CN111880484B - 一种数控机床加工前瞻处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数控机床前瞻处理加工方法及系统。采用分组前瞻处理方法，在保持已有前瞻处理优点，即使得整个加工过程具有预见性，不会因为突然的过大的加、减速而产生机床振动，提高了被加工产品的精度并可延长机床的使用寿命的基础上结合拐角多周期过渡的方法，能够整体上提高机床的加工速度，从而有效提高生产效率，尤其采用分组前瞻的方法既可以提高前瞻处理的实时性，满足数控系统实时加工的需求，又保证了较高的整体加工速度的优势。

Description

一种数控机床加工前瞻处理方法及系统

技术领域

本发明涉及数控机床数字控制领域，特别是涉及一种数控机床前瞻处理加工方法及系统。

背景技术

数控机床在加工复杂曲面时，通常是在设定的加工精度范围内，把被加工曲面离散为大量的空间小直线段。在对小直线段进行加工过程中，数控机床的加工速度与加工精度互相制约。因为实际加工时，数控机床的加工方向要频繁改变，造成机床也频繁启停，限制了加工速度，同时容易产生振动，从而影响到被加工曲面的加工精度和表面光洁度。在保证加工精度的条件下，为了提高加工速度，有很多拐角过渡算法，其中满足高速高精加工的典型算法是最优拐角过渡插补算法，是基于机床各个驱动轴的最大加减速能力确定拐角处的过渡曲线，并且可以满足直线段两端速度的可达性。

在实际加工时，需要对拐角过渡的速度进行前瞻处理，即每条直线段的起始和终止速度需要满足可达性的条件。之前的前瞻处理算法是采用回溯方法进行全局整体前瞻：即当发现直线段两端速度不满足可达性时，根据终点速度调整直线段起始点速度，并依次往回判断直线段的可达性，直到满足可达性条件为止。由于前瞻处理需要满足机床实时加工的要求，回溯处理会占用较多的计算时间，不利于机床实时加工，同时前瞻段数也会降低，影响加工的整体效率。还有一种算法是对m段直线段分为一组，第一个直线段的起始速度和第m个直线段的终点速度都是零，进行前向和反向的加速可达性判断。虽然避免了回溯占用的多余计算，但是每m段直线段需要速度降为零，也会影响加工速度。

发明内容

本发明提供一种数控机床前瞻处理加工方法及系统，能够提高加工速度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种数控机床前瞻处理加工方法，包括：

获取加工路径上每个拐角的拐角插补参数、机床各驱动轴最大加速度、直线段路径参数和最大加工误差；

根据所述加工路径上每个拐角的拐角插补参数、所述机床各驱动轴最大加速度、所述直线段路径参数和所述最大加工误差判断直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整。

可选的，所述根据所述加工路径上每个拐角的拐角插补参数、所述机床各驱动轴最大加速度、所述直线段路径参数和所述最大加工误差判断直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整，具体包括：

根据数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定所述直线段加工路径上的一个保守加速度a_i,min＝min(a_xm,a_ym,a_zm,a_Am,a_Bm)；

根据数控系统存储空间限制，选取N_d个直线段加工路径为一组，采用公式

计算达到最大速度的最大直线段数量，所述最大直线段数量为最大重叠前瞻段数；

其中，v_max为最大速度，d_i,min为第i个N_d组直线段中长度最短的直线段加工路径的长度，

为了简便，取d_i,min＝E，其中E表示最大加工误差；

根据所述数控机床各个驱动轴的最大加速度采用公式

确定各所述直线段加工路径达到的最大加速度a_m；

其中，a_xm、a_ym、a_zm、a_Am、a_Bm分别表示数控机床五个驱动轴的最大加速度，

式中，下标序号j分别表示数控机床五个驱动轴，即j＝(x,y,z,A,B)；Δx、Δy、Δz、ΔA、ΔB分别表示该小直线段终点对应的G01代码相对起点对应的G01代码的x,y,z,A,B五个驱动轴的各自增量；

从第i组的N_d个直线段的第一条直线段开始依次正向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足正向加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线末端的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到直线段的两端速度满足加速度可达性要求为止；同时对被调整拐角速度的该拐角的除拐角加速度外的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

从第i组的N_d个直线段的最末一条直线段开始依次反向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线起点的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到两端速度满足可达性要求为止；同时对被调整拐角速度除拐角加速度外的该拐角的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

对第i组数据，从第N_d-N_d,0个直线段开始顺序向前对N_d个直线段进行正向和反向加速可达性判断，其中，第N_d-N_d,0个直线段的起始速度为零，第2N_d-N_d,0个直线段的终止速度为零；

根据前瞻后的重叠部分的N_d,0个直线段，取两次前瞻最高速度作为该重合部分直线段的最终前瞻速度。

一种数控机床前瞻处理加工系统，包括：

加工速度获取模块，用于获取加工路径上每个拐角的拐角插补参数、机床各驱动轴最大加速度、直线段路径参数和最大加工误差；

前瞻处理模块，用于根据所述加工路径上每个拐角的拐角插补参数、所述机床各驱动轴最大加速度、所述直线段路径参数和所述最大加工误差判断直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整。

可选的，所述前瞻处理模块，具体包括：

第一最大加速度确定单元，用于根据数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定所述直线段加工路径可达到的一个保守加速度a_i,min＝min(a_xm,a_ym,a_zm,a_Am,a_Bm)；

最大直线段数量计算单元，用于根据数控系统存储空间限制，选取N_d个直线段加工路径为一组，采用公式

计算达到最大速度的最大直线段数量，所述最大直线段数量为最大重叠前瞻段数；

其中，v_max为最大速度，d_i,min为第i个N_d组直线段中长度最短的直线段加工路径的长度，

为了简便，d_i,min＝E，其中E表示最大加工误差；

第二最大加速度确定单元，用于根据所述数控机床各个驱动轴的最大加速度采用公式

确定各所述直线段加工路径达到的最大加速度a_m；

其中，a_xm、a_ym、a_zm、a_Am、a_Bm分别表示数控机床五个驱动轴的最大加速度，

式中，下标序号j分别表示数控机床五个驱动轴，即j＝(x,y,z,A,B)；Δx、Δy、Δz、ΔA、ΔB分别表示该小直线段终点对应的G01代码相对起点对应的G01代码的x,y,z,A,B五个驱动轴的各自增量；

第一加速可达性判断单元，用于从第i组的N_d个直线段的第一条直线段开始依次正向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足正向加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线末端的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到直线段的两端速度满足加速度可达性要求为止；同时对被调整拐角速度的该拐角的除拐角加速度外的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

第二加速可达性判断单元，用于从第i组的N_d个直线段的最末一条直线段开始依次反向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线起点的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到两端速度满足可达性要求为止；同时对被调整拐角速度除拐角加速度外的该拐角的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

第三加速可达性判断单元，用于对第i组数据，从第N_d-N_d,0个直线段开始顺序向前对N_d个直线段进行正向和反向加速可达性判断，其中，第N_d-N_d,0个直线段的起始速度为零，第2N_d-N_d,0个直线段的终止速度为零；

最终前瞻速度确定单元，用于根据前瞻后的重叠部分的N_d,0个直线段，取两次前瞻最高速度作为该重合部分直线段的最终前瞻速度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明采用分组前瞻处理方法，在保持已有前瞻处理优点(使得整个加工过程具有预见性，不会因为突然的过大的加、减速而产生机床振动，提高了被加工产品的精度并可延长机床的使用寿命)的基础上结合拐角多周期过渡的方法，能够整体上提高机床的加工速度，从而有效提高生产效率，尤其采用分组前瞻的方法既可以提高前瞻处理的实时性，满足数控系统实时加工的需求，又保证了较高的整体加工速度的优势。

本发明方法中的操作步骤比较简单，且所有计算都是线性运算，复杂度低，运算速度快，能满足数控系统的实时加工要求，故适应性强。

再者，本发明具有很好的通用性能，只需改变数控系统的外部控制参数(例如最大前瞻段数、最大重叠前瞻段数等)，就可实现对前瞻计算速度和整体前瞻加工速度的均衡调整。因此，本发明具有很好的推广应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明数控机床前瞻处理加工方法流程图；

图2为本发明多周期拐角过渡示意图；

图3为本发明圆弧离散成小直线段示意图；

图4为本发明分组前瞻处理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种数控机床前瞻处理加工方法及系统，能够提高加工速度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提出的一种数控机床前瞻处理加工方法及系统是基于多周期最优拐角过渡的思路，具体是把原来在一个插补周期实现的拐角处加工速度方向的改变分散到多个插补周期中逐渐改变的一种加工方式，用于提高拐角处受限于机床各驱动轴的最大加速度和被加工路径拐角处几何参数的拐角速度。这里的拐角是加工路径中不在同一直线上的两个相邻小直线段的连接点(如图2中P点)。图2为本发明多周期拐角过渡示意图。ε是拐角多周期过渡的实际插补路径偏离原始路径产生的误差。插补是机床数控系统依照设定方法确定刀具运动轨迹的过程，即按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也被称为“数据点的密化”。插补周期是把加工一个小直线段的全部时间分成的多个相等的单位时间间隔T，每个插补周期T完成一次插补计算和加工。直线上插补是仍然在原始加工路径上的插补过程。拐角处插补则是根据该拐角的最优拐角插补参数确定在该拐角附近插补时的插补点序列的插补过程，图1中的折线SP-PE表示原始加工路径，折线SA-AB-BC-CE表示本发明采用拐角多周期过渡方法时拐角处的插补路径。点S是拐角插补的开始位置，点E是拐角插补的结束位置，P是拐角。

最优拐角插补参数包括拐角多周期过渡时的下述六个加工参数：

拐角的过渡时间是改变拐角速度方向所用的插补时间，该数值根据拐角过渡的最大误差、拐角加速度等确定，且在后续操作步骤中，该数值会进行相应调整。

两个拐角速度，其中拐角前速度(用V₁表示)是在拐角处插补开始时的加工速度，拐角后速度(用V₂表示)是在拐角处插补结束时的加工速度。

两个拐角距离，其中拐角开始距离(图2中的SP)时拐角插补的开始位置与拐角的距离，拐角结束距离(图2中的EP)是拐角插补的结束位置与拐角的距离。

拐角加速度用A_n表示，具体是指在一个插补周期内，由拐角前速度过渡到拐角后速度所需的数控机床各驱动轴加速度的矢量和。

需要说明的是，上述各个字符的涵义在后续使用时，意义相同。

图1为本发明数控机床前瞻处理加工方法流程图。如图1所示，一种数控机床前瞻处理加工方法包括：

步骤101：获取加工路径上每个拐角的拐角插补参数、机床各驱动轴最大加速度、直线段路径参数和最大加工误差；

步骤102：根据所述加工路径上每个拐角的拐角插补参数、所述机床各驱动轴最大加速度、所述直线段路径参数和所述最大加工误差判断直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整，具体包括：

步骤1021：根据数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定所述直线段加工路径可达到的一个保守加速度a_i,min＝min(a_xm,a_ym,a_zm,a_Am,a_Bm)；

步骤1022：根据数控系统存储空间限制，选取N_d个直线段加工路径为一组，采用公式

计算达到最大速度的最大直线段数量，所述最大直线段数量为最大重叠前瞻段数；

其中，v_max为最大速度，d_i,min为第i个N_d组直线段中长度最短的直线段加工路径的长度，

为了简便，d_i,min＝E，其中E表示最大加工误差；

步骤1023：根据所述数控机床各个驱动轴的最大加速度采用公式

确定各所述直线段加工路径达到的最大加速度a_m；

其中，a_xm、a_ym、a_zm、a_Am、a_Bm分别表示数控机床五个驱动轴的最大加速度，

式中，下标序号j分别表示数控机床五个驱动轴，即j＝(x,y,z,A,B)；Δx、Δy、Δz、ΔA、ΔB分别表示该小直线段终点对应的G01代码相对起点对应的G01代码的x,y,z,A,B五个驱动轴的各自增量；

步骤1024：从第i组的N_d个直线段的第一条直线段开始依次正向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足正向加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线末端的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到直线段的两端速度满足加速度可达性要求为止；同时对被调整拐角速度的该拐角的除拐角加速度外的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

步骤1025：从第i组的N_d个直线段的最末一条直线段开始依次反向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线起点的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到两端速度满足可达性要求为止；同时对被调整拐角速度除拐角加速度外的该拐角的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

步骤1026：对第i组数据，从第N_d-N_d,0个直线段开始顺序向前对N_d个直线段进行正向和反向加速可达性判断，其中，第N_d-N_d,0个直线段的起始速度为零，第2N_d-N_d,0个直线段的终止速度为零；

步骤1027：根据前瞻后的重叠部分的N_d,0个直线段，取两次前瞻最高速度作为该重合部分直线段的最终前瞻速度。图4为本发明分组前瞻处理示意图。

对应于一种数控机床前瞻处理加工方法，本发明还提供一种数控机床前瞻处理加工系统，该系统包括：

加工速度获取模块，用于获取加工路径上每个拐角的拐角插补参数、机床各驱动轴最大加速度、直线段路径参数和最大加工误差；

前瞻处理模块，用于根据所述加工路径上每个拐角的拐角插补参数、所述机床各驱动轴最大加速度、所述直线段路径参数和所述最大加工误差判断直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整。

所述前瞻处理模块，具体包括：

第一最大加速度确定单元，用于根据数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定所述直线段加工路径可达到的最大加速度a_i,min＝min(a_xm,a_ym,a_zm,a_Am,a_Bm)；

最大直线段数量计算单元，用于根据数控系统存储空间限制，选取N_d个直线段加工路径为一组，采用公式

计算达到最大速度的最大直线段数量，所述最大直线段数量为最大重叠前瞻段数；

其中，v_max为最大速度，d_i,min为第i个N_d组直线段中长度最短的直线段加工路径的长度，

为了简便，d_i,min＝E，其中E表示最大加工误差；

第二最大加速度确定单元，用于根据所述数控机床各个驱动轴的最大加速度采用公式

确定各所述直线段加工路径达到的最大加速度a_m；

其中，a_xm、a_ym、a_zm、a_Am、a_Bm分别表示数控机床五个驱动轴的最大加速度，

式中，下标序号j分别表示数控机床五个驱动轴，即j＝(x,y,z,A,B)；Δx、Δy、Δz、ΔA、ΔB分别表示该小直线段终点对应的G01代码相对起点对应的G01代码的x,y,z,A,B五个驱动轴的各自增量；

第一加速可达性判断单元，用于从第i组的N_d个直线段的第一条直线段开始依次正向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足正向加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线末端的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到直线段的两端速度满足加速度可达性要求为止；同时对被调整拐角速度的该拐角的除拐角加速度外的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

第二加速可达性判断单元，用于从第i组的N_d个直线段的最末一条直线段开始依次反向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线起点的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到两端速度满足可达性要求为止；同时对被调整拐角速度除拐角加速度外的该拐角的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

第三加速可达性判断单元，用于对第i组数据，从第N_d-N_d,0个直线段开始顺序向前对N_d个直线段进行正向和反向加速可达性判断，其中，第N_d-N_d,0个直线段的起始速度为零，第2N_d-N_d,0个直线段的终止速度为零；

最终前瞻速度确定单元，用于根据前瞻后的重叠部分的N_d,0个直线段，取两次前瞻最高速度作为该重合部分直线段的最终前瞻速度。

实施例1：

采用本发明能够对数控机床进行加工，一种数控机床加工方法包括：

步骤11：获取多个直线段加工路径，具体包括：

获取加工路径。

判断所述加工路径是否为圆弧路径。

若是，则根据加工误差确定离散直线段所对应的圆弧角度。

获取圆弧对应的圆心角。

根据所述圆弧角度和所述圆心角将离散后的最后一个残留直线段进行全局线段长度均分，得到N段直线段加工路径。

若否，则表示加工路径是直线段，直接保存当前直线段加工路径。

图3为本发明圆弧离散成小直线段示意图。对于圆弧路径，基于指定加工误差E，用大量微小直线段逼近被插补圆弧(参见图3)，最终全部加工代码均是直线段路径，即G01格式；本发明用于数控系统多周期最优拐角插补的分组前瞻处理方法适用于G01、G02和G03格式的加工代码，其中，G01代码表示直线段，G02和G03表示圆弧路径。

完成下述操作内容：

根据加工误差E确定离散直线段所对应的圆弧角度α，

式中，r是圆弧半径。

对离散后的最后一个残留直线段进行全局线段长度均分。

式中，Δθ是圆弧对应的圆心角大小，

是均分后的离散直线对应的圆弧角度。

步骤12：获取加工精度、最大加工速度、加工路径上拐角处的几何参数和数控机床各个驱动轴的最大加速度；

步骤13：根据各所述直线段加工路径、所述加工精度、所述最大加工速度、所述几何参数和所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，以拐角前速度和拐角后速度之和为最大为优化目标，确定加工路径上的每个拐角多周期过渡的最优拐角插补参数，所述最优拐角插补参数包括：拐角加速度、拐角前速度、拐角后速度、拐角过渡时间、拐角前距离和拐角后距离。

该步骤13具体包括：

步骤131：根据所述几何参数和所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定各所述直线段加工路径当前拐角在一个插补周期内的拐角加速度的取值范围。

步骤132：根据所述取值范围以拐角前速度和拐角后速度都不能小于零为前提条件，确定当前拐角加速度的实际取值范围。

步骤1033：根据所述实际取值范围以拐角前速度和拐角后速度之和为最大为优化目标，确定当前拐角加速度。

步骤134：根据拐角处的加工精度，确定拐角过渡时间，具体包括：

根据拐角处的加工精度采用公式

确定拐角过渡时间。

其中，t为拐角过渡时间，E为拐角处的加工精度，A_n为拐角加速度。

步骤135：根据所述当前拐角加速度和所述拐角过渡时间，分别确定所述当前拐角的拐角前速度、拐角后速度、拐角前距离和拐角后距离。

步骤136：分别判断所述拐角前速度和拐角后速度是否均大于最大加工速度。

步骤137：若是，则按比例调整当前拐角的过渡时间，使所述拐角前速度和所述拐角后速度都满足不大于所述最大加工速度要求。

步骤138：根据调整后的过渡时间按比例做相应调整所述拐角前距离和所述拐角后距离。

步骤139：若否，则不对当前拐角的最优拐角插补参数做调整。

步骤13还包括步骤140：对每个拐角根据加工顺序执行上述步骤131-139的操作，直到所有待加工小直线段均完成其拐角处最优拐角插补参数的确定，并保存最终得到的各个拐角的最优拐角插补参数。

步骤14：以各所述直线段加工路径的两端加工速度满足可达性要求为原则，对各所述最优拐角插补参数进行调整。这一步骤为进行前瞻处理步骤。具体包括：

步骤141：根据所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定所述直线段加工路径可达到的一个保守加速度a_i,min＝min(a_xm,a_ym,a_zm,a_Am,a_Bm)。

步骤142：根据数控系统存储空间限制，选取N_d个直线段加工路径为一组，采用公式

计算达到最大速度的最大直线段数量，即最大前瞻重叠段数。

其中，v_max为最大速度，d_min为第i个N_d组直线段中长度最短的直线段加工路径的长度，

为了简便，，一般选取d_i,min＝E，其中E表示最大加工误差。

步骤143：根据所述数控机床各个驱动轴的最大加速度采用公式

确定各所述直线段加工路径达到的最大加速度a_m。

其中，a_xm、a_ym、a_zm、a_Am、a_Bm分别表示数控机床五个驱动轴的最大加速度，

式中，下标序号j分别表示数控机床五个驱动轴，即j＝(x,y,z,A,B)；Δx、Δy、Δz、ΔA、ΔB分别表示该小直线段终点对应的G01代码相对起点对应的G01代码的x,y,z,A,B五个驱动轴的各自增量。

步骤144：从第i组的N_d个直线段的第一条直线段开始依次正向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足正向加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线末端的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到直线段的两端速度满足加速度可达性要求为止；同时对被调整拐角速度的该拐角的除拐角加速度外的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整。该步骤可达性判断为即在该小直线段实际插补长度范围内，其起点速度大于终点速度，或者起点速度小于终点速度但能够以该直线段插补时的最大加速度通过加速方式达到终点速度。

步骤145：从第i组的N_d个直线段的最末一条直线段开始依次反向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线起点的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到两端速度满足可达性要求为止；同时对被调整拐角速度除拐角加速度外的该拐角的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整。

步骤146：对第i组数据，从第N_d-N_d,0个直线段开始顺序向前对N_d个直线段进行正向和反向加速可达性判断，其中，第N_d-N_d,0个直线段的起始速度为零，第2N_d-N_d,0个直线段的终止速度为零。

步骤147：根据前瞻后的重叠部分的N_d,0个直线段，取两次前瞻最高速度作为该重合部分直线段的最终前瞻速度。

步骤15：根据各所述最优拐角插补参数，确定对应直线段加工路径的插补点序列和拐角的插补点序列，具体包括：

步骤151：顺序读取一个待插补直线段加工路径，确定当前所述直线段上插补的插补点序列。根据直线段起始速度和终止速度：前述步骤已经调整好的起点拐角处的拐角后速度和终点拐角处的拐角前速度，先计算在该直线段上插补时以直线加减速方式运动时所能达到的最大速度V_mm，该V_mm数值不能大于最大加工速度v_max；再计算该直线段上的插补时间(包括加速时间、匀速时间和减速时间)，最后，根据该直线段的起始速度、加速方式和相应加速方式下的时间进行该直线段的插补，并输出该直线段的插补点序列。

步骤152：根据拐角过渡插补参数，确定当前拐角处插补的插补点序列。

对所有的待插补的小直线段重复执行步骤151和152的操作，直到所有的待插补微小直线段全部插补完毕。

步骤16：根据所述直线段的插补点序列和所述拐角的插补点序列，驱动数控机床加工。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种数控机床前瞻处理加工方法，其特征在于，包括：

获取加工路径上每个拐角的拐角插补参数、机床各驱动轴最大加速度、直线段路径参数和最大加工误差；

根据所述加工路径上每个拐角的拐角插补参数、所述机床各驱动轴最大加速度、所述直线段路径参数和所述最大加工误差判断直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整；

在所述获取加工路径上每个拐角的拐角插补参数、机床各驱动轴最大加速度、直线段路径参数和最大加工误差之前，还包括：

获取多个直线段加工路径，具体包括：

获取加工路径；

判断所述加工路径是否为圆弧路径；

若是，则根据加工误差确定离散直线段所对应的圆弧角度；

获取圆弧对应的圆心角；

根据所述圆弧角度和所述圆心角将离散后的最后一个残留直线段进行全局线段长度均分，得到N段直线段加工路径；

若否，则表示加工路径是直线段，直接保存当前直线段加工路径；

所述根据所述加工路径上每个拐角的拐角插补参数、所述机床各驱动轴最大加速度、所述直线段路径参数和所述最大加工误差判断直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整，具体包括：

根据各所述直线段加工路径、加工精度、最大加工速度、几何参数和所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，以拐角前速度和拐角后速度之和为最大为优化目标，确定加工路径上的每个拐角多周期过渡的最优拐角插补参数，所述最优拐角插补参数包括：拐角加速度、拐角前速度、拐角后速度、拐角过渡时间、拐角前距离和拐角后距离，具体包括：

根据所述几何参数和所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定各所述直线段加工路径当前拐角在一个插补周期内的拐角加速度的取值范围；

根据所述取值范围以拐角前速度和拐角后速度都不能小于零为前提条件，确定当前拐角加速度的实际取值范围；

根据所述实际取值范围以拐角前速度和拐角后速度之和为最大为优化目标，确定当前拐角加速度；

根据拐角处的加工精度，确定拐角过渡时间，具体包括：

根据拐角处的加工精度采用公式

确定拐角过渡时间；

其中，t为拐角过渡时间，ε为拐角处的加工精度，A_n为拐角加速度；

根据所述当前拐角加速度和所述拐角过渡时间，分别确定所述当前拐角的拐角前速度、拐角后速度、拐角前距离和拐角后距离；

分别判断所述拐角前速度和拐角后速度是否均大于最大加工速度；

若是，则按比例调整当前拐角的过渡时间，使所述拐角前速度和所述拐角后速度都满足不大于所述最大加工速度要求；

根据调整后的过渡时间按比例做相应调整所述拐角前距离和所述拐角后距离；

若否，则不对当前拐角的最优拐角插补参数做调整；

对每个拐角根据加工顺序执行上述操作，直到所有待加工小直线段均完成其拐角处最优拐角插补参数的确定，并保存最终得到的各个拐角的最优拐角插补参数；

以各所述直线段加工路径的两端加工速度满足可达性要求为原则，对各所述最优拐角插补参数进行调整。

2.根据权利要求1所述的数控机床前瞻处理加工方法，其特征在于，所述判断所述直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整，具体包括：

根据数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定所述直线段加工路径可达到的一个保守加速度a_i,min＝min(a_xm,a_ym,a_zm,a_Am,a_Bm)；

根据数控系统存储空间限制，选取N_d个直线段加工路径为一组，采用公式

计算达到最大速度的最大直线段数量，所述最大直线段数量为最大重叠前瞻段数；

其中，v_max为最大速度，d_i,min为第i个N_d组直线段中长度最短的直线段加工路径的长度，

为了简便，d_i,min＝E，其中E表示最大加工误差；

根据所述数控机床各个驱动轴的最大加速度采用公式

确定各所述直线段加工路径达到的最大加速度a_m；

其中，a_xm、a_ym、a_zm、a_Am、a_Bm分别表示数控机床五个驱动轴的最大加速度，

式中，下标序号j分别表示数控机床五个驱动轴，即j＝(x,y,z,A,B)；Δx、Δy、Δz、ΔA、ΔB分别表示该小直线段终点对应的G01代码相对起点对应的G01代码的x,y,z,A,B五个驱动轴的各自增量；

从第i组的N_d个直线段的第一条直线段开始依次正向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足正向加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线末端的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到直线段的两端速度满足加速度可达性要求为止；同时对被调整拐角速度的该拐角的除拐角加速度外的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

从第i组的N_d个直线段的最末一条直线段开始依次反向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线段 起点的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到两端速度满足可达性要求为止；同时对被调整拐角速度除拐角加速度外的该拐角的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

对第i组数据，从第N_d-N_d,0个直线段开始顺序向前对N_d个直线段进行正向和反向加速可达性判断，其中，第N_d-N_d,0个直线段的起始速度为零，第2N_d-N_d,0个直线段的终止速度为零；

根据前瞻后的重叠部分的N_d,0个直线段，取两次前瞻最高速度作为该重叠部分直线段的最终前瞻速度。

3.一种数控机床前瞻处理加工系统，其特征在于，包括：

加工速度获取模块，用于获取加工路径上每个拐角的拐角插补参数、机床各驱动轴最大加速度、直线段路径参数和最大加工误差；

前瞻处理模块，用于根据所述加工路径上每个拐角的拐角插补参数、所述机床各驱动轴最大加速度、所述直线段路径参数和所述最大加工误差判断直线段两端加工速度是否满足可达性要求，对直线段两端拐角最优拐角插补参数进行调整；

在执行所述加工速度获取模块之前，还包括：

获取多个直线段加工路径，具体包括：

获取加工路径；

判断所述加工路径是否为圆弧路径；

若是，则根据加工误差确定离散直线段所对应的圆弧角度；

获取圆弧对应的圆心角；

根据所述圆弧角度和所述圆心角将离散后的最后一个残留直线段进行全局线段长度均分，得到N段直线段加工路径；

若否，则表示加工路径是直线段，直接保存当前直线段加工路径；

所述前瞻处理模块，具体包括：

根据各所述直线段加工路径、加工精度、最大加工速度、几何参数和所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，以拐角前速度和拐角后速度之和为最大为优化目标，确定加工路径上的每个拐角多周期过渡的最优拐角插补参数，所述最优拐角插补参数包括：拐角加速度、拐角前速度、拐角后速度、拐角过渡时间、拐角前距离和拐角后距离，具体包括：

根据所述几何参数和所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定各所述直线段加工路径当前拐角在一个插补周期内的拐角加速度的取值范围；

根据所述取值范围以拐角前速度和拐角后速度都不能小于零为前提条件，确定当前拐角加速度的实际取值范围；

根据所述实际取值范围以拐角前速度和拐角后速度之和为最大为优化目标，确定当前拐角加速度；

根据拐角处的加工精度，确定拐角过渡时间，具体包括：

根据拐角处的加工精度采用公式

确定拐角过渡时间；

其中，t为拐角过渡时间，ε为拐角处的加工精度，A_n为拐角加速度；

根据所述当前拐角加速度和所述拐角过渡时间，分别确定所述当前拐角的拐角前速度、拐角后速度、拐角前距离和拐角后距离；

分别判断所述拐角前速度和拐角后速度是否均大于最大加工速度；

若是，则按比例调整当前拐角的过渡时间，使所述拐角前速度和所述拐角后速度都满足不大于所述最大加工速度要求；

根据调整后的过渡时间按比例做相应调整所述拐角前距离和所述拐角后距离；

若否，则不对当前拐角的最优拐角插补参数做调整；

对每个拐角根据加工顺序执行上述操作，直到所有待加工小直线段均完成其拐角处最优拐角插补参数的确定，并保存最终得到的各个拐角的最优拐角插补参数；

以各所述直线段加工路径的两端加工速度满足可达性要求为原则，对各所述最优拐角插补参数进行调整。

4.根据权利要求3所述的数控机床前瞻处理加工系统，其特征在于，所述前瞻处理模块，具体包括：

第一最大加速度确定单元，用于根据数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定所述直线段加工路径可达到的一个保守加速度a_i,min＝min(a_xm,a_ym,a_zm,a_Am,a_Bm)；

最大直线段数量计算单元，用于根据数控系统存储空间限制，选取N_d个直线段加工路径为一组，采用公式

计算达到最大速度的最大直线段数量，所述最大直线段数量为最大重叠前瞻段数；

其中，v_max为最大速度，d_i,min为第i个N_d组直线段中长度最短的直线段加工路径的长度，

为了简便，d_i,min＝E，其中E表示最大加工误差；

第二最大加速度确定单元，用于根据所述数控机床各个驱动轴的最大加速度采用公式

确定各所述直线段加工路径达到的最大加速度a_m；

其中，a_xm、a_ym、a_zm、a_Am、a_Bm分别表示数控机床五个驱动轴的最大加速度，

式中，下标序号j分别表示数控机床五个驱动轴，即j＝(x,y,z,A,B)；Δx、Δy、Δz、ΔA、ΔB分别表示该小直线段终点对应的G01代码相对起点对应的G01代码的x,y,z,A,B五个驱动轴的各自增量；

第一加速可达性判断单元，用于从第i组的N_d个直线段的第一条直线段开始依次正向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足正向加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线段 末端的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到直线段的两端速度满足加速度可达性要求为止；同时对被调整拐角速度的该拐角的除拐角加速度外的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

第二加速可达性判断单元，用于从第i组的N_d个直线段的最末一条直线段开始依次反向对每个小直线段的两端速度进行加速可达性判断，对于不满足加速可达性要求的小直线段，通过降低该小直线起点的拐角过渡时间来降低拐角速度，直到两端速度满足可达性要求为止；同时对被调整拐角速度除拐角加速度外的该拐角的其他最优拐角插补参数也根据新的过渡时间做相应调整；

第三加速可达性判断单元，用于对第i组数据，从第N_d-N_d,0个直线段开始顺序向前对N_d个直线段进行正向和反向加速可达性判断，其中，第N_d-N_d,0个直线段的起始速度为零，第2N_d-N_d,0个直线段的终止速度为零；

最终前瞻速度确定单元，用于根据前瞻后的重叠部分的N_d,0个直线段，取两次前瞻最高速度作为该重叠部分直线段的最终前瞻速度。

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