一種等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)方法，主要用于多軸加工刀具路徑規(guī)劃作業(yè)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，五軸加工因其更高的加工效率和更好的加工質(zhì)量，在自由曲面(自由曲面指表面形狀不能被連續(xù)加工的，具有傳統(tǒng)加工成型的任意性特點的曲線)零件制造領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。自由曲面的五軸數(shù)控加工目前大都采用商業(yè)CAM軟件來進(jìn)行輔助編程，由于一般CNC系統(tǒng)僅具有空間直線插補(bǔ)能力，因此，由CAM軟件輔助生成的刀具軌跡都是由大量的微小直線段組成。這種將自由曲面離散成大量微小直線段的曲面加工方法，不但加工效率低，而且加工精度和表面質(zhì)量難以滿足要求。尤其是在高速加工中，由于刀具軌跡曲線的不連續(xù)會引起進(jìn)給速度和加速度的不連續(xù)，將導(dǎo)致刀具運(yùn)動方向和受力情況的突然變化，從而不可避免引起機(jī)床振動，產(chǎn)生較差的表面質(zhì)量，并加快刀具磨損。
[0003]同一自由曲面采用不同的刀具路徑軌跡規(guī)劃方法，加工精度和加工效率可能有很大的差別，因此，加工刀具路徑軌跡規(guī)劃被認(rèn)為是自由曲面的多軸聯(lián)動數(shù)控編程的核心任務(wù)。自由曲面的刀具路徑軌跡規(guī)劃，都是通過走刀步長來控制離散直線段的最大逼近誤差，控制加工步距保證最大殘余高度誤差。國內(nèi)外提出的刀具路徑軌跡規(guī)劃算法都是從這兩方面入手，來提高自由曲面的加工質(zhì)量和加工效率。
[0004]加工步長的計算方法主要有等參數(shù)步長法、等距離步長法和等步長篩選法等，一般都是采用微小直線段對理論曲線進(jìn)行弦弧逼近。
[0005]等參數(shù)步長法的特點是算法簡單、穩(wěn)定可靠、速度快等，自由曲線按照等參數(shù)進(jìn)行離散逼近，由于參數(shù)空間和表示實際位置的笛卡爾空間的非線性對應(yīng)關(guān)系，由相等的參數(shù)增量所得到的笛卡爾空間的相鄰的離散點之間的距離的大小是不等的，更不能保證各個逼近直線段與參數(shù)曲線之間的誤差的一致性。因此，為了控制各離散直線段對曲線的逼近誤差在給定的允差范圍內(nèi)，等參數(shù)增量只按照最不利的情況選取，因此，加工步長取值都比較保守，所生成的零件程序量大，弓高誤差(弓高又指弦高，指在刀觸點軌跡曲線上兩相鄰刀觸點之間的弦高。)分布不均勻。
[0006]等距離步長法的計算過程比等參數(shù)步長法要復(fù)雜的多，而且由于原曲線在各點的曲率不等，各個逼近段內(nèi)的逼近誤差也不相等與等參數(shù)法類似，離散步長的選取也只能按照最不利的情況選取，因而也難以得到高質(zhì)量的零件程序。
[0007]步長篩選法首先按照很小的等參數(shù)步長進(jìn)行曲線離散逼近，步長取值使得逼近點列足夠密集，然后校核各個離散直線段內(nèi)的實際弓高誤差，從離散點列中篩選出符合弓高允差(弓高允許的誤差)要求的點列，剔除掉不必要的離散點。步長篩選法雖然克服了等參數(shù)法和等距離法的缺點，但實際上這兩種方法都不能實現(xiàn)真正意義上的步長范圍內(nèi)的等弓高誤差，因此，加工步長并非實現(xiàn)弓高允差下的最大化加工步長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決傳統(tǒng)方法在多軸加工刀具路徑規(guī)劃步長計算方面存在的問題，本發(fā)明提出了一種等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)方法，適應(yīng)曲面曲率的變化自適用調(diào)整加工步長，實現(xiàn)加工步長在弓高允差范圍內(nèi)的最大化，可以獲取最少的曲線離散段數(shù)，同時為讓效率提高，我們選擇弓高誤差與弓高允差相等；采用新的等弓高誤差步長法確定的刀具路徑軌跡，在各逼近直線段內(nèi)的弓高誤差均勻一致，加工精度高。
[0009]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)方法，用于多軸加工刀具路徑規(guī)劃作業(yè)，所述等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)算法得到的自由曲線上兩相鄰刀觸點之間的弓高誤差相等，實現(xiàn)加工步長在弓高允差范圍內(nèi)的最大化，獲取最少的曲線離散段數(shù)，采用弓高允差與弓高誤差相等，提高加工工作效率，所述弓高允差為弓高允許的最大值。
[0010]根據(jù)權(quán)利要求所述的一種等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)方法，所述等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)算法包括以下步驟:
步驟I)將處理模具的面轉(zhuǎn)換成自由曲面，將所述自由曲面劃分成若干條刀觸點軌跡曲線Lk, k=l，…，n，所述η為劃分的刀觸點軌跡曲線條數(shù)；
步驟2)以弓高誤差為距離，所述弓高誤差以磨具加工表面設(shè)定的，是個確定的常數(shù)，在上述步驟I)其中一條刀觸點軌跡曲線Zk兩個方向上做以弓高誤差為距離的等間距偏置線4l 與 Α?2;
步驟3)確定所述曲線Zk的起始端仏，將A作為第一個刀觸點；
步驟4)通過上述步驟3)中第一刀觸點，分別作所述曲線^與A2的兩條切線；
步驟5)對上述步驟4)所述的兩條切線進(jìn)行是否在弓高誤差區(qū)域內(nèi)的判斷；
步驟6)根據(jù)上述步驟5)的判斷結(jié)果確定下個刀觸點Z5ki，所述i=l，…，m，所述m為刀觸點軌跡曲線4上刀觸點的個數(shù)；
步驟7)根據(jù)上述步驟確定的刀觸點&，判斷刀觸點&是否在所述曲線Zk上，4在所述曲線Zk上，重復(fù)上述步驟3)_6)，€點不在所述曲線Zk上，一條刀觸點軌跡曲線的作業(yè)結(jié)束；
步驟8)所述步驟7)中一條刀觸點軌跡曲線的作業(yè)結(jié)束，進(jìn)行下一條刀觸點軌跡曲線的作業(yè)，重復(fù)上述步驟2) _7)，直到所述自由曲面上所有的刀觸點軌跡曲線的作業(yè)結(jié)束，整個磨具的作業(yè)結(jié)束。
[0011]優(yōu)先地，第i刀觸點4對應(yīng)的橫坐標(biāo)為Zkl，所述i=l，…，m，過4關(guān)于^與Lk2的切線為^和及12，所述切線I1JB 412的切點分別對應(yīng)的橫坐標(biāo)為足^與尤2關(guān)，對所述切線‘工和慫2是否在弓高誤差區(qū)域內(nèi)的判斷:
首先判斷切線4u，判斷在U1, Au]范圍內(nèi)切線I1與曲線42交點情況，若只有一個交點、或者沒有交點，所述切線在弓高誤差范圍之內(nèi)，滿足要求，若有兩個或者兩個以上交點，則該切線不在弓高誤差范圍內(nèi)，不滿足要求，舍去；
接著判斷切線412，判斷在U1, ^12I范圍內(nèi)切線412與曲線4交點情況，若只有一個交點、或者沒有交點，所述切線慫2在弓高誤差范圍之內(nèi)，滿足要求，若有兩個或者兩個以上交點，則該切線不在弓高誤差范圍內(nèi)，不滿足要求，舍去。
[0012]優(yōu)先地，對所述切線尤⑴和412是否在弓高誤差區(qū)域內(nèi)判斷情況分三種: 第一種，所述切線‘工和412都在弓高誤差區(qū)域內(nèi)，判斷所述切線UB 412的切點分別對應(yīng)的橫坐標(biāo)足^與足12的大小，Xkll大于Xkl2，則切線Ii的延長線與所述曲線4的交點即可做下一個刀觸點；
第二種，如果切線及12在弓高誤差區(qū)域外，舍去切線^l2，同時將切線Kkll的延長線與所述曲線4的交點作為下一個刀觸點；
第三種，如果切線及u在弓高誤差區(qū)域外，舍去切線及u，同時將切線Kkl2的延長線與所述曲線4的交點作為下一個刀觸點。
[0013]優(yōu)先地，所述自由曲面劃分成若干條刀觸點軌跡曲線是采用刀具路徑規(guī)劃方法，所述刀具路徑規(guī)劃方法包括等殘留高度法、等截面法、等距離發(fā)法。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明涉及的一種等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)方法結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明涉及的一種等弓高誤差變步長切線插補(bǔ)方法流程圖。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一