

本发明属于数控加工相关技术领域，并公开了一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法。该方法包括下列步骤：(a)设定待加工对象的理想加工轨迹，根据设定的理想加工轨迹生成G代码；(b)绘制G代码对应的加工轨迹，以此获得实际加工轨迹，将该实际加工轨迹与所述理想加工轨迹进行比对，获得区别特征，在所述G代码中寻找与所述区别特征对应的代码，即区别特征代码；(c)根据所述区别特征，对于所述区别特征代码进行改写，获得新的加工代码，该新的加工代码使得数控机床的实际加工轨迹与理想加工轨迹相同，至此实现加工轨迹的优化。通过本发明，优化加工轨迹，提高加工精度，减小加工误差。

Description

一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法

技术领域

本发明属于数控加工相关技术领域，更具体地，涉及一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法。

背景技术

在数控加工领域，高速高精加工是一种趋势，但传统的数控系统的指令代码(后续称为G代码)遵循ISO6983标准，该标准提供的运动指令仅仅包括圆弧与直线指令，这对于数控系统控制机床高速高精地运动是远远不够的。

在高速高精加工领域，为了达到高速加工的要求，加工轨迹必须是平滑的轨迹，数控系统内部一般会对小线段类型的G代码做轨迹平滑，平滑的方式有多种多样。中国发明专利CN107817764A和CN107817764B公开了一种基于S型加减速，以NERBS样条作为输入的插补方法，该方法直接向数控系统输入NERBUS样条，用于后续的插补计算，该方法跳过了用户设定的G代码，属于直接输入另一套加工代码的解决方案。中国发明专利CN107608313B公开了一种使用双样条的方式，将刀尖点与刀轴矢量分离，采用双样条的方式平滑运动轨迹，这样可以解耦旋转轴与直线轴之间的非线性约束，简化后续插补计算的工作。中国发明专利CN109799792A公开了一种高速加工过程中使用小线段平滑过渡的方法，该方法需要在拐点处插入微小线段，也相当于是平滑原有G代码。可以发现，在高速加工领域，解决加工路径平滑的方法主要有两大类，一、跳过原有的G代码信息，直接向数控系统输入其他指令的代码；二、使用系统内部平滑的方式，平滑加工G代码。但无论是使用Hermite样条、NERBS样条甚至在多轴机床中使用多样条，或者是使用别的简单平滑方式，都离不开对G代码的样条平滑，究其原因还是G代码输入系统的指令本身存在缺陷，其输入的信息不充分，或者G代码输入的原始信息轨迹本身不适合高速高精加工。

在自由区面加工领域，当前G代码指令生成的主流方式是由CAM软件，使用小线段近似替代的方式，用小线段代替实际的自由区面生成相应的自由曲面的加工代码，将G代码输入数控系统后，再由数控系统内部做样条拟合，平滑，用于后续插补。因为这样的一种拟合方式，使得工件的设计轮廓与数控系统的指令轮廓之间存在一个误差(后续称之为指令误差)，再加上机床加工过程中的跟随误差、机械结构传动误差、热误差等因素的影响，会把指令误差放大，使得加工精度变低。

综上所述原本G代码指令主要存在以下的问题：1、原本G代码指令附带的轨迹信息太少。2、原本G代码指令是直线型指令，导致指令数据不平滑，指令本身不适合高速高精加工场景。3、由于数控系统内部的平滑处理，使得数控系统的指令轨迹与用户指令轨迹不一致，违背用户意愿。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法，通过将理想加工轨迹与G代码对应的加工轨迹进行比对，获得区别特征，将该区别特征对应的代码进行改写，改写后的代码在G代码中进行插补，以此获得最终所需的加工指令，该指令更加接近理想加工轨迹，使得加工轨迹更加平滑，减了加工中的加工误差，提高加工精度。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于双代码联合作用的加工轨迹控制指令优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)设定待加工对象的理想加工轨迹，根据设定的理想加工轨迹生成G代码；

(b)绘制G代码对应的加工轨迹，以此获得实际加工轨迹，将该实际加工轨迹与所述理想加工轨迹进行比对，获得区别特征，在所述G代码中寻找与所述区别特征对应的代码，即区别特征代码；

(c)根据所述区别特征，对于所述区别特征代码进行改写，以此获得新的加工代码，该新的加工代码使得数控机床的实际加工轨迹与理想加工轨迹相同，至此实现加工轨迹的优化。

进一步优选地，在步骤(c)中，所述对于所述区别特征代码进行改写时，采用自定义的代码指令。

进一步优选地，在步骤(c)中，所述新的加工代码加工时，数控系统需同时能识别所述G代码以及改写的代码。

进一步优选地，在步骤(c)中，所述改写的代码中包括加工轨迹的位置、切矢方向、优化样条类型参数中一种或多种。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述G代码遵循ISO6983标准，为标准的数控控制代码。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述G代码通过数控机床中自动生成。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述区别特征为一个或多个。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：

1.本发明提供的方法将原G代码中与理想加工轨迹特征不符之处进行修改和改写，使得实际加工轨迹更加接近理想加工轨迹，更加平滑，提高了加工精度，减小加工误差；

2.本发明提供的方法操作简单，其对区别特征对应代码的修改方式较为灵活，可以为用户自定义的指令，也可以是通用的编程指令，因此使得本方法适用范围广。

附图说明

图1是按照本发明的实施例构建的基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法的流程图；

图2是按照本发明的实施例构建的在直角处，使用单端样条过渡的示意图；

图3是按照本发明的实施例构建的优化指令示意图，表示使用单段优化样条替换单段G代码；

图4是按照本发明的实施例构建的优化指令示意图，表示在两个G代码段之间插入优化指令，构建平滑的过渡样条；

图5是按照本发明的实施例构建的优化指令示意图，表示使用多段优化指令替换多端G代码指令，并且优化指令之间满足G1连续；

图6是按照本发明的实施例构建的优化指令示意图，表示在拐角处，使用单段优化指令替换多个G代码指令；

图7是按照本发明的实施例构建的优化指令示意图，表示使用单个优化指令逼近多个G代码指令；

图8是按照本发明的实施例构建的优化指令示意图，表示使用单个优化指令替换多个G代码指令，并且优化指令与G代码之间满足G1连续。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种基于双代码联合作用的加工轨迹控制指令优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)设定待加工对象的理想加工轨迹，根据设定的理想加工轨迹生产G代码；

(c)根据所述区别特征，对于所述区别特征代码重新进行编写，并将编写后的代码插补到所述G代码中，获得新的加工代码，该新的加工代码使得实际加工轨迹与理想加工轨迹相同，至此实现加工轨迹的优化。

进一步地，在步骤(c)中，所述对于所述区别特征代码重新进行编写时，采用自定义的代码指令。

进一步地，在步骤(c)中，所述新的加工代码加工时，数控系统需同时能识别所述G代码以及插补的代码。

进一步地，在步骤(a)中，所述G代码遵循ISO6983标准，为标准的数控控制代码。

进一步地，在步骤(a)中，所述G代码通过数控机床中自动生成。

进一步地，在步骤(b)中，所述区别特征为一个或多个。

下面将结合具体的实施例进一步说明本发明。

如图2所示，理想的加工轨迹是样条，G代码对应的加工轨迹是直角，本实施例中采用Hermite样条对区别特征对应的代码进行改写。

自定义的Hermite样条指令格式如下：

N## IHSPLINE{##……} SEGS/SEG/SEGE RATIO##/POS{##……}/DS##

上述指令中关键字介绍：

##：表示数值

N：程序段行号，表述本行指令应该作用于原本第一代码的位置，属于与第一代码的关联信息。

IHSPLINE：Hermite样条构造关键字，表示本段样条为Hermite样条，{##……}内为端矢各分量值，表示该端点的切矢方向，属于样条切矢信息。

SEGS/SEG/SEGE：样条构造端点信息关键字，这三个关键字属于一组关键字，组内互斥，其具体意义如下：

SEGS：样条构造起始端点的关键字，表示本行指令表示的指令点为Hermite样条的起点，属于样条位置信息。

SEG：样条构造中间端点关键字，表示本行指令表示的指令点为Hermite样条的中间点，本指令点的切矢确定两个切矢方向，上一段终点切矢与下一段起点切矢，属于样条位置信息。

SEGE：样条构造终止端点的关键字，表示本行指令表示的指令点为Hermite样条的终点，属于样条位置信息。

RATIO/POS/DS：样条构造位置信息表示方式关键字，这三个关键字属于一组关键字，组内互斥，其具体意义如下：

RATIO：使用百分比的方式表示端点位置，##表示构造样条的端点与程序段起点的距离和程序段长度的比例。

POS：直接用坐标的方式表示端点位置，{##……}表示构造样条的端点坐标，数值为当前坐标系下的位置(顺序为X,Y,Z,A,B,C)。

DS：直接绝对距离的方式表示端点位置，##表示构造样条的端点与程序段起点距离。

对于图2中的直角，其G代码如下：

N4 1.0 0.0 0.0

N5 1.0 1.0 0.0

采用上述自定义的指令改写后的代码如下：

N4.0 IHSPLINE{0.1，0.0，0.0} SEGS RATIO0.5

N5.0 IHSPLINE{0.0，1.0，0.0} SEGE POS{1.0，0.5，0}

表示，N3-N4一半的位置为样条起点，起点切矢方向(0.1，0.0，0.0)；点(1.0，0.5，0)为样条终点，终点切矢方向(0.0，1.0，0.0})，其对比结果如图2。

采用上述以Hermite样条指令改写的G代码的构造实例，在实际加工过程各种情形下，具体的Hermite样条的生效方式是怎样的。

(1)如图3所示，将直线N_i-1N_i使用单段样条替换。

(2)如图4所示，将两点V1和V2之间采用样条连接，即两段线段之间用单段样条光滑过渡连接；

(3)多个线段之间使用单段样条平滑，如图6所示，在大拐角处，使用单段样条逼近替换多个小线段；如图7、8所示，使用单段样条替换多端小线段。

(4)连续多段样条连接满足连续性要求实例，如图5，表示相接样条之间满足G1连续；如图8，样条与G代码之间满足G1连续。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于双代码联合作用的加工轨迹控制指令优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述对于所述区别特征代码进行改写时，采用自定义的代码指令。

3.如权利要求1所述的一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述新的加工代码加工时，数控系统需同时能识别所述G代码以及改写的代码。

4.如权利要求1所述的一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述改写的代码中包括加工轨迹的位置、切矢方向、样条类型参数中一种或多种。

5.如权利要求1所述的一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述G代码遵循ISO6983标准，为标准的数控控制代码。

6.如权利要求1所述的一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述G代码通过数控机床中自动生成。

7.如权利要求1所述的一种基于双代码联合作用的样条轨迹控制指令优化方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述区别特征为一个或多个。