一种五轴联动同步刀具路径插补方法和系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115616983A(43)申请公布日2023.01.17(21)申请号202211629012.1(22)申请日2022.12.14(71)申请人广东工业大学地址510060广东省广州市越秀区东风东路729号大院(72)发明人高健张桂鑫罗于恒张揽宇邓海祥陈云陈新(74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227专利代理师任文生(51)Int.Cl.G05B19/4103(2006.01)权利要求书5页说明书13页附图4页(54)发明名称一种五轴联动同步刀具路径插补方法和系统(57)摘要本发明公开了一种五轴联动同步刀具路径插补方法和系统，利用样条曲线的一阶导曲线上的点、控制点和参数之间严格的比例系数关系，从刀尖路径曲线的参数计算出更准确的刀轴路径曲线插补点，不需要按照区间同步来计算刀轴路径曲线插补点，不受刀尖路径曲线与刀轴路径曲线的形状一致性影响，从而避免了刀具实际方向与期望方向出现偏差，解决了现有的五轴NURBS曲线插补方法容易出现刀具实际方向与期望方向存在偏差，从而造成被加工零件形貌轮廓差的技术问题。CN115616983ACN115616983A权利要求书1/5页1.一种五轴联动同步刀具路径插补方法，其特征在于，包括：根据刀具路径信息，基于二次NURBS曲线分别拟合刀尖路径曲线和刀轴路径曲线，分别得到刀尖路径曲线的节点矢量和刀轴路径曲线的节点矢量；根据数控机床的约束条件和进给速度的关系，规划进给速度曲线；根据进给速度曲线对刀尖路径曲线从第i=0个插补点开始插补，依据二阶泰勒展开公式计算刀尖路径曲线第i+1个插补点；判断刀尖路径曲线第i+1个插补点落入的刀尖节点矢量区间；计算刀尖路径曲线第i+1个插补点的一阶导矢、刀尖节点矢量区间左右端点对应的插补点的一阶导矢；将三条一阶导矢投影到XOY平面，且起点移到同一个点，分别计算XOY平面上刀尖路径曲线第i+1个插补点的一阶导矢与刀尖节点矢量区间左端点的一阶导矢的第一夹角，以及刀尖节点矢量区间左端点的一阶导矢与刀尖节点矢量区间右端点的一阶导矢的第二夹角，用第一夹角除以第二夹角，得到角进度；计算刀轴路径曲线上与刀尖节点矢量区间相对应的刀轴节点矢量区间和刀尖节点矢量区间左右端点对应的插补点的一阶导矢；根据角进度确定刀轴路径曲线第i+1个插补点的一阶导矢；计算刀轴路径曲线第i+1个插补点的一阶导矢与刀轴路径曲线的一阶导曲线的交点，根据预置公式计算比例系数，预置公式为：其中，为比例系数，为刀尖节点矢量区间左端点，为刀尖节点矢量区间右端点，Q为刀轴路径曲线第i+1个插补点的一阶导矢与刀轴路径曲线的一阶导曲线的交点，为刀尖节点矢量区间左端点对应的插补点的一阶导矢，为刀尖节点矢量区间右端点对应的插补点的一阶导矢；根据比例系数计算与刀尖路径曲线第i+1个插补点联动的刀轴路径曲线第i+1个插补点，对刀轴路径曲线进行插补。2.根据权利要求1所述的五轴联动同步刀具路径插补方法，其特征在于，计算刀尖路径曲线第i+1个插补点的一阶导矢、刀尖节点矢量区间左右端点对应的插补点的一阶导矢的公式为：其中，为刀尖路径曲线的一阶导曲线，为由刀尖路径曲线节点矢量定义的p次B样条基函数，为的一阶导，为第j个控制点，为第j个权重系数，n为控制点数量。3.根据权利要求1所述的五轴联动同步刀具路径插补方法，其特征在于，根据比例系数2CN115616983A权利要求书2/5页计算与刀尖路径曲线第i+1个插补点联动的刀轴路径曲线第i+1个插补点的计算公式为：其中，为刀轴路径曲线第i+1个插补点。4.根据权利要求1所述的五轴联动同步刀具路径插补方法，其特征在于，数控机床的约束条件包括采样点速度约束、向心加速度约束、向心加加速度约束、弦误差约束和轮廓误差约束；采样点速度约束为：其中，为最大采样速度，为数控机床性能决定的最大进给速度，为轴的最大速度，为电机的最大速度，为刀尖到轴的运动学逆变换，为轴到电机的运动学逆变换；向心加速度约束为：其中，为向心加速度，为最大向心加速度，为路径曲线的曲率；向心加加速度约束为：其中，为向心加加速度，为最大向心加加速度；弦误差约束为：其中，为弦误差约束的最大速度，为插补周期，为最大弦误差；轮廓误差约束为：其中，为轮廓误差约束的最大速度，为最大轮廓误差，为数控机床系统的固有频率，为数控机床系统的阻尼。5.根据权利要求4所述的五轴联动同步刀具路径插补方法，其特征在于，根据数控机床的约束条件和进给速度的关系，规划进给速度曲线，包括：根据数控机床的约束条件和进给速度的关系，计算每个采样点上满足约束条件的最大进给速度，其中，每个采样点上满足约束条件的最大进给速度为：其中，为第i个采样点上满足约束条件的最大进给速度，为第i个采样点上3CN11561