CN114625069B - 一种刀具轮廓轨迹生成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机床控制系统技术领域，特别涉及一种刀具轮廓轨迹生成的方法；本发明采用自定义模式，在自定义模式内，使得轮廓轨迹与多边形或圆形相近似，所生成的插值点均位于原始曲线上，所生成的轮廓轨迹的曲率与原始曲线的曲率相近似且所生成的轮廓轨迹在原始曲线上结束，其可以适用于各种工件，且实现快速准确的轮廓轨迹生成的功能。

Description

一种刀具轮廓轨迹生成的方法
技术领域
本发明涉及机床控制系统技术领域，特别涉及一种刀具轮廓轨迹生成的方法。
背景技术
机床是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床；其一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等；现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工，机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。
刀具切削作为机床的一项重要功能,刀具轮廓轨迹生成的研究对于机床的精度具有重要意义，目前刀具轮廓轨迹的生成因工件不一样而生成不一样的轮廓轨迹，控制系统内又不能达到这种精度及适用性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种刀具轮廓轨迹生成的方法，采用自定义模式，可应用于各种工件，实现快速准确的轮廓轨迹生成。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种刀具轮廓轨迹生成的方法，其中，包括如下步骤：
步骤S1、在刀具加工系统内，加载自定义模式，同时刀具加工系统内设置参照曲线为原始曲线；
步骤S2、选择自定义模式，在自定义模式下生成刀具的轮廓轨迹，该轮廓轨迹的曲率与原始曲线的曲率相近似，而且该轮廓轨迹的末端点在原始曲线上。
作为本发明的一种改进，在步骤S2内，该轮廓轨迹与多边形相近似。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2内，该轮廓轨迹与圆形相近似。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S2内，轮廓轨迹为由若干个插值点连线组成，所述插值点均位于原始曲线上。
作为本发明的更进一步改进，步骤S2内生成的轮廓轨迹在原始曲线的容错范围之内。
作为本发明的更进一步改进，自定义模式包括三次样条插值模式，所述三次样条插值模式以三次样条函数为计算函数且以容错范围为边界进行计算，从而确定下各个插值点的位置，再将这些插值点连接起来则为刀具的轮廓轨迹。
作为本发明的更进一步改进，自定义模式包括具有切向斜率的三次多项式模式，所述具有切向斜率的三次多项式模式以三次样条函数为计算函数且以容错范围为边界进行计算，从而确定下各个插值点的位置，再将这些插值点连接起来则为刀具的轮廓轨迹，而且这些插值点在轮廓轨迹内具有恒定的切线，以切线向量来指定插值点的方向。
作为本发明的更进一步改进，自定义模式包括具有切向斜率和连续曲率的三次多项式模式，所述具有切向斜率和连续曲率的三次多项式模式以函数为计算函数且以容错范围为边界进行计算，从而确定下各个插值点的位置，再将这些插值点连接起来则为刀具的轮廓轨迹，而且插值点的样条曲线不会穿过插值点。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明采用自定义模式，在自定义模式内，所生成的插值点均位于原始曲线上，所生成的轮廓轨迹的曲率与原始曲线的曲率相近似且所生成的轮廓轨迹在原始曲线上结束，其可以适用于各种工件，且实现快速准确的轮廓轨迹生成的功能。
附图说明
图1为本发明的刀具轮廓轨迹生成的步骤流程图；
图2为本发明的刀具轮廓轨迹生成图；
图3为现有技术中普通轨迹生成图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图3所示，机床加工的零件表面轮廓段一般都由直线和圆弧等构成,根据工件的种类不同，有的轮廓描述成相对和谐的轮廓，有的轮廓描述成包含拐角或边缘的轮廓，并且这些拐角或边缘必须包含在工件中；每个工件的轮廓描述有一个设置的容错范围，即实际输出的规划曲线需要在容错范围之内，并且尽量贴合原始曲线。
如图1所示，本发明的步骤如下：
步骤S1、在刀具加工系统内，加载自定义模式，同时刀具加工系统内设置参照曲线为原始曲线；
步骤S2、选择自定义模式，在自定义模式下生成刀具的轮廓轨迹，该轮廓轨迹的曲率与原始曲线的曲率相近似，而且该轮廓轨迹的末端点在原始曲线上。
如图2所示，为了以较高的加工速度运行，本发明的一种刀具轮廓轨迹生成的方法，此方法定义了下列几种模式，根据工件的不同，进行选择。
1、模式一：三次样条插值模式：
三次样条插值模式采用的三次样条函数如下：
差值点(x，gi(x))按照下列公式计算
gi(x)＝ai+bi(x-xi)+ci(x-xi)2+di(x-xi)3
其中，
ai＝yi
mi为矩阵方程二次微分值。
模式一的方法具有最小模、最佳最优逼近和收敛的特性.
2、模式二：具有切向斜率的三次多项式模式：
和模式一的三次样条函数插值法相比，具有切向斜率的三次多项式插值法所得曲线比样条函数插值曲线更光顺，更自然，其曲线贯穿编程的插补点，并且在轮廓内具有恒定的切线，用户可以定义曲线的输入和离开方式；为了定义到样条区域的过渡，可以使用进/出样条区域的进/出块，或者用户可以通过显式指定切线向量来指定方向。
在模式二内按如下进行计算：
差值点(x，gi(x))按照下列公式计算
gi(x)＝ai+bi(x-x3)+ci(x-x3)2+di(x-x3)3
其中，
ai＝y3
3、模式三：具有切向斜率和连续曲率的三次多项式模式：
模式三在轮廓内具有恒定的切线和曲率，仅将编程的线性插值点用作检查点，即插值的样条曲线通常不会穿过插值点，结果，在线性块的情况下，该样条类型比模式二具有更平滑的特性，并且可获得的轮廓加工速度更高，该过程特别适合于连接平滑和和谐的插值点轮廓(例如通过线性块连接圆形块或椭圆形描述)，因为可以根据需要平滑非线性过渡。
模式三按如下计算：
p(t)＝p0*a(t)+p1*b(t)+p2*c(t)+p3*d(t)；
其中，
pn为控制点。
模式三的最大优点是性质中的局部性，如果改变某一个控制点的值，则只对下一个点的值有影响，但不会对整个拟合函数有影响，其适用于棱形轮廓描述的插值。
4、模式四：模式的组合形式：
模式四提供了自动组合样条线段的可能性，可以将模式一、二和三进行组件应用，兼具了上述模式的优点，具有平滑效果外，还消除了插值点的粗糙度，并提高了块性能；在此期间，过程将监控由用户设置的轮廓偏差，当工件比较复杂时，选择组合模式。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种刀具轮廓轨迹生成的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、在刀具加工系统内，加载自定义模式，同时刀具加工系统内设置参照曲线为原始曲线；
步骤S2、选择自定义模式，在自定义模式下生成刀具的轮廓轨迹，该轮廓轨迹的曲率与原始曲线的曲率相近似，而且该轮廓轨迹的末端点在原始曲线上；
步骤S2内生成的轮廓轨迹在原始曲线的容错范围之内；
自定义模式包括具有切向斜率和连续曲率的三次多项式模式，所述具有切向斜率和连续曲率的三次多项式模式以函数为计算函数且以容错范围为边界进行计算，从而确定下各个插值点的位置，再将这些插值点连接起来则为刀具的轮廓轨迹，而且插值点的样条曲线不会穿过插值点；
该具有切向斜率和连续曲率的三次多项式模式的计算函数，确定下各个插值点的位置，具体为：
p(t)＝p0*a(t)+p1*b(t)+p2*c(t)+p3*d(t)；
其中，
其中，pn为控制点。
2.根据权利要求1所述的一种刀具轮廓轨迹生成的方法，其特征在于，在步骤S2内，该轮廓轨迹与多边形相近似。
3.根据权利要求1所述的一种刀具轮廓轨迹生成的方法，其特征在于，在步骤S2内，该轮廓轨迹与圆形相近似。
4.根据权利要求1所述的一种刀具轮廓轨迹生成的方法，其特征在于，在步骤S2内，轮廓轨迹为由若干个插值点连线组成，所述插值点均位于原始曲线上。
5.根据权利要求1所述的一种刀具轮廓轨迹生成的方法，其特征在于，自定义模式包括三次样条插值模式，所述三次样条插值模式以三次样条函数为计算函数且以容错范围为边界进行计算，从而确定下各个插值点的位置，再将这些插值点连接起来则为刀具的轮廓轨迹。
6.根据权利要求1所述的一种刀具轮廓轨迹生成的方法，其特征在于，自定义模式包括具有切向斜率的三次多项式模式，所述具有切向斜率的三次多项式模式以三次样条函数为计算函数且以容错范围为边界进行计算，从而确定下各个插值点的位置，再将这些插值点连接起来则为刀具的轮廓轨迹，而且这些插值点在轮廓轨迹内具有恒定的切线，以切线向量来指定插值点的方向。
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基于刀具实际廓形的数控加工刀具轨迹计算;段振云;王君;赵文辉;;机械传动(07);全文 *

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