一种高精度快速空间圆弧插补方法
【专利摘要】一种高精度快速空间圆弧插补方法，该方法有六大步骤：步骤1，定义空间圆弧插补代码格式；步骤2，译码获取空间圆弧插补数据信息；步骤3，计算圆弧插补半径、圆心角、弧长以及插补弓高误差约束下的最大进给速度修正值；步骤4，计算插补参数增量；步骤5，计算插补点；步骤6，插补终点判断。该插补方法能根据给定的圆弧起点、终点以及圆弧平面法矢完成任意空间平面内的圆弧插补。
【专利说明】一种高精度快速空间圆弧插补方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高精度快速空间圆弧插补方法，属于数控加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 现有的数控系数一般只具备G01空间直线插补与G02/03二维圆弧插补，插补圆弧 时必须同时指定圆弧插补平面，即G17代码指定的XY平面、G18代码指定的XZ平面或G19 代码指定的YZ平面。因此，空间自由曲线在加工之前一般都被离散成微小的空间直线段， 形成大量连续的G01代码，数控系统根据G01代码使用空间直线插补方法完成空间自由曲 线的加工。实际上，使用空间圆弧逼近空间自由曲线不仅能大量降低代码的数量、提高曲线 逼近精度，同时能使得机床运动更加平稳，避免了直线段连接处的拐角突变。因此，需要开 发一种插补精度高、计算速度快的空间圆弧插补方法来实现空间圆弧逼近自由曲线的加工 方式。
【发明内容】
[0003] 本发明针对以上问题，提供了一种高精度快速空间圆弧插补方法。该插补方法能 根据给定的圆弧起点、终点以及圆弧平面法矢完成任意空间平面内的圆弧插补。本发明通 过以下技术方案实现，图1所示为插补方法流程图，具体步骤如下：
[0004] 步骤1，定义空间圆弧插补代码格式：
[0005] 本发明定义空间圆弧插补代码格式为：G02. IX⑶_Y (V) _Z (W) _I_J_K_NX_NY_NZ_F
[0006] X，Y，Z为圆弧终点绝对坐标，U，V，W为圆弧终点相对坐标（相对于起点）；
[0007] I，J，K为圆弧圆心相对坐标（相对于起点）；
[0008] NX, NY, NZ为圆弧平面的法矢，并规定绕法矢逆时针方向插补圆弧；
[0009] F为插补进给速度。
[0010] 步骤2,译码获取空间圆弧插补数据信息：
[0011] 令圆弧插补的起点为0^，^，23)，即前一段代码插补的终点，为已知；
[0012] 若读取的圆弧插补代码为：G02. lXxe Yye Zze Iic Jjc Kkc NXnx NYny NZnz Ff，则 圆弧插补的终点为^7(；，2(；)，圆心为（1。，7。，2。）= (1；3+;[。，7；3+」。，2；3+10,圆弧平面法矢为 (n x, ny, nz)，最大进给速度为f ;
[0013] 步骤3,计算圆弧插补半径、圆心角、弧长以及插补弓高误差约束下的最大进给速 度修正值：圆弧插补半径：
【权利要求】
1. 一种高精度快速空间圆弧插补方法，其特征在于：该方法具体步骤如下： 步骤1，定义空间圆弧插补代码格式： 定义空间圆弧插补代码格式为：G02. IX (U) _Y (V) _Z (W) _I_J_K_NX_NY_NZ_F X，Y，Z为圆弧终点绝对坐标，U，V，W为相对于起点的圆弧终点相对坐标； I，J，K为相对于起点的圆弧圆心相对坐标； NX，NY，NZ为圆弧平面的法矢，并规定绕法矢逆时针方向插补圆弧； F为插补进给速度； 步骤2,译码获取空间圆弧插补数据信息： 令圆弧插补的起点为（xs，ys，zs)，即前一段代码插补的终点，为已知； 若读取的圆弧插补代码为：G02. 1 Xxe Yye Zze Ii。Jj。Kk。NXnx NYny NZnz Ff，则圆 弧插补的终点为^7(；，2(；)，圆心为（1。，7。，2。）= (1；3+;[。，7；3+」。，2；3+1〇，圆弧平面法矢为 (n x, ny, nz)，最大进给速度为f ; 步骤3,计算圆弧插补半径、圆心角、弧长以及插补弓高误差约束下的最大进给速度修 正值： 圆弧插补半径
圆弧插补圆心角：计算起点向量为Vs = (xs_x。，ys_y。，zs_z。)，终点向量为Ve = (xe-xc，ye-yc，ze-z c)，圆弧平面法矢为N = (nx，ny，nz),计算起点向量、终点向量与圆弧 平面法矢的混合积为（V s，Ve，N) = (VsXVe) · N，若（Vs，Ve，N) > 0,则圆弧插补圆心角
若（Vs，Ve，N)彡0,则圆弧插补圆心
圆弧插补弧长：L = R Θ ; 最大进给速度修正值：若规定的最大插补弓高误差为δ，插补周期为T。，则最大进给速 度修正为
步骤4,计算插补参数增量： 根据圆弧弧长与最大进给速度，进行进给速度规划后的第i个插补周期的进给速度为 加速度为Ai，加加速度为1，则插补步长为
插补参数增量计算 为
其中I |N| |为圆弧平面法矢的三维欧几里德模长； 步骤5,计算插补点： 令当前插补点为（Xi, yi, zj，下一个插补点为（xi+1, yi+1, zi+1)，按如下计算：
计算得到的（xi+1，yi+1，zi+1)即为插补点，通过伺服位置控制完成空间圆弧插补； 步骤6,插补终点判断： 更新剩余插补长度为L = L-Li，若L > 0,则返回步骤4继续插补；否则，插补结束。
2. 根据权利要求1所述的一种高精度快速空间圆弧插补方法，其特征在于：所述步骤3 中涉及的插补弓高误差为圆弧插补过程插补轨迹逼近圆弧造成的几何误差，直线段为插补 轨迹，插补轨迹去逼近被插补圆弧时，插补轨迹与圆弧之间的最大偏差为弓高误差S。
3. 根据权利要求1所述的一种高精度快速空间圆弧插补方法，其特征在于：所述步骤 4中涉及的的进给速度规划，为根据圆弧插补弧长规划的进给速度信息，属于进给速度规划 方面，规划后得到每个插补周期的进给速度、加速度与加加速度信息用于计算每个插补周 期的插补步长及插补参数增量。
4. 根据权利要求1所述的一种高精度快速空间圆弧插补方法，其特征在于：所述步骤 5中涉及的的当前插补点为已知的点，初始值即为圆弧插补的起点，每一个插补周期计算一 次插补点。
【文档编号】G05B19/4103GK104155916SQ201410339127
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】刘强, 刘焕, 周胜凯, 李传军 申请人:北京航空航天大学