CN113325806B - 一种参数曲线直接插补进给速度规划方法 - Google Patents

一种参数曲线直接插补进给速度规划方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113325806B
CN113325806B CN202110609608.4A CN202110609608A CN113325806B CN 113325806 B CN113325806 B CN 113325806B CN 202110609608 A CN202110609608 A CN 202110609608A CN 113325806 B CN113325806 B CN 113325806B
Authority
CN
China
Prior art keywords
speed
rank
curve
point
grade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110609608.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113325806A (zh
Inventor
李志杰
韩立娜
林海峰
李维彪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Institute of Aerospace Engineering
Original Assignee
North China Institute of Aerospace Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Institute of Aerospace Engineering filed Critical North China Institute of Aerospace Engineering
Priority to CN202110609608.4A priority Critical patent/CN113325806B/zh
Publication of CN113325806A publication Critical patent/CN113325806A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113325806B publication Critical patent/CN113325806B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/416—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • G05B19/4163—Adaptive control of feed or cutting velocity
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/36—Nc in input of data, input key till input tape
    • G05B2219/36521—Select by combination of detected force, acceleration, speed, work rate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

本发明公开了一种参数曲线直接插补进给速度规划方法，包括步骤：在单个速度极值点聚集区内将极值点按曲线参数以中心向两侧从小到大逐级外推依次排序形成Rankj序列(j＝1,2...N)；将Rank(j‑1)等级点的速度Vrank1赋值给等级为Rankj的曲线参数点；采用辛普森法则计算Rankj等级点到Rank(j+1)等级点的曲线长度
Figure DDA0003095127850000011
按照加减速规律算法计算速度从Vrank(j‑1)加速或减速到Vrankj需要的曲线长度
Figure DDA0003095127850000012
比较
Figure DDA0003095127850000013
与
Figure DDA0003095127850000014
的大小，若
Figure DDA0003095127850000015
则调整速度；重复上一步骤依次进行下一级计算，逐级外推；若Rank(j+1)等级点是密集区边界点，按照单级外推法将此点速度与最大速度Vmax连接，则该速度极值密集区的速度规划完成。本发明采用速度逐级外推法对速度极值区域进行速度规划，在保证加工精度的前提下，尽可能地发挥最大速度性能，提高加工效率。

Description

一种参数曲线直接插补进给速度规划方法
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，特别是涉及一种参数曲线直接插补进给速度规划方法。
背景技术
随着航空航天、汽车等工业迅猛发展，参数曲线广泛地用于复杂曲面曲线产品造型设计。若采用传统的直线、圆弧插补方法，势必产生大量首尾相连的微小线段去逼近曲线，无法满足精度和效率的要求。参数曲线直接插补就是根据当前插补点的参数和插补步长以及机床的动力学性能，计算下一个插补点的曲线参数，从而最终得到全部插补点信息，实现高速高精插补。对于参数曲线插补算法，关键技术之一是采用速度前瞻规划。速度前瞻规划就是预读一段或多段待插补加工路径，获取路径段长度和弓高误差、加速度等路径特征对速度的约束信息，提取速度敏感点，根据速度敏感点将预读路径划分为若干子区间，然后根据加减速规律和各子区间约束对子区间进给速度进行预先规划，在保证加工精度的前提下提升加工效率。
进给速度预先规划，主要是对多条件下的速度进行自适应规划，多条件包括：曲线弓高误差、法向加速度、法向加加速度、机床动力特性和曲线曲率等。在多条件约束下速度的极值点对应的曲线参数明确之后，将此处作为速度局部范围内最小值，若按照加减速规律直接进行加速或者减速处理，则会出现速度超限，如图1所示；若曲率极大值点附近曲率变化缓慢，则曲率约束下的限制速度曲线也较为平缓。此时传统速度规划方法直接按最大加加速度进行加速，忽略了极值点附近非线性变化的曲率对速度的持续限制，容易造成速度超限，引起较大的轮廓误差，因此需要根据极值点附近曲率信息自适应地调整加减速规划，使得加速过程满足误差限制要求。
目前，进给速度预先规划方法主要有两种：一种是恒速法，将整条曲线在多条件下的最低许用速度值作为恒速施加到速度变化区域甚至整条曲线，此种方法虽然能避免进给速度不超过综合约束，保证速度运行平稳，但以损失加工效率为代价；另一种是时变进给速度规划方法，根据多条件约束下最低许用速度、加速度和加加速度等信息对速度进行修正，此方法能保证曲线始终不超过约束限制，进给速度平稳无突变，提高了加工效率，但此方法仅适用于速度敏感点较为分散的场合，对于微小线段曲率变化频繁的场合，速度变化敏感点比较聚集的情况，上述时变速度规划会造成频繁加减速，切削量反复变化，给驱动系统带来额外负荷，降低了进给运行平稳性，易引发切削振动，进而影响加工精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种参数曲线直接插补进给速度规划方法，采用速度逐级外推法对速度极值区域进行速度规划，在保证加工精度的前提下，尽可能地发挥最大速度性能，提高加工效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种参数曲线直接插补进给速度规划方法，包括以下步骤：
S1)在单个速度极值点聚集区内将极值点按曲线参数依次排序，将速度极限值比前后极值都小的曲线参数点定义为Rank1，以Rank1为中心逐级向两侧曲线外推，临近Rank1的点定义为Rank2，临近Rank2的点定义为Rank3，以此类推，形成曲线参数点的Rankj序列，其中j＝1,2...N，N为等级数；
S2)在曲线参数点的Rankj序列中，将Rank1等级点的速度Vrank1赋值给等级为Rank2的曲线参数点，将Rank2等级点的速度Vrank2赋值给等级为Rank3的曲线参数点，以此类推，等级为Rankj的曲线参数点的速度赋值为Vrank(j-1)；
S3)采用辛普森法则计算Rankj等级点到Rank(j+1)等级点的曲线长度
Figure BDA0003095127830000021
按照加减速规律算法计算速度从Vrank(j-1)加速或减速到Vrankj需要的曲线长度
Figure BDA0003095127830000022
比较
Figure BDA0003095127830000023
的大小，若
Figure BDA0003095127830000024
则调整速度；
S4)重复步骤S3)依次进行下一级计算，逐级外推；若Rank(j+1)等级点已经是密集区边界点，则按照单级外推法将此点速度与最大速度Vmax连接，至此，该速度极值密集区的速度规划完成。
可选的，所述步骤S3，还包括：
若
Figure BDA0003095127830000025
则速度取值不用修改；若
Figure BDA0003095127830000026
则按照加减速规律算法求解当曲线长度为
Figure BDA0003095127830000027
时，速度从Vrank(j-1)加速或减速到的数值Vrankj'，将Vrankj'赋值给Rank(j+1)等级点代替原先的速度值Vrankj。
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：本发明实施例提供的参数曲线直接插补进给速度规划方法，提出了速度逐级外推规划法，解决了参数曲线加工插补中曲率持续约束情况下传统速度自适应规划引起速度超限和速度极值密集区速度规划干涉问题，该方法计算简单，且在保证变曲率参数曲线加工进给运动平稳性的基础上提高了加工效率，对提高数控机床的运行速度、加速度及加工精度与稳定性，满足我国相关制造行业的重大战略需求具有重要的理论与实际意义。
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为本发明实施例速度直接规划存在的问题图；
图2为本发明实施例速度逐级外推法的原理图；
图3为本发明实施例速度逐级外推法与速度整体外推法的效果对比图。
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。
本发明的目的是提供一种参数曲线直接插补进给速度规划方法，采用速度逐级外推法对速度极值区域进行速度规划，在保证加工精度的前提下，尽可能地发挥最大速度性能，提高加工效率。
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。
图2为本发明实施例速度逐级外推法的原理图，如图2所示，本发明实施例提供的参数曲线直接插补进给速度规划方法，包括以下步骤：
S1)在单个速度极值点聚集区内将极值点按曲线参数依次排序，将速度极限值比前后极值都小的曲线参数点定义为Rank1，以Rank1为中心逐级向两侧曲线外推，将临近极值点Rank1的曲线参数点定义为Rank2，临近Rank2的曲线参数点定义为Rank3，以此类推，形成曲线参数点的Rankj序列，其中j＝1,2...N，N为等级数；K点即为Rank1等级点，其速度记为Vrank1，K-1点和K+1点即为Rank2等级点，其速度记为Vrank2；
S2)在曲线参数点的Rankj序列中，将Rank1等级点的速度Vrank1赋值给等级为Rank2的曲线参数点，将Rank2等级点的速度Vrank2赋值给等级为Rank3的曲线参数点，以此类推，等级为Rankj的曲线参数点的速度赋值为Vrank(j-1)；
S3)采用辛普森法则计算Rankj等级点到Rank(j+1)等级点的曲线长度
Figure BDA0003095127830000041
按照加减速规律算法计算速度从Vrank(j-1)加速或减速到Vrankj需要的曲线长度
Figure BDA0003095127830000042
比较
Figure BDA0003095127830000043
与
Figure BDA0003095127830000044
的大小，若
Figure BDA0003095127830000045
则调整速度；具体包括：若
Figure BDA0003095127830000046
说明在Rankj等级点到Rank(j+1)等级点的曲线长度内速度可以从Vrank(j-1)加速或减速到Vrankj，则速度取值不用修改，见K-1点；若
Figure BDA0003095127830000047
说明在Rankj点到Rank(j+1)点的曲线长度不能满足速度从Vrank(j-1)加速或减速到Vrankj，则按照加减速规律算法求解当曲线长度为
Figure BDA0003095127830000048
时，速度从Vrank(j-1)加速或减速到的数值Vrankj'，将Vrankj'赋值给Rank(j+1)等级点代替原先的速度值Vrankj，见K-1点；
S4)重复步骤S3)依次进行下一级计算，逐级外推；若Rank(j+1)等级点已经是密集区边界点，则按照单级外推法将此点速度与最大速度Vmax连接，至此，该速度极值密集区的速度规划完成。
图3为本发明实施例速度逐级外推法与速度整体外推法的效果对比图，如图3所示，本发明实施例提供的速度逐级外推法很好的解决了速度极值点直接相连引起的速度超限问题，也很好的缓解了速度整体外推法长时间低速运行效率偏低的问题。
本发明实施例提供的参数曲线直接插补进给速度规划方法，提出了速度逐级外推规划法，解决了参数曲线加工插补中曲率持续约束情况下传统速度自适应规划引起速度超限和速度极值密集区速度规划干涉问题，该方法计算简单，且在保证变曲率参数曲线加工进给运动平稳性的基础上提高了加工效率，对提高数控机床的运行速度、加速度及加工精度与稳定性，满足我国相关制造行业的重大战略需求具有重要的理论与实际意义。
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 (2)

1.一种参数曲线直接插补进给速度规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)在单个速度极值点聚集区内将极值点按曲线参数依次排序，将速度极限值比前后极值都小的曲线参数点定义为Rank1，以Rank1为中心逐级向两侧曲线外推，临近Rank1的点定义为Rank2，临近Rank2的点定义为Rank3，以此类推，形成曲线参数点的Rankj序列，其中j＝1,2...N，N为等级数；
S2)在曲线参数点的Rankj序列中，将Rank1等级点的速度Vrank1赋值给等级为Rank2的曲线参数点，将Rank2等级点的速度Vrank2赋值给等级为Rank3的曲线参数点，以此类推，等级为Rankj的曲线参数点的速度赋值为Vrank(j-1)；
S3)采用辛普森法则计算Rankj等级点到Rank(j+1)等级点的曲线长度
Figure FDA0003095127820000011
按照加减速规律算法计算速度从Vrank(j-1)加速或减速到Vrankj需要的曲线长度
Figure FDA0003095127820000012
比较
Figure FDA0003095127820000013
与
Figure FDA0003095127820000014
的大小，若
Figure FDA0003095127820000015
则调整速度；
S4)重复步骤S3)依次进行下一级计算，逐级外推；若Rank(j+1)等级点已经是密集区边界点，则按照单级外推法将此点速度与最大速度Vmax连接，至此，该速度极值密集区的速度规划完成。
2.根据权利要求1所述的参数曲线直接插补进给速度规划方法，其特征在于，所述步骤S3，还包括：
若
Figure FDA0003095127820000016
则速度取值不用修改；若
Figure FDA0003095127820000017
则按照加减速规律算法求解当曲线长度为
Figure FDA0003095127820000018
时，速度从Vrank(j-1)加速或减速到的数值Vrankj'，将Vrankj'赋值给Rank(j+1)等级点代替原先的速度值Vrankj。
CN202110609608.4A 2021-06-01 2021-06-01 一种参数曲线直接插补进给速度规划方法 Active CN113325806B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110609608.4A CN113325806B (zh) 2021-06-01 2021-06-01 一种参数曲线直接插补进给速度规划方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110609608.4A CN113325806B (zh) 2021-06-01 2021-06-01 一种参数曲线直接插补进给速度规划方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113325806A CN113325806A (zh) 2021-08-31
CN113325806B true CN113325806B (zh) 2022-04-15

Family

ID=77423031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110609608.4A Active CN113325806B (zh) 2021-06-01 2021-06-01 一种参数曲线直接插补进给速度规划方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113325806B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998057240A1 (de) * 1997-06-12 1998-12-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines bahnvorschubs
CN103926881A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 北京航空航天大学 一种基于割线法的无速度波动参数曲线直接插补方法
CN104076742A (zh) * 2014-06-20 2014-10-01 北京航空航天大学 一种连续多类型曲线段混合插补三次多项式进给速度前瞻规划方法
CN107102617A (zh) * 2017-06-26 2017-08-29 北京艾利特科技有限公司 一种高精度空间椭圆曲线实时插补方法
WO2019047458A1 (zh) * 2017-09-11 2019-03-14 大连理工大学 一种五轴双样条曲线插补速度规划方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998057240A1 (de) * 1997-06-12 1998-12-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines bahnvorschubs
CN103926881A (zh) * 2014-04-21 2014-07-16 北京航空航天大学 一种基于割线法的无速度波动参数曲线直接插补方法
CN104076742A (zh) * 2014-06-20 2014-10-01 北京航空航天大学 一种连续多类型曲线段混合插补三次多项式进给速度前瞻规划方法
CN107102617A (zh) * 2017-06-26 2017-08-29 北京艾利特科技有限公司 一种高精度空间椭圆曲线实时插补方法
WO2019047458A1 (zh) * 2017-09-11 2019-03-14 大连理工大学 一种五轴双样条曲线插补速度规划方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于速度波动最小化的NURBS曲线前瞻与插补算法研究;吕志翔;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20150615(第06期);全文 *
非圆曲线数控插补的直接刀具半径补偿算法;马骏 等;《电加工》;19951231(第5期);第13-16页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113325806A (zh) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108549328B (zh) 自适应速度规划方法及系统
CN102419570B (zh) 数控机床高速加工的加减速前瞻控制方法
CN106393106B (zh) 参数自适应密化的机器人nurbs曲线运动插补方法
CN102799145B (zh) 拐角多周期恒加加速度过渡的s曲线加减速直线插补方法
CN104181860B (zh) 数控机床s型加减速控制方法
CN106814694B (zh) 一种高速高精度的参数曲线前瞻插补方法
CN110109491A (zh) 连续s曲线加减速运动控制方法、系统及电子设备
CN108319228A (zh) 一种数控系统轨迹规划中加减速控制方法
CN107844058B (zh) 一种运动曲线离散动态规划方法
CN102298359B (zh) 一种数控系统中加减速过渡平滑控制方法
CN104281099A (zh) 一种考虑加工特性的nurbs直接插补方法及装置
CN111310106B (zh) 一种基于逐步逼近原始轮廓的切割轮廓拟合优化方法
CN102681487A (zh) 数控系统中操作设备的轨迹平滑方法和装置及数控机床
CN109496286B (zh) 数控系统及其路径规划方法和计算机可读存储介质
CN111259496A (zh) 一种基于离散点的曲线重构方法
CN113359607B (zh) 一种应用于五轴数控机的拐角过渡的轨迹确定方法
CN104238458A (zh) 一种nurbs曲线高速前瞻插补方法
CN113325806B (zh) 一种参数曲线直接插补进给速度规划方法
CN108469263A (zh) 一种基于曲率进行形点优化的方法及系统
CN107291053A (zh) 一种nurbs曲线直接插补柔性加减速控制方法
CN113504764B (zh) 基于位置矢量加权积分的连续线段数控加工路径平滑方法
CN111736532A (zh) 一种基于直线段和圆弧路径的多周期最优拐角的插补方法
CN111045461B (zh) 一种裁床的连续小线段离散速度控制方法
KR102409653B1 (ko) 수치 제어 장치, 수치 제어 방법 및 수치 제어 프로그램
CN111381565B (zh) 三次多项式s曲线加减速的加加速度递归计算限制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant