CN114281020B - 五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质 - Google Patents

五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法，包括以下步骤：指定刀轨，得到顺次各刀位点的刀轴矢量Vn和刀尖点Pn；设定平滑距离d，在首末刀位点前根据原刀轨对称补充长度为d/2的刀轨；得到刀轴矢量前d/2距离内的所有假想插值矢量以及后d/2距离内的所有假想插值矢量，并计算得到所有假想插值矢量的均值矢量。本发明还涉及一种用于实现五轴加工中的刀轴矢量平滑优化处理的装置、处理器及其计算机可读存储介质。采用了本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，给出的刀轴矢量平滑优化方法，简单有效且通用性较强，提升五轴加工中刀轴矢量变化的平滑度均匀度，最终提升加工产品的加工质量。

Description

五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器 及其计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及数控加工领域，尤其涉及五轴联动加工领域，具体是指一种五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
当前我国正处于制造业升级的关键阶段，随着5G、军工、航空航天等产业的快速发展，五轴加工的应用越来越广泛，其效果要求也越来越高。而刀轴矢量的平滑性问题正是影响五轴加工效果的关键问题之一。
当前已有的刀轴矢量平滑方法，大多是具体针对了特定的机床结构进行处理，通用性不够高且计算量较大。本发明公开的方法能够快速有效的进行平滑刀轴矢量，且不限制于机床结构，通用性较强。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足加工质量好、通用性较强、适用范围较为广泛的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
该五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)指定刀轨，得到顺次各刀位点的刀轴矢量Vn和刀尖点Pn；
(2)设定平滑距离d，在首刀位点前根据原刀轨对称补充长度为d/2的刀轨，并在末刀位点后同样根据原刀轨对称补充长度为d/2的刀轨；
(3)对各刀位点上的刀轴矢量Vk，其中，1≤k≤n，得到刀轴矢量前d/2距离内的所有假想插值矢量以及后d/2距离内的所有假想插值矢量，并计算得到所有假想插值矢量的均值矢量。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)设刀尖点Px前的刀尖点为Pa(m)，刀尖点Pk后的刀尖点Pb(n)；
(3.2)计算相邻两个刀轴矢量的夹角θa(m)和θb(n)；
(3.3)计算得到处理后的均值矢量V′k，V′n即为平滑后的刀轴矢量。
较佳地，所述的步骤(3.1)中的Pa(m)和Pb(n)满足以下公式：
||PkPa(1)||+||Pa(1)Pa(2)||+……||Pa(m-1)Pa(m)||＝d/2；
||PkPb(1)||+||Pb(1)Pb(2)||+……||Pb(n-1)Pb(n)||＝d/2；
其中，d为平滑距离，1≤m＜k，k＜n≤n。
较佳地，所述的步骤(3.3)中计算处理后的均值矢量V′k，具体为：
根据以下公式计算处理后的均值矢量V′k：
V′k＝Unit((Vk+Va(1))×||PkPa(1)||×sin(θa(1)/2)/θa(1)+(Va(1)+Va(2))×||Pa(1)Pa(2)||×sin(θa(2)/2)/θa(2)+……+(Va(n-1)+Va(n))×||Pa(m-1)Pa(m)||×sin(θa(m)/2)/θa(m)+(Vk+Vb(1))×||PkPb(1)||×sin(θb(1)/2)/θb(1)+(Vb(1)+Vb(2))×||Pb(1)Pb(2)||×sin(θb(2)/2)/θb(2)+……+(Vb(n-1)+Vb(n))×||Pb(n-1)Pb(n)||×sin(θb(n)/2)/θb(n))；
其中，Unit()代表单位化，1≤k≤n，1≤m＜k，k＜n≤n。
该用于实现五轴加工中的刀轴矢量平滑优化处理的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
该用于实现五轴加工中的刀轴矢量平滑优化处理的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
采用了本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，给出的刀轴矢量平滑优化方法，简单有效且通用性较强，能够适应各类型机床结构，提升五轴加工中刀轴矢量变化的平滑度均匀度，最终提升加工产品的加工质量。
附图说明
图1为本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的首末刀位点对称补充刀轨的示意图。
图2为本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的求取均值矢量的示意图。
图3为本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的给定刀轨示意图。
图4为本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的刀轨细节示意图。
图5为本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的处理后的刀轴矢量与原刀轴矢量的对比示意图。
图6为本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的刀轴矢量相对于刀尖距离的角度变化速度示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法，其中包括以下步骤：
(1)指定刀轨，得到顺次各刀位点的刀轴矢量Vn和刀尖点Pn；
(2)设定平滑距离d，在首刀位点前根据原刀轨对称补充长度为d/2的刀轨，并在末刀位点后同样根据原刀轨对称补充长度为d/2的刀轨；
(3)对各刀位点上的刀轴矢量Vk，其中，1≤k≤n，得到刀轴矢量前d/2距离内的所有假想插值矢量以及后d/2距离内的所有假想插值矢量，并计算得到所有假想插值矢量的均值矢量。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)设刀尖点Pk前的刀尖点为Pa(m)，刀尖点Pk后的刀尖点Pb(n)；
(3.2)计算相邻两个刀轴矢量的夹角θa(m)和θb(n)；
(3.3)计算得到处理后的均值矢量V′k，V′n即为平滑后的刀轴矢量。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.1)中的Pa(m)和Pb(n)满足以下公式：
||PkPa(1)||+||Pa(1)Pa(2)||+……||Pa(m-1)Pa(m)||＝d/2；
||PkPb(1)||+||Pb(1)Pb(2)||+……||Pb(n-1)Pb(n)||＝d/2；
其中，d为平滑距离，1≤m＜k，k＜n≤n。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.3)中计算处理后的均值矢量V′k，具体为：
根据以下公式计算处理后的均值矢量V′k：
V′k＝Unit((Vk+Va(1))×||PkPa(1)||×sin(θa(1)/2)/θa(1)+(Va(1)+Va(2))×||Pa(1)Pa(2)||×sin(θa(2)/2)/θa(2)+……+(Va(n-1)+Va(n))×||Pa(m-1)Pa(m)||×sin(θa(m)/2)/θa(m)+(Vk+Vb(1))×||PkPb(1)||×sin(θb(1)/2)/θb(1)+(Vb(1)+Vb(2))×||Pb(1)Pb(2)||×sin(θb(2)/2)/θb(2)+……+(Vb(n-1)+Vb(n))×||Pb(n-1)Pb(n)||×sin(θb(n)/2)/θb(n))；
其中，Unit()代表单位化，1≤k≤n，1≤m＜k，k＜n≤n。
本发明的该用于实现五轴加工中的刀轴矢量平滑优化处理的装置，其中，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
本发明的该用于实现五轴加工中的刀轴矢量平滑优化处理的处理器，其中，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
本发明的该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
本发明的具体实施方式中，公开了一种五轴加工中刀轴矢量的平滑优化方法，对整条刀轨上的刀轴矢量进行了平滑优化处理，使得加工过程中刀轴矢量能够更均匀的变化，从而加工质量得到保证。
本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法，其中，包括以下步骤：
1、指定一条刀轨，V0、V1、V2......Vn为顺次各刀位点的刀轴矢量，P0、P1、P2......Pn为刀尖点。
2、设定平滑距离d，在首个刀位点前根据原刀轨对称补充d/2长度的刀轨；同理在末个刀位点后也根据原刀轨对称补充d/2长度的刀轨。
3、对于原刀轨各个刀位点上的刀轴矢量Vk，求取该矢量前d/2距离内的所有假想插值矢量与后d/2距离内的所有假想插值矢量的“均值矢量”。具体求“均值矢量”的方法为：
3.1设Pk前的刀尖点为Pa(1)、Pa(2)……Pa(m)，Pk后的刀尖点为Pb(1)、Pb(1)……Pb(n)，计算公式如下：
||PkPa(1)||+||Pa(1)Pa(2)||+……||Pa(m-1)Pa(m)||＝d/2；
||PkPb(1)||+||Pb(1)Pb(2)||+……||Pb(n-1)Pb(n)||＝d/2。
3.2计算相邻两个刀轴矢量的夹角θa(1)、θa(2)……θa(m)以及θb(1)、θb(2)……θb(n)。
3.3计算矢量V′k：
V′k＝Unit((Vk+Va(1))×||PkPa(1)||×sin(θa(1)/2)/θa(1)+(Va(1)+Va(2))×||Pa(1)Pa(2)||×sin(θa(2)/2)/θa(2)+…+(Va(n-1)+Va(n))×||Pa(m-1)Pa(m)||×sin(θa(m)/2)/θa(m)+(Vk+Vb(1))×||PkPb(1)||×sin(θb(1)/2)/θb(1)+(Vb(1)+Vb(2))×||Pb(1)Pb(2)||×sin(θb(2)/2)/θb(2)+……+(Vb(n-1)+Vb(n))×||Pb(n-1)Pb(n)||×sin(θb(n)/2)/θb(n))。
其中Unit()代表单位化。
得到处理后的“均值矢量”V′1、V′2、...V′n即为平滑后的刀轴矢量。
在本发明的具体实施例中，如图3所示为给定的刀轨。
如图4所示，在细节处能够看出此刀轨的精度较差，对应刀轴矢量的变化有明显的毛糙感。
如图5所示，根据上述步骤进行处理，得到处理后的刀轴矢量与原刀轴矢量的对比。
如图6所示，对比刀轴矢量相对于刀尖距离的角度变化速度，能够发现平滑后的角度变化速度更加均匀与柔和。
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
采用了本发明的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，给出的刀轴矢量平滑优化方法，简单有效且通用性较强，能够适应各类型机床结构，提升五轴加工中刀轴矢量变化的平滑度均匀度，最终提升加工产品的加工质量。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1.一种五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)指定刀轨，得到顺次各刀位点的刀轴矢量Vn和刀尖点Pn；
(2)设定平滑距离d，在首刀位点前根据原刀轨对称补充长度为d/2的刀轨，并在末刀位点后同样根据原刀轨对称补充长度为d/2的刀轨；
(3)对各刀位点上的刀轴矢量Vk，其中，1≤k≤n，得到刀轴矢量前d/2距离内的所有假想插值矢量以及后d/2距离内的所有假想插值矢量，并计算得到所有假想插值矢量的均值矢量；
所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)设刀尖点Pk前的刀尖点为Pa(m)，刀尖点Pk后的刀尖点Pb(n)；
(3.2)计算相邻两个刀轴矢量的夹角θa(m)和θb(n)；
(3.3)计算得到处理后的均值矢量V′k，V′n即为平滑后的刀轴矢量；
所述的步骤(3.1)中的Pa(m)和Pb(n)满足以下公式：
||PkPa(1)||+||Pa(1)Pa(2)||+……||Pa(m-1)Pa(m)||＝d/2；
||PkPb(1)||+||Pb(1)Pb(2)||+……||Pb(n-1)Pb(n)||＝d/2；
其中，d为平滑距离，m≥1，n≥1，m＜k＜n；
所述的步骤(3.3)中计算处理后的均值矢量V′k，具体为：
根据以下公式计算处理后的均值矢量V′k：
V′k＝Unit((Vk+Va(1))×||PkPa(1)||×sin(θa(1)/2)/θa(1)+(Va(1)+Va(2))×||Pa(1)Pa(2)||×sin(θa(2)/2)/θa(2)+……+(Va(n-1)+Va(n))×||Pa(m-1)Pa(m)||×sin(θa(m)/2)/θa(m)+(Vk+Vb(1))×||PkPb(1)||×sin(θb(1)/2)/θb(1)+(Vb(1)+Vb(2))×||Pb(1)Pb(2)||×sin(θb(2)/2)/θb(2)+……+(Vb(n-1)+Vb(n))×||Pb(n-1)Pb(n)||×sin(θb(n)/2)/θb(n))；
其中，Unit()代表单位化，1≤k≤n，m≥1，n≥1，m＜k＜n。
2.一种用于实现五轴加工中的刀轴矢量平滑优化处理的装置，其特征在于，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1所述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
3.一种用于实现五轴加工中的刀轴矢量平滑优化处理的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1所述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1所述的五轴加工中实现刀轴矢量平滑优化处理的方法的各个步骤。
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