CN113110287A - 一种背板并片非圆车削加工控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背板并片非圆车削加工控制系统，包括上位机模块、控制器模块、IO执行元件模块、X轴、Z轴、S主轴的伺服电机模块、U轴直线电机模块；上位机模块与控制器模块连接；控制器模块与IO执行元件模块连接，并以数字量电压信号控制IO执行元件模块；控制器模块分别与X轴和Z轴的伺服电机模块连接，并以脉冲方向方式控制X轴和Z轴的伺服电机模块；控制器模块与S主轴伺服电机模块连接，并以模拟量电压信号控制S主轴伺服电机；控制器模块通过网线电缆与U轴直线电机模块的伺服驱动器连接，并以EtherCat总线方式控制U轴直线电机，本发明用于解决背板并片非圆车削加工系统控制及车削刀具进给轨迹的拟合与平滑处理难点。

Description

一种背板并片非圆车削加工控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及金属数控车削的研究领域，特别涉及一种背板并片非圆车削加工控制系统及其控制方法。

背景技术

高端3C智能终端产品的外观设计广泛采用金属大曲率弧形背板和圆弧倒角，比如手机和pad的产品背板，其加工方式基本采用第一代“钻攻机”铣削模式，全流程纯铣削，刀具切削路径长，线速度低，光洁度差；近年出现第二代“铣车复合”的以铣为主，以车为辅的加工模式，切削线速度高，速度平滑，加工效率较第一代提升2-4倍，并能实现镜面及高光，但其设备制造成本高、维护困难、故障率高。随着电子行业精密性和效率持续提升以及3C产品生命周期逐渐缩短和异形曲面个性化定制趋势，以上典型非圆零件加工都呈现个性化、小批量、精密度要求高、加工效率要求高的共同特点，传统的加工方法已经越来越难以满足生产要求。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种背板并片非圆车削加工控制系统及其控制方法，根据并片车削的滚筒式旋转多工位运动机构及其非圆车削联动方式，研究其相应的刀具进给运动轨迹和速度规划，在此基础提出基于高次样条插值的横向截面与纵向型线分离控制拟合方法，特别针对“并片加工”中各工件之间空隙的刀具轨迹以不同方向三次样条曲线衔接达到刀具轨迹和速度的连续平滑，最后拟合得到适合非圆车削联动控制的整个非圆加工曲面网格化数据用于控制系统输出。

非圆车削是根据主轴的转动角度控制刀具在工件径向上的往复运动从而加工出非圆形的横截面外轮廓，其径向运动与主轴转动执行严格同步，尤为适合非圆截面零件加工，同时非圆车削加工软靠模法在非圆截面加工引入数控技术，并将控制理论、计算机技术、电子技术、信号处理和软件工程等应用到非圆截面轮廓加工数控系统设计，使得非圆截面零件的加工精度及效率都得到显著提升，成为非圆车削加工的主流。基于非圆车削的工作原理，将3C产品金属件开展多片“并行车削”从而引领“以车代铣”的全新加工模式，“以车代铣”的加工方式极大的提高了效率，设备较为简单，极大的降低了设备成本，也减少了设备的维护工作，从而极大的降低了整个金属弧面手机背板的加工成本，将带来金属手机背板加工行业的革命性变化。

本发明的第一目的在于提供一种背板并片非圆车削加工控制系统。

本发明的第二目的在于体用一种背板并片非圆车削加工控制方法。

本发明的第一目的通过以下的技术方案实现：

一种背板并片非圆车削加工控制系统，其特征在于，包括上位机模块、控制器模块、IO执行元件模块、X轴伺服电机模块、Z轴伺服电机模块、S主轴伺服电机模块、U轴直线电机模块；上位机模块与控制器模块采用网络连接；控制器模块通过信号电线与IO执行元件模块连接，并以数字量电压信号控制IO执行元件模块；控制器模块分别与X轴伺服电机模块和Z轴伺服电机模块连接，并以脉冲方向方式控制X轴伺服电机模块和Z轴伺服电机模块；控制器模块通过信号电缆与S主轴伺服电机模块的伺服驱动器连接，并以模拟量电压信号控制S主轴伺服电机；控制器模块通过网线电缆与U轴直线电机模块的伺服驱动器连接，并以EtherCat总线方式控制U轴直线电机。

进一步地，所述背板并片非圆车削加工控制系统的Z轴为水平方向运动轴，X轴为垂直于水平方向的车削粗定位轴，S轴为车削主轴，U轴则是执行高频进给的非圆车削轴，U轴安装于X轴之上；控制系统在Z、X、S轴进行传统车削加工的同时，根据背板并片模型拟合计算出U轴即垂直于水平方向的进给轨迹，控制U轴高速高精高频进给，完成背板并片非圆车削。

进一步地，所述上位机模块包含界面编辑模块、参数状态管理模块、运动程序编辑器模块、非圆车削轨迹拟合器模块；界面编辑模块用于人机交互操作，包括数据输入、文件导入和状态显示；参数状态管理模块用于控制系统的参数和运行状态的编辑与管理；运动程序编辑器模块用于完成传统车削部分的运动程序设置，包括Z轴运动位移、Z轴进给速度、X轴运动位移、S主轴转速和运动反向延时的数据设置；非圆车削轨迹拟合器模块用于生成整个非圆轮廓曲面中U轴直线电机的高频进给轨迹，以执行高速高精的并片非圆车削加工。

进一步地，所述控制器模块包含参数与状态管理模块、IO控制模块、运动插补器和非圆车削进给控制器；参数状态管理模块用于控制器模块的参数和运行状态的编辑与管理；IO控制模块用于外部输入信号的采集与控制信号的输出；运动插补器用于Z、X轴的运动插补及S轴的模拟量输出控制；非圆车削进给控制器用于根据当前Z轴和S轴的实时位置读取上位机下载的背板并行非圆车削轨迹数据进行高速高精高频进给运动。

进一步地，所述IO执行元件模块包含输入类信号执行元件和输出类执行元件，所述输入类信号执行元件包含位置传感器、按钮，所述输出类执行元件包含夹紧气缸、切屑液启动。

进一步地，所述Z轴伺服电机模块包含水平方向进给的Z轴伺服驱动器和驱动电机；所述X轴伺服电机模块包含垂直于水平方向作粗定位用的X轴伺服驱动器和伺服电机；所述S主轴伺服电机模块包含车削主轴的伺服驱动器和伺服电机；所述U轴直线电机模块包含做非圆车削进给的伺服驱动器和直线电机。

本发明的第二目的通过以下技术方案实现：

一种背板并片非圆车削加工控制方法，包括以下步骤：

S1、装夹了n个背板的非圆圆筒第一个圆周横截面的刀具进给路径数据拟合，具体如下：

S101、第一个背板工件横截面刀具进给路径数据计算；

S102、第一个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算；

S103、以此类推，第n个背板工件横截面刀具进给路径数据计算；

S104、第n个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算；

S105、整个横截面圆周的装夹角度偏移换算；

S106、根据横截面角度分辨率计算生成第一个圆周横截面的离散刀具进给数据；

S2、Z轴方向的纵向分辨率和横截面角度分辨率，计算生成第m个圆周横截面的离散刀具进给数据；

S3、装夹了n个背板的非圆圆筒最后一个圆周横截面的刀具进给路径数据拟合，具体如下：

S301、第一个背板工件横截面刀具进给路径数据计算；

S302、第一个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算；

S303、以此类推，第n个背板工件横截面刀具进给路径数据计算；

S304、第n个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算；

S305、整个横截面圆周的装夹角度偏移换算；

S306、根据横截面角度分辨率计算生成最后一个圆周横截面的离散刀具进给数据；

S4、将所有横截面拟合计算得到的刀具进给离散点数据以(z_i，θ_j，Δr_i+Δρ_j)的形式保存为加工文件，下载至控制器完成背板非圆进给加工控制。

进一步地，所述控制方法在上位机模块的非圆轨迹拟合器中执行，通过分析高速非圆车削的加工原理，将非圆车削运动解耦为Z方向运动、垂直于Z方向的U轴高频往复进给和主轴S的高速自转，，进而确定出适合非圆车削多轴联动控制的非圆零件三维轮廓的离散点表达式为：

(z_i,θ_j,Δr_i+Δρ_j)

式中，i＝0,1,2,···n-1,n表示轴向Z位移上的离散点数，j＝0,1,2,···m-1,m表示横截面圆周上离散角度的点数，Δr_i+Δρ_j即为在该三维轮廓点上的刀具进给总径缩量；基于背板多片并行车削的整体非圆轮廓曲面即为上述表达式的离散网格点集合。

进一步地，背板多片并行车削的整体非圆轮廓曲面离散网格点按照纵向Z轴分辨率和横向截面角度分辨率设置组成，先计算出第一个横截面的刀具进给数据，其他截面以此类推；

第一个横截面的单个背板轮廓部分计算如下：

假设单个背板弧面是标准圆弧，式中，h是弧高，w是宽度，r是加工滚筒半径θ是工件横截弧面角度，s刀具加工工件的最大进给量。

进一步地，所述横截面是有数个背板截面轮廓轨迹和背板间隔空隙部分连接而成，考虑到加工轨迹和速度平滑性能，背板间隙部分刀具进给轨迹采用三次样条曲线拟合，求解如下：

设定取两块相邻背板边沿各三点a、b、c和e、f、g，在背板间隙中间取一点d，d取值为刀具在单背板上进给最大值，经过以上7点坐标采用三次样条曲线插值即可计算出两相邻背板间隔部分的刀具进给轨迹数据，采用待定一阶系数法得到三次样条曲线，计算公式如下：

式中，x∈[x_i,x_i+1],h_i＝x_i+1-x_i,i＝0,1,…,n-1，

S(x)的一阶和二阶导数为：

S′(x_j)＝m_j,j＝0,1,…,n

为得到良好的轨迹和速度平滑性能，取S(x)二阶导数连续可导，

S″(x_i-0)＝S″(x_i+0),i＝1,2,···,n-1

可整理得到：

λ_im_i-1+2m_i+μ_im_i+1＝g_i,i＝1,···,n-1

式中，

取自然边界条件为：

S″(x₀)＝M₀，S″(x_n)＝M_n；

可整理得到：

基于以上一阶、二阶导数和边界条件分析，得到三角线性方程组如下：

接上述线性方程组即可得到待解的一阶系数m₀,m₁,m₂,…,m_n；通过求出了一阶系数，进而最终得到S(x)，基于横向界面的角度分辨率，可以拟合得到第一个横截面的非圆车削刀具进给的离散数据(z_i,θ_j,Δr_i+Δρ_j)。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明基于非圆车削的工作原理，将3C产品金属件开展多片“并行车削”从而引领“以车代铣”的全新加工模式，“以车代铣”的加工方式极大的提高了效率，设备较为简单，极大的降低了设备成本，也减少了设备的维护工作，从而极大的降低了整个金属弧面手机背板的加工成本，将带来金属手机背板加工行业的革命性变化。

附图说明

图1是本发明所述一种背板并片非圆车削加工控制系统结构框图；

图2是本发明所述实施例中背板并片非圆车削加工工艺图；

图3是本发明所述一种背板并片非圆车削加工控制方法流程图；

图4为本发明所述实施例中背板并片车削的刀具路径数据拟合流程图。

附图中，1-上位机模块、11-界面编辑模块、12-参数状态管理模块、13-运动程序编辑器模块、14-非圆车削轨迹拟合器模块、2-控制器模块、21-参数与状态管理模块、22-IO控制模块、23-运动插补器、24-非圆车削进给控制器、31-IO执行元件模块、32-X轴伺服电机模块、33-Z轴伺服电机模块、34-S主轴伺服电机模块、35-U轴直线电机模块。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

一种背板并片非圆车削加工控制系统，如附图1所示，包含上位机模块1、控制器模块2、IO执行元件模块31、X轴伺服电机模块32、Z轴伺服电机模块33、S主轴伺服电机模块34、U轴直线电机模块35；上位机模块1与控制器模块2采用以太网连接；控制器模块2以数字量电压信号控制IO元器件31，通过信号电线与各IO元器件连接；控制器模块2以脉冲方向方式控制XZ伺服电机32、33，通过信号电缆与XZ伺服电机模块32、33的伺服驱动器连接；控制器模块2以模拟量电压信号控制S主轴伺服电机34，通过信号电缆与S主轴伺服电机模块34的伺服驱动器连接；控制器模块2以EtherCat总线方式控制U轴直线电机35，通过网线电缆与U轴直线电机模块35的伺服驱动器连接；并特别地，控制系统根据背板并片车削的滚筒式多工位运动机构及其非圆车削联动方式，如附图2，创新提出一种刀具进给运动轨迹拟合方法，特别针对“并片加工”中每片工件之间的刀具轨迹衔接以不同方向NUBRS曲线衔接达到刀具轨迹和速度的连续平滑，并在最后拟合得到适合非圆车削联动控制的网格化数据用于控制系统输出；

进一步地，所述背板并片车削控制系统的Z轴为水平方向运动轴，X轴为垂直于水平方向的车削粗定位轴，S轴为车削主轴，U轴则是完成高频进给的非圆车削轴，U轴安装于X轴之上；控制系统在ZXS轴进行传统车削加工的同时，根据背板并片模型拟合出U轴即垂直于水平方向的进给轨迹，控制U轴高速高精高频进给，完成背板并片非圆车削；如附图2(a)所示；

进一步地，所述背板并片车削控制系统的上位机模块1包含界面编辑模块11、参数状态管理模块12、运动程序编辑器模块13和非圆车削轨迹拟合器模块14；界面编辑模块11负责数据输入、文件导入和状态显示等人机交互操作；参数状态管理模块12负责控制系统的参数和运行状态的编辑与管理；运动程序编辑器13负责完成传统车削部分的运动程序设置，包括Z轴运动位移、Z轴进给速度、X轴位置、S主轴速度和运动反向延时等数据设置；非圆车削轨迹拟合器14负责生成U轴直线电机的高频进给轨迹，以完成高速高精的并片非圆车削加工；

进一步地，所述背板并片车削控制系统的控制器模块2包含参数与状态管理模块21、IO控制模块22、运动插补器23和非圆车削进给控制器24；参数状态管理模块21负责控制器的参数和运行状态的编辑与管理；IO控制模块22负责外部输入信号的采集与控制信号的输出；运动插补器23模块负责ZX轴的运动插补及S轴的模拟量输出控制；非圆车削进给控制器模块24负责根据当前Z轴和S轴的实时位置读取上位机下载的非圆车削轨迹数据进行高速高精高频进给运动；

进一步地，所述控制系统的执行器件包括IO执行元件31、X轴伺服电机32、Z轴伺服电机33、S主轴伺服电机34和U轴直线电机35；IO执行元件31包含位置传感器、按钮等输入类信号执行元件和夹紧气缸、切屑液启动等输出类执行元件；Z轴伺服电机33包含了水平方向进给的Z轴伺服驱动器和驱动电机；X轴伺服32电机包含垂直于水平方向作粗定位用的X轴伺服驱动器和伺服电机；S主轴电机34包含车削主轴的伺服驱动器和伺服电机；U轴直线电机35包含做非圆车削进给的伺服驱动器和直线电机；

进一步地，所述控制系统的背板并片非圆车削加工必须事先拟合计算出符合系统非圆车削联动方式的整体非圆轮廓曲面刀具往复进给轨迹数据信息，在此创新提出基于高次样条插值的横向截面与纵向型线分离控制拟合算法并在多片背板间刀具进给轨迹采用NUBRS曲线衔接，此算法在上位机的非圆轨迹拟合器中执行，方法如下：

整体的横向截面与纵向型线分离控制拟合步骤总结如下,如附图3所示，具体如图4所示：

第一步，装夹了n个背板的非圆圆筒第一个圆周横截面的刀具进给路径数据拟合。包括：第一个背板工件横截面刀具进给路径数据计算—>第一个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算-->以此类推，第n个背板工件横截面刀具进给路径数据计算—>第n个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算—>整个横截面圆周的装夹角度偏移换算—>根据横截面角度分辨率计算生成第一个圆周横截面的离散刀具进给数据；

第二步，以此类推，Z轴方向的纵向分辨率和横截面角度分辨率，计算生成第m个圆周横截面的离散刀具进给数据；

第三步，装夹了n个背板的非圆圆筒最后一个圆周横截面的刀具进给路径数据拟合。包括：第一个背板工件横截面刀具进给路径数据计算—>第一个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算-->以此类推，第n个背板工件横截面刀具进给路径数据计算—>第n个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算—>整个横截面圆周的装夹角度偏移换算—>根据横截面角度分辨率计算生成最后一个圆周横截面的离散刀具进给数据；

第四步，将所有横截面拟合计算得到的刀具进给离散点数据以(z_i,θ_j,Δr_i+Δρ_j)的形式保存为加工文件，下载至控制器完成背板非圆进给加工控制；

方法具体如下：

1)首先，通过分析高速非圆车削的加工原理，将非圆车削运动解耦为Z方向运动、垂直于Z方向的U轴高频往复进给和主轴S的高速自转，如附图2(a)，进而确定出适合非圆车削多轴联动控制的非圆零件三维轮廓的离散点表达式为：

(z_i,θ_j,Δr_i+Δρ_j)

式中，i＝0,1,2,···n-1,n表示轴向Z位移上的离散点数，j＝0,1,2,···m-1,m表示横截面圆周上离散角度的点数，Δr_i+Δρ_j即为在该三维轮廓点上的刀具进给总径缩量；基于背板多片并行车削的整体非圆轮廓曲面即为上述表达式的离散网格点集合；

2)背板多片并行车削的整体非圆轮廓曲面离散网格点按照纵向Z轴分辨率和横向截面角度分辨率设置组成，先计算出第一个横截面的刀具进给数据，其他截面以此类推；

3)第一个横截面的单个背板轮廓部分计算如下：

假设单个背板弧面是标准圆弧，式中，h是弧高，w是宽度，r是加工滚筒半径θ是工件横截弧面角度，s刀具加工工件的最大进给量；

4)整个横截面是有数个背板截面轮廓轨迹和背板间隔空隙部分连接而成，考虑到加工轨迹和速度平滑性能，背板间隙部分刀具进给轨迹采用三次样条曲线拟合，求解如下：

设定取两块相邻背板边沿各三点a、b、c和e、f、g，在背板间隙中间取一点d，如附图2(a)所示,d取值为刀具在单背板上进给最大值，经过以上7点坐标采用三次样条曲线插值即可计算出两相邻背板间隔部分的刀具进给轨迹数据，本发明采用待定一阶系数法得到三次样条曲线，计算公式如下：

式中，x∈[x_i,x_i+1],h_i＝x_i+1-x_i,i＝0,1,…,n-1，

S(x)的一阶和二阶导数为：

S′(x_j)＝m_j,j＝0,1,…,n

为得到良好的轨迹和速度平滑性能，取S(x)二阶导数连续可导，

S″(x_i-0)＝S″(x_i+0),i＝1,2,···,n-1

可整理得到：

λ_im_i-1+2m_i+μ_im_i+1＝g_i,i＝1,···,n-1

式中，

取自然边界条件为：

S″(x₀)＝M₀，S″(x_n)＝M_n；

可整理得到：

基于以上一阶、二阶导数和边界条件分析，得到三角线性方程组如下：

接上述线性方程组即可得到待解的一阶系数m₀,m₁,m₂,…,m_n；通过求出了一阶系数，进而最终得到S(x)，基于横向界面的角度分辨率，可以拟合得到第一个横截面的非圆车削刀具进给的离散数据(z_i,θ_j,Δr_i+Δρ_j)；

5)基于以上第一个横截面的求解类推，并结合在纵向Z轴上分辨率，可以拟合得到整个加工的非圆轮廓离散网格点刀具进给轨迹数据；

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种背板并片非圆车削加工控制系统，其特征在于，包括上位机模块、控制器模块、IO执行元件模块、X轴伺服电机模块、Z轴伺服电机模块、S主轴伺服电机模块、U轴直线电机模块；上位机模块与控制器模块采用网络连接；控制器模块通过信号电线与IO执行元件模块连接，并以数字量电压信号控制IO执行元件模块；控制器模块分别与X轴伺服电机模块和Z轴伺服电机模块连接，并以脉冲方向方式控制X轴伺服电机模块和Z轴伺服电机模块；控制器模块通过信号电缆与S主轴伺服电机模块的伺服驱动器连接，并以模拟量电压信号控制S主轴伺服电机；控制器模块通过网线电缆与U轴直线电机模块的伺服驱动器连接，并以EtherCat总线方式控制U轴直线电机。

2.根据权利要求1所述的一种背板并片非圆车削加工控制系统，其特征在于，所述背板并片非圆车削加工控制系统的Z轴为水平方向运动轴，X轴为垂直于水平方向的车削粗定位轴，S轴为车削主轴，U轴则是执行高频进给的非圆车削轴，U轴安装于X轴之上；控制系统在Z轴、X轴、S轴进行传统车削加工的同时，根据背板并片安装的轮廓尺寸拟合计算出U轴即垂直于水平方向的进给轨迹，控制U轴高速高精高频进给，完成背板并片非圆车削。

3.根据权利要求1所述的一种背板并片非圆车削加工控制系统，其特征在于，所述上位机模块包含界面编辑模块、参数状态管理模块、运动程序编辑器模块、非圆车削轨迹拟合器模块；界面编辑模块用于人机交互操作，包括数据输入、文件导入和状态显示；参数状态管理模块用于控制系统的参数和运行状态的编辑与管理；运动程序编辑器模块用于完成传统车削部分的运动程序设置，包括Z轴运动位移、Z轴进给速度、X轴运动位移、S主轴转速和运动反向延时的数据设置；非圆车削轨迹拟合器模块用于生成整个非圆轮廓曲面中U轴直线电机的高频进给轨迹，以执行高速高精的并片非圆车削加工。

4.根据权利要求1所述的一种背板并片非圆车削加工控制系统，其特征在于，所述控制器模块包含参数与状态管理模块、IO控制模块、运动插补器、非圆车削进给控制器；参数与状态管理模块用于控制器模块的参数和运行状态的编辑与管理；IO控制模块用于外部输入信号的采集与控制信号的输出；运动插补器用于Z轴、X轴的运动插补及S轴的模拟量输出控制；非圆车削进给控制器用于根据当前Z轴和S轴的实时位置读取上位机下载的背板并行非圆车削轨迹数据进行高速高精高频进给运动。

5.根据权利要求1所述的一种背板并片非圆车削加工控制系统，其特征在于，所述IO执行元件模块包含输入类信号执行元件和输出类执行元件，所述输入类信号执行元件包含位置传感器、按钮，所述输出类执行元件包含夹紧气缸、切屑液启动。

6.根据权利要求1所述的一种背板并片非圆车削加工控制系统，其特征在于，所述Z轴伺服电机模块包含水平方向进给的Z轴伺服驱动器和驱动电机；所述X轴伺服电机模块包含垂直于水平方向作粗定位用的X轴伺服驱动器和伺服电机；所述S主轴伺服电机模块包含车削主轴的伺服驱动器和伺服电机；所述U轴直线电机模块包含做非圆车削进给的伺服驱动器和直线电机。

7.一种背板并片非圆车削加工控制方法，基于一种背板并片非圆车削加工控制系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

S1、装夹了n个背板的非圆圆筒第一个圆周横截面的刀具进给路径数据拟合，具体如下：

S101、第一个背板工件横截面刀具进给路径数据计算；

S102、第一个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算；

S103、以此类推，第n个背板工件横截面刀具进给路径数据计算；

S104、第n个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算；

S105、整个横截面圆周的装夹角度偏移换算；

S106、根据横截面角度分辨率计算生成第一个圆周横截面的离散刀具进给数据；

S2、Z轴方向的纵向分辨率和横截面角度分辨率，计算生成第m个圆周横截面的离散刀具进给数据；

S3、装夹了n个背板的非圆圆筒最后一个圆周横截面的刀具进给路径数据拟合，具体如下：

S301、第一个背板工件横截面刀具进给路径数据计算；

S302、第一个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算；

S303、以此类推，第n个背板工件横截面刀具进给路径数据计算；

S304、第n个工件间的间隔部分刀具进给路径拟合计算；

S305、整个横截面圆周的装夹角度偏移换算；

S306、根据横截面角度分辨率计算生成最后一个圆周横截面的离散刀具进给数据；

S4、将所有横截面拟合计算得到的刀具进给离散点数据以(z_i,θ_j,Δr_i+Δρ_j)的形式保存为加工文件，下载至控制器完成背板非圆进给加工控制。

8.根据权利要求7所述的一种背板并片非圆车削加工控制方法，其特征在于，所述控制方法在上位机模块的非圆轨迹拟合器中执行，通过分析高速非圆车削的加工原理，将非圆车削运动解耦为Z方向运动、垂直于Z方向的U轴高频往复进给和主轴S的高速自转，，进而确定出适合非圆车削多轴联动控制的非圆零件三维轮廓的离散点表达式为：

(z_i,θ_j,Δr_i+Δρ_j)

式中，i＝0,1,2,···n-1,n表示轴向Z位移上的离散点数，j＝0,1,2,···m-1,m表示横截面圆周上离散角度的点数，Δr_i+Δρ_j即为在该三维轮廓点上的刀具进给总径缩量；基于背板多片并行车削的整体非圆轮廓曲面即为上述表达式的离散网格点集合。

9.根据权利要求8所述的一种背板并片非圆车削加工控制方法，其特征在于，背板多片并行车削的整体非圆轮廓曲面离散网格点按照纵向Z轴分辨率和横向截面角度分辨率设置组成，先计算出第一个横截面的刀具进给数据，其他截面以此类推；

第一个横截面的单个背板轮廓部分计算如下：

假设单个背板弧面是标准圆弧，式中，h是弧高，w是宽度，r是加工滚筒半径θ是工件横截弧面角度，s刀具加工工件的最大进给量。

10.根据权利要求9所述的一种背板并片非圆车削加工控制方法，其特征在于，所述横截面是有数个背板截面轮廓轨迹和背板间隔空隙部分连接而成，考虑到加工轨迹和速度平滑性能，背板间隙部分刀具进给轨迹采用三次样条曲线拟合，求解如下：

设定取两块相邻背板边沿各三点a、b、c和e、f、g，在背板间隙中间取一点d，d取值为刀具在单背板上进给最大值，经过以上7点坐标采用三次样条曲线插值即可计算出两相邻背板间隔部分的刀具进给轨迹数据，采用待定一阶系数法得到三次样条曲线，计算公式如下：

式中，x∈[x_i,x_i+1],h_i＝x_i+1-x_i,i＝0,1,…,n-1，

S(x)的一阶和二阶导数为：

S′(x_j)＝m_j,j＝0,1,…,n

为得到良好的轨迹和速度平滑性能，取S(x)二阶导数连续可导，

S″(x_i-0)＝S″(x_i+0),i＝1,2,···,n-1

可整理得到：

λ_im_i-1+2m_i+μ_im_i+1＝g_i,i＝1,···,n-1

式中，

取自然边界条件为：

S″(x₀)＝M₀，S″(x_n)＝M_n；

可整理得到：

基于以上一阶、二阶导数和边界条件分析，得到三角线性方程组如下：

接上述线性方程组即可得到待解的一阶系数m₀,m₁,m₂,…,m_n，进而最终得到S(x)，同时基于横向界面的角度分辨率即可拟合得到第一个横截面的非圆车削刀具进给的离散数据(z_i,θ_j,Δr_i+Δρ_j)。

Images