一种基于轴向精度的小线段过渡方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数控技术领域的小线段加工技术，具体的说是一种基于轴向精度的小 线段过渡方法。
【背景技术】
[0002] 在复杂曲面的数控加工过程中，CAM系统首先将复杂曲面离散成简单平面，并用小 线段覆盖，产生的加工数据传输到CNC系统中。此时，如果按照传统方式直接加工，频繁的 加减速会降低加工表面的质量和加工效率。因此，对小线段所表示的加工路径进行过渡处 理，对提高加工质量和效率至关重要。
[0003] 现有的处理方法主要分为以下几种：一是直接过渡法，这种方法最简单，但加工误 差最大。二是单周期的圆弧过渡法，但在过渡点处加工速度会降低，而且轮廓精度难以保 证。三是基于矢量的曲线过渡，这种方法不适用于加工长度过短的小线段。四是样条曲线过 渡法和样条曲线拟合法。样条曲线过渡法包括Ferguson曲线过渡法、NURBS曲线过渡法，样 条曲线拟合法包括NURBS曲线等样条曲线拟合。样条曲线的拟合和插补过程中涉及到的计 算量较大，不适用于实时系统。而且上述算法在进行路径规划时，设置唯一的轮廓误差值， 未考虑轴向轮廓误差的要求，不能满足特殊工件的加工要求。
【发明内容】
[0004] 针对现有常用方法各自的不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种能够根 据保证加工件轴向精度的，又不会降低加工速度的基于轴向精度的小线段过渡方法。
[0005] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于轴向精度的小线段过渡方 法，包括以下步骤：
[0006] 根据数控系统设定的轴向误差值和机床结构，动态确定不同方向上的最大轮廓误 差；
[0007] 根据动态确定的最大轮廓误差值，确定插补数据中非必需的点，将其标记为冗余 占 .
[0008] 建立圆弧过渡的数学模型，确定过渡圆弧相关参数的初始值；
[0009] 根据标记的冗余点，检查并调整参数值。
[0010] 所述根据数控系统设定的轴向误差值和机床结构，动态确定不同方向上的最大轮 廓误差erromax，在三轴情况下为：
[0011] Cl)
[0012]
[0013] 在五轴情况下为：
[0014]
[0015]
[0016]
[0017] 其中，errox_max、erroy_ max、erroz_max为数控系统允许的x, y, z轴的轴向误差最大值， erromax_x，erro^^，erromax_z为数控系统允许的X，y, z轴的轴向轮廓误差。
[0018] 所述冗余点通过如下方法确定：
[0019] 匕到P "为待加工点，P ^ η < i彡m，为当前点，如果匕(n < j < i)到直线PR的 距离err〇j彡erro _，则Pj为冗余点。
[0020] 所述过渡圆弧相关参数的初始值为：
[0021]
(6)
[0022] 其中，夂\〇为系统在PW方向上所允许的最大轮廓误差，Θ为表 示由确定的线段ΡΑ的长度，2表示由PnPn，PnP q确定的线段Ρ Α的长度，点Q i， Q2分别表示圆0与线段P P^Pq的切点。
[0023] 所述根据标记的冗余点，检查并调整参数值，包括以下步骤：
[0024] 对PnPm间的冗余点进行检查，从当前点P i(i = m-Ι)开始，直到点Ps为止，P s满足 Z PAPA Z Q10P ^且幺Q10P A Z P i。按照第二部分的方法计算方向上允许的 最大误差erroi^，如果公式（7)成立，则i减1，
[0025]
C7)
[0026] 否则，调整过渡圆弧半径的大小，线段？1+1?1在i > m-1时可能会与线段？^"有交 线，故：
[0027] 如果i = m-1，做直线见'垂直于直线PnP"，垂足为Q/，与PJ)交点为0'，过渡 圆弧半径如公式（8)所示，其中P表示ZPi ^"0，
[0028]
(8)
[0029] 如果η < i <m-l，做直线Pi 1 Qi"垂直于直线ΡΛ，垂足为A"，与PJ)交点为 0"，过渡圆弧半径如公式（9)所示，其中p表示?表示线段PmQl"的长度，
[0030] r = ian(/9)L" gi- (9)
[0031] 按照上述方法对P^Pq间的冗余点进行检查。
[0032] 继续对线段PJV PqPt进行路径规划，直到结束。
[0033] 本发明具有以下优点及有益效果：
[0034] 1.提出的轮廓误差计算方法和冗余点滤除方法，在保证加工质量的基础上，可有 效地减少待加工路径的数据量。
[0035] 2.基于轴向的圆弧轨迹规划方法以及基于冗余点的圆弧参数调整方法，可以将加 工误差控制在系统的限制范围之内，在保证加工质量的基础上提高加工效率。
【附图说明】
[0036] 图1是最大轮廓误差确定方法不意图；
[0037] 图2是B、C双转台的五轴机床结构简图；
[0038] 图3是圆弧过渡的数学模型示意图；
[0039] 图4是滤除冗余点的示意图；
[0040] 图5是初始加工路径与未滤除冗余点时的加工路径对比图；
[0041] 图6是初始加工路径与滤除冗余点后的加工路径对比图；
[0042] 图7是未滤除冗余点时，各轴向上的加工误差结果图；
[0043] 图8是滤除冗余点后，各轴向上的加工误差值结果图；
[0044] 图9是二维平面内的待加工数据图；
[0045] 图10是三维平面内的待加工数据图；
[0046] 图11是加工图9数据时，各轴向上的加工误差值结果图；
[0047] 图12是加工图10数据时，各轴向上的加工误差值结果图。
【具体实施方式】
[0048] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0049] 根据系统设定的轴向误差值，动态确定不同方向上的最大轮廓误差。图1为最 大轮廓误差确定方法的示意图。假设系统允许的X，y，z轴的轴向误差最大值为 err〇x_ _、erroy_max、erroz_ max，则由X，y, z轴轴向误差决定的系统轮廓误差为erromax_x，errc^u， erro__z，系统在OP方向上允许的轮廓误差为erro_，如公式（1)所示。
[0050] (1)
[0051]
[0052] 在五轴数控系统的加工过程中，路径过渡时所允许的轮廓误差，不仅涉及x、y、z 轴，同时与旋转轴密切相关。如图2,以BC转台为例，加工路径上的点（x、y、z)与实际加工 的点（X、Y、Z)有公式（2)所示的对应关系，其中 X〇、y0、zO表示机床坐标系原点在工件坐 标系中的位置，B、C表示旋转轴的旋转角度。
[0053]
[0054] (2)
[0055]
[0056] 工件表面X，y, z轴轴向误差最大值为erromax_x，erromax_y，erro max_z，加过路径过渡 时所允许的x，y，z轴轴向误差最大值为errox_ max__，erroy_max_nOT，erro z_max_nOT。公式（2)对 X，Y，Z轴求偏导，如公