CN112666895A - 一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，通过获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码；将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。本发明通过第二代码中与第一代码关联信息，更改原本第一代码提供的速度规划区间划分以及速度规划具体数值指令信息，无第二代码速度指令的程序段区间速度依然采用第一代码速度规划方法。解决了现有技术中，速度预处理的结果存在缺陷和速度规划细节对用户不可见的问题，还解决了传统规划算法会导致循环层切程序速度横向不一致问题。

Description

一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法和系统

技术领域

本发明涉及的是数控加工领域,特别涉及一种基于双代码联合作用的速度规划方法和系统。

背景技术

在数控加工领域，为了使机床在运动过程中加减速平滑，在机床启动或者在指令衔接段不产生冲击、震动，一般使用S形曲线加减速算法控制机床运动。在数控系统实际过程中，一般采用前瞻的方式，前瞻多段代码，可近似认为该前瞻段为一种局部的G代码信息，根据前瞻信息计算出区域内速度敏感程序段，再利用S形加减速完成程序段间的速度衔接。这种解决方式在实际工程中应用较多，但前瞻式局部规划与针对全局考虑的速度规划仍然有区别。

当前数控加工的主流方式，通常是用户在G代码程序中设定一个固定的进给速度，进给速度是综合整个程序的进给速度，但实际系统在处理G代码时，该进给速度对于数控系统只是一个速度的参考值，实际加工速度却是由数控装置的速度前瞻预处理模块确定，并且实际系统预处理计算出的速度流程对于用户来说是一个黑盒，系统内部在加工过程中实时规划，但是在某些应用场景为了在不影响加工精度前提下，需要尽量提高加工效率，且需要实现加减速过程可编程，即直接参与速度规划的实现。

当前市面基本上所有数控系统的速度前瞻预处理与规划实现都不对用户开放。数控系统在速度预处理器中，直接根据G代码相邻程序段的信息与机床约束等条件计算出各个程序段的进给速度规划值，将该速度规划值与G代码其他程序段信息一起输入到速度规划器中，速度规划器根据前瞻预处理计算出程序段的速度规划值，利用S形加减速完成衔接，之后送入插补器中，完成数控系统整个流程。该方法能保证在前瞻区域内的几何与驱动约束条件下的速度规划，但是由于计算处理能力与算法的限制，该方法只能考虑相邻的G代码程序段信息，无法全局处理整个速度的加减速策略。会导致多种加工情况下造成加工缺陷，特别是层切加工，在这种方式会导致循环程序在不同层加工速度不一致导致横向不一致的问题。除此之外，用户若希望提高加工效率时，无法针对某一加工区间进行速度规划，只能提高G代码中进给速度F值，导致全局速度提高，虽然提高了加工效率，但是对部分拐点或者其他容易造成加工缺陷的位置，可能造成加工缺陷，影响精度与表面光洁度。

综上所述，当前数控系统内部传统的速度规划方式存在以下问题：1、遗漏G代码的全局信息，速度预处理的结果存在缺陷。2、速度规划细节对用户不可见，用户不能直接参与速度规划编程。3、传统规划算法会导致循环层切程序速度横向不一致问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法和系统。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，包括：

S100.获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；

S200.对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；

S300.将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码；

S400.将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。

进一步地，S100中，第一代码为G代码，G代码信息至少包括：指令位置信息、速度信息、样条信息、流程控制信息。

进一步地，S200中，第二代码为辅助速度信息代码，至少包括速度大小信息、加速度信息、捷度信息、速度指令在第一代码中的作用位置信息。

进一步地，S200中，第二代码可以由软件离线生成，也可以由数控机床在线生成。

进一步地，当第二代码可以由软件离线生成时，具体方法为：软件获取第一代码，对第一代码进行仿真和离线优化，生成第二代码。

进一步地，S200中，得到基于第一代码的第二代码的具体过程为：

S201.获取第一代码中的轨迹信息，对轨迹信息平滑处理，生成轨迹平滑的位置指令；

S202.对轨迹信息进行约束计算；

S203.根据约束计算结果，对变速点进行分析识别；

S204.根据识别到的变速点，重新生成速度规划区间；

S205.根据重新生成速度规划区间，生成第二代码。

进一步地，S202中，对轨迹信息进行约束计算，包括对轨迹信息进行几何约束、物理约束和指令约束，对距离进行校验。

进一步地，S300中，第一代码和第二代码信息进行融合的方法为：获取第二代码信息，通过第二代码中与第一代码关联信息，更改原本第一代码提供的速度规划区间划分以及速度规划具体数值指令信息，无第二代码速度指令的程序段区间速度依然采用第一代码速度规划方法。

进一步地，第二代码中与第一代码关联信息，至少包括：第二代码与第一代码的所属关系信息，第二代码速度区间在第一代码中的位置信息。

本发明还公开了一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划系统，包括：第一代码生成模块、第二代码生成模块、速度规划模块、速度指令输出模块；其中：

第一代码生成模块，获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；

第二代码生成模块，对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；

速度规划模块，将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码；

速度指令输出模块，将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明公开了一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，通过获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码；将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。本发明通过第二代码中与第一代码关联信息，更改原本第一代码提供的速度规划区间划分以及速度规划具体数值指令信息，无第二代码速度指令的程序段区间速度依然采用第一代码速度规划方法。本发明解决了现有技术中，速度预处理的结果存在缺陷和速度规划细节对用户不可见，用户不能直接参与速度规划编程的问题，还解决了传统规划算法会导致循环层切程序速度横向不一致问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1中，一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法的流程图；

图2为本发明实施例1中，离线生成第二代码流程图；

图3为本发明实施例1中，在线生成第二代码流程图；

图4为本发明实施例1中，第一代码在线优化生成第二代码流程图；

图5为本发明实施例1中，单段变速第二代码示意图；

图6为本发明实施例1中，单段多个变速点第二代码示意图；

图7为本发明实施例2中，多段变速第二代码示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

本实施例公开了一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，如图 1，包括：

S100.获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码。

具体的，如图2，用户获取待加工工件模型，将其导入CAM软件，通过 CAM软件自动生成G代码作为第一代码。G代码信息至少包括：指令位置信息、速度信息、样条信息、流程控制信息。

S200.对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码。

具体的，第二代码为辅助速度信息代码，至少包括速度大小信息、加速度信息、捷度信息、速度指令在第一代码中的作用位置信息。

在本实施例中，第二代码可以由软件离线生成，如图2，也可以由数控机床在线生成，如图3。当第二代码由软件离线生成时，将获得的第一代码进行仿真，离线优化，生成第二代码。当第二代码由数控机床在线生成时，由数控机床在线优化，生成第二代码。

在本实施例中，得到基于第一代码的第二代码的具体过程为，如图4：

S201.获取第一代码中的轨迹信息，对轨迹信息平滑处理，生成轨迹平滑的位置指令；

S202.对轨迹信息进行约束计算；

S203.根据约束计算结果，对变速点进行分析识别；

S204.根据识别到的变速点，重新生成速度规划区间；

S205.根据重新生成速度规划区间，生成第二代码。

具体的，S202中，对轨迹信息进行约束计算，包括对轨迹信息进行几何约束、物理约束和指令约束，对距离进行校验。

S300.将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码。

具体的，在本实施例中，第一代码和第二代码信息进行融合的方法为：获取第二代码信息，通过第二代码中与第一代码关联信息，更改原本第一代码提供的速度规划区间划分以及速度规划具体数值指令信息，无第二代码速度指令的程序段区间速度依然采用第一代码速度规划方法。第二代码中与第一代码关联信息，至少包括：第二代码与第一代码的所属关系信息，第二代码速度区间在第一代码中的位置信息。

为了更好理解本实施例，下面对第二代码进行举例解释，第二代码的第二速度指令使用VP/VE表示变速点指令，并通过VP/VE及变速点确定变速区间，变速点起点终点需对应缺一不可。

具体的，第二代码的指令格式与关键字一般为N##VP{##,##}；N## VE{##,##}。

其中，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。

VP：一般作为第二类速度区间开始指令。VP关键字也可用于结束指令，用于第二速度区间结束指令时，即结束后续程序段保持该模态速度做第一类速度规划。

VE：一般作为第二类速度区间结束指令。第二速度区间结束后，区间结束速度值为结束模态速度，即系统速度恢复G代码中的速度做第一类速度规划速度值。

其中更具体的，VP/VE后的{##,##}分别表示{变速点比例，变速点速度} (指令中可包含1-4个变速点信息)。变速点比例以该比例拆分当前行的比例，比例范围[0,1]，以变速点比例拆分程序段后，根据第二类速度指令重新组合形成新的第二类速度规划的区间。

指令内可含1-4个变速点，指令中相邻两个变速点构成一个第二类速度规划的区间，若一个VP指令含奇数个变速点，最后一个变速点为其所确定的变速区间起点，终点则在下一个指令的第一个变速点，速度会从作为变速区间起点的变速点速度值，以S形过渡到变速点终点的变速点速度值。这里需要保证变速点两两对应。

实际使用中，根据线段拆分情况，可分为:

(1)、多段变速：第二速度指令变速起点VP与变速终点VE在不同段。

(2)、单段变速：第二速度规划指令变速起点VP与变速终点VE在同一段。

以及两者的组合。

(3)、多段+单段拆分：一个程序单段内，包含两个第二速度规划指令区间。

在实际加工过程中，各种情形下，具体的第二加工代码速度规划指令的生效方式。

单段单变速指令

单段G代码包含一组变速指令，包含一段第二类速度规划区间，以 NxVE{0.5,0,0.7,200}为例，变速起点指令比例为0.5，终点为0.7，速度为根据该段路径自适应的S型加减速规划，具体效果如下图5，其中实线为路径图，虚线为速度示意图，其中粗虚线为系统自带速度规划，细虚线为外部输入的第二类速度规划速度示意图，后文意义相同就不再说明。

单段多变速指令

单段G代码包含1组变速指令，指令包括三段第二类速度规划区间，以NxVE{0.1,0,0.4,200,0.6,200,0.9,50}为例，其中第一个变速区间的变速起点指令比例为0.1，终点为0.4，第二个变速区间的起点比例为0.4，终点为0.6，第三个变速区间起点为0.6，终点为0.9，速度为根据每段路径长度自适应的S型加减速规划。

多段变速指令

多段G代码包含一组变速指令，以Nx VE{0.5,0}Ny VE{0.7,200}为例，程序段Nx比例为0.5的位置作为变速起点，终点在程序段Ny比例为0.7的位置。变速起点速度为当前系统规划的速度(速度为0时代表以系统当前规划的速度为准)，变速点终点速度为外部第二类速度指令给定的速度，系统根据规划指令完成平滑S型加减速规划。

S400.将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。

本发明公开了一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，通过获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码；将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。本发明通过第二代码中与第一代码关联信息，更改原本第一代码提供的速度规划区间划分以及速度规划具体数值指令信息，无第二代码速度指令的程序段区间速度依然采用第一代码速度规划方法。本发明解决了现有技术中，速度预处理的结果存在缺陷和速度规划细节对用户不可见，用户不能直接参与速度规划编程的问题，还解决了传统规划算法会导致循环层切程序速度横向不一致问题。

实施例2

本实施例公开了一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划系统，包括：第一代码生成模块、第二代码生成模块、速度规划模块、速度指令输出模块；其中：

第一代码生成模块，获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；具体的，第一代码为G代码，G代码信息至少包括：指令位置信息、速度信息、样条信息、流程控制信息。

第二代码生成模块，对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；具体的，第二代码为辅助速度信息代码，至少包括速度大小信息、加速度信息、捷度信息、速度指令在第一代码中的作用位置信息。

在一些优选实施例中，第二代码可以由软件离线生成，也可以由数控机床在线生成。当第二代码可以由软件离线生成时，具体方法为：软件获取第一代码，对第一代码进行仿真和离线优化，生成第二代码。

在一些优选实施例中，得到基于第一代码的第二代码的具体过程为：

S201.获取第一代码中的轨迹信息，对轨迹信息平滑处理，生成轨迹平滑的位置指令；

S202.对轨迹信息进行约束计算；

S203.根据约束计算结果，对变速点进行分析识别；

S204.根据识别到的变速点，重新生成速度规划区间；

S205.根据重新生成速度规划区间，生成第二代码。

速度规划模块，将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码；

在一些优选实施例中，第一代码和第二代码信息进行融合的方法为：获取第二代码信息，通过第二代码中与第一代码关联信息，更改原本第一代码提供的速度规划区间划分以及速度规划具体数值指令信息，无第二代码速度指令的程序段区间速度依然采用第一代码速度规划方法。

进一步地，第二代码中与第一代码关联信息，至少包括：第二代码与第一代码的所属关系信息，第二代码速度区间在第一代码中的位置信息。

速度指令输出模块，将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。

本发明公开了一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划系统，通过获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码；将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。本发明通过第二代码中与第一代码关联信息，更改原本第一代码提供的速度规划区间划分以及速度规划具体数值指令信息，无第二代码速度指令的程序段区间速度依然采用第一代码速度规划方法。本发明解决了现有技术中，速度预处理的结果存在缺陷和速度规划细节对用户不可见，用户不能直接参与速度规划编程的问题，还解决了传统规划算法会导致循环层切程序速度横向不一致问题。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC 中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。

对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (10)

1.一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，包括：

S100.获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；

S200.对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；

S300.将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码；

S400.将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。

2.如权利要求1的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，S100中，第一代码为G代码，G代码信息至少包括：指令位置信息、速度信息、样条信息、流程控制信息。

3.如权利要求1的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，S200中，第二代码为辅助速度信息代码，至少包括速度大小信息、加速度信息、捷度信息、速度指令在第一代码中的作用位置信息。

4.如权利要求1的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，S200中，第二代码可以由软件离线生成，也可以由数控机床在线生成。

5.如权利要求3的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，当第二代码可以由软件离线生成时，具体方法为：软件获取第一代码，对第一代码进行仿真和离线优化，生成第二代码。

6.如权利要求1的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，S200中，得到基于第一代码的第二代码的具体过程为：

S201.获取第一代码中的轨迹信息，对轨迹信息平滑处理，生成轨迹平滑的位置指令；

S202.对轨迹信息进行约束计算；

S203.根据约束计算结果，对变速点进行分析识别；

S204.根据识别到的变速点，重新生成速度规划区间；

S205.根据重新生成速度规划区间，生成第二代码。

7.如权利要求5的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，S202中，对轨迹信息进行约束计算，包括对轨迹信息进行几何约束、物理约束和指令约束，对距离进行校验。

8.如权利要求1的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，S300中，第一代码和第二代码信息进行融合的方法为：获取第二代码信息，通过第二代码中与第一代码关联信息，更改原本第一代码提供的速度规划区间划分以及速度规划具体数值指令信息，无第二代码速度指令的程序段区间速度依然采用第一代码速度规划方法。

9.如权利要求8的一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划方法，其特征在于，第二代码中与第一代码关联信息，至少包括：第二代码与第一代码的所属关系信息，第二代码速度区间在第一代码中的位置信息。

10.一种基于双代码联合作用的数控加工速度规划系统，其特征在于，包括：第一代码生成模块、第二代码生成模块、速度规划模块、速度指令输出模块；其中：

第一代码生成模块，获取待加工工件模型，将工件模型导入专用软件，得到数控加工的第一代码；

第二代码生成模块，对第一代码的运动特征进行分析，得到基于第一代码的第二代码；

速度规划模块，将第一代码和第二代码信息进行融合，生成新的第一代码，新的第一代码包含速度区间及速度规划速度信息的代码；

速度指令输出模块，将生成的新的第一代码带入插补器中，控制数控机床加工。

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