1 - V2
[0036]C3=V2 - 2p2+2p1+v1
[0037]又一方面，本发明提供了一种用于数控机床中处理微小路径段的设备，包括:
[0038]用于对于机器命令文件中连续的多个微小路径段，选择这些微小路径端的起点位置与终点位置之间的若干个中间点的装置；
[0039]用于采用以距离为变量的三次多项式来描述相邻两个中间点之间的样条曲线段的装置；
[0040]用于将机器命令文件中与所述多个微小路径段对应的程序段转换成与所述样条曲线段对应的程序段，产生新的机器命令文件并依据该新的机器命令文件来控制刀具的运行的装置。
[0041]又一方面，本发明提供一种CNC控制器，其包括如上所述的处理微小路径段的设备。
[0042]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0043]在机器命令文件中插补过程形成的多个连续的微小路径段，采用以距离为变量的三次多项式来进行拟合。该方法不要求对CAD/CAM系统进行任何改变，可兼容目前所有的CAD/CAM系统。对机器命令文件不需进行任何改变，不需要增加样条计算，完全保留了成熟传统的G/Μ代码编程的优点。所有传统的数控功能，如进给锁定，(重新)循环启动和倍率、单程序段执行等仍然适用。该方法对于CNC操作人员以及CAD设计人员都是透明的，而且采用三次多项式来拟合微小路径段，算法简单，不需要额外的计算能力，同时能保证精度。
【附图说明】
[0044]以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中:
[0045]图1为传统数控机床的工作流程示意图；
[0046]图2为采用样条插补的数控机床工作流程图；
[0047]图3为根据本发明实施例的数控机床工作流程示意图；
[0048]图4为根据本发明实施例的插补方法产生新的机器命令文件的过程示意图；
[0049]图5为传统的CNC控制器对微小路径段处理结果示意图；
[0050]图6为根据本发明实施例的插补方法对微小路径段处理结果示意图；
[0051]图7为根据本发明实施例的G06样条曲线示意图；
[0052]图8为示出了在刀具切割过程中刀具的位置、速度、加速度、加加速度以及时间之间的关系不意图；
[0053]图9为根据本发明实施例的确定各中间的速度矢量的方向的示意图
[0054]图10为根据本发明实施例的三次多项式方法拟合微小路径段的流程示意图。
【具体实施方式】
[0055]为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。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。
[0056]在传统数控机床的运动控制中，工作台(刀具)X，Y，Z轴的最小移动单位是一个脉冲当量。因此，刀具的运动轨迹是具有极小台阶所组成的折线(数据点密化)。例如，用数控机床加工轮廓线上两点之间的曲线，刀具可从起始点沿X轴移动一步或几步(一个或几个脉冲当量Dx)，再沿Y轴方向移动一步或几步(一个或几个脉冲当量Dy)，再沿X轴移动一步或几步等等，直至到达目标点，从而合成所需的运动轨迹(直线或曲线)。数控系统根据给定的直线、圆弧(曲线)函数，在将程序段所描述的理想轨迹上的起点、终点之间的已知点之间，进行数据点密化，确定一些中间点的过程，被称为插补过程。
[0057]图3给出了根据本发明一个实施例的数控机床工作流程示意图。CNC控制器收到机器命令文件后，采用以距离为函数的三次多项式来拟合该机器命令文件中的微小路径段，并对所述三次多项式进行插补及分配，以产生位移命令来控制刀具的运动。所有的操作全部集中在CNC控制器上完成，不要求对CAD/CAM系统进行任何改变，可兼容目前所有的CAD/CAM系统。对机器命令文件也不需进行任何改变，不需要增加样条计算，完全保留了成熟传统的G/Μ代码编程的优点。此外，所有传统的数控功能，如进给锁定，(重新)循环启动和倍率、单程序段执行等仍然适用。下文中将详细地讨论，如何对于微小路径段生成三次多项式，并对三次多项式进行插补。
[0058]更具体地，首先当CNC控制器收到机器命令文件时，检测其中是否存在多个连续的微小路径段。如上文所提到的，这些微小路径段是对任意曲线或复杂曲线采用直线和圆弧分段拟合所产生的很多微小的GOl直线段以及微小的G02/G03圆弧段(统称为微小路径段)。在机器文件中会有对应于各个路径段的程序段，通常可以取各个程序段的起点和终点来计算对应路径长度。例如，如果该路径长度小于设定的阈值，则可判断该路径长度为微小路径段。该设定的阈值可以是期望的切割速度V的平方除以该机床的最大加速度A而得到的。或者，为了进一步提高插补过程的效率和稳定性，可以将该阈值再增加一倍，即S=2*V2/A。其中期望的切割速度可以通过CNC控制器的参数设置命令进行设置，而该机床的最大加速度取决于该机床的物理限制。
[0059]图4示出了根据本发明实施例的插补方法产生新的机器命令文件的过程示意图。在传统的CAD/CAM系统中，通常对于不长的一段曲线，可能就有上万条GOl、G02/03路径段，对应于机器命令文件中上万条命令。如图4所示，由CAD/CAM系统产生的机器命令文件401中有很多细分的点组成的微小路径段。由于在实际数控加工切削过程中，对于任何一个路径段，刀具都会经过加速一匀速一减速的过程。但由于这些微小路径段太小了，还没达到匀速就已经减速了。而且对于真正的切割来说不是完全一个运动停止下一个运动才开始，而是同时进行的，这就是产生了重叠。如图5所示，如果按照这些微小路径段，逐条执行切害I]，则根本达不到预设的期望速度。因此，在该实施例中，如图4所示对于这些细分的点，从中选择一些中间点，采用基于三次多项式定义的G06样条曲线来拟合两个中间点之间的路径，而同时忽略除中间点之外的其余的点。实际上就是将几个或几十个相邻的微小路径段拟合成一条由三次多项式表示的曲线段。从而可以将由这些细分的点组成的路径转换成由若干个G06样条曲线段构成的路径。在产生的新的机器命令文件402中包含与这些G06样条曲线段对应的程序段，这样也就没有由于微小路径段带来的上万条命令了。图6给出了根据本发明实施例的插补方法对微小路径段处理结果示意图。如图6所示，在实际数控加工切削过程中，以G06样条曲线段为单位逐条执行，既可达到期望的速度，又可减少重叠，从而提闻了加工的效率。
[0060]图7给出了根据本发明实施例的G06样条曲线示意图。如图7所示，在X-Y-Z空间中的任意两个点Pl和P2，定义一个标记为“G06样条”的曲线。通常的样条曲线都是以时间为变量的函数曲线。但在该实施例中，采用下面的以距离为变量的三次多项式来描述连接这两个点Pl和P2的G06样条曲线的轮廓:
[0061 ] Px (d) =Cx3.d3+CX2.d2+Cxl.d+CX0
[0062]Py (d) =CY3.d3+CY2.d2+CY1.d+CY0
[0063]Pz (d) =Cz3.d3+CZ2.d2+Czl.d+CZ0
[0064]其中，d变量表示沿着连接这两个点的GOl直线的标准化的距离，O ^ d ^ 10在起始点Pl时，d为0，到线的终点P2时，d达到I。其中，CX1、CY1、Czi (O彡i彡3)表示三次多项式的系数。下文将详细介绍在给定两个点的位置和速度时如何求解上述三次多项式的系数。
[0065]图8为示出了在刀具切割过程中刀具的位置、速度、加速度、加加速度以及时间之间的关系示意图。如图8所示，在刀具切割过程中，刀具从起始位置开始，随时间经过加速-匀速-减速的过程到达目标位置。其中将起始位置与目标位置间的距离进行标准化，即从起始位置开始到达目标位置时距离为I。从图8可以看出，在加速的过程中，加速度逐渐增加至保持一段时间不变，然后逐渐减小。当达到期望的速度时，即匀速过程中时，加速度减至O。对应的减速过程与之相反。这里的距离是指刀具运行的距离，对