一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于数控加工技术领域，具体涉及一种获取刀位轨迹中的加工特征点的方 法及其应用。
【背景技术】
[0002] G代码是一种通用的程序语言，能够驱动NC和CNC等加工工具，同时G代码只是 一种基于刀具轨迹和加工状态的非常低级的语言，这种代码仅包括一些运动指令和辅助指 令。当前，G代码主要是通过一些CAD/CAM软件的后处理模块自动生成的，如NX、Mastercam 和 Pro/ENGINEER 等。
[0003] 由于G代码自身因素，它没有办法描述CAD/CAM软件系统所能描述的复杂信息，如 加工误差和特性信息等，数据流从CAD/CAM到CNC往往是不可逆的。尽管当前CAD/CAM功 能已经非常强大，后置处理之后生成的G代码较之以前有很大的改进，但这些G代码描述的 刀具轨迹仍然有不少缺点，如可能出现尖点，点位信息分布不均匀、不够平滑等，这些问题 都会影响到加工的质量和效率。因此，通常在加工之前，增加一个对刀具轨迹进行优化处理 的环节，以减少甚至排除这些不良影响。
[0004] 刀具轨迹中的加工特征点（Hard Break Point，HBP)是指刀具轨迹上不能更改的 特征点，它能够反映刀具轨迹的特性，对于刀具轨迹的优化处理有着非常重要的指导意义。 同时，如何进一步使用HBP信息也成为一个需要探索的问题。但是，目前的G代码中没有显 式的标记出哪些点位是HBP。寻找刀具轨迹中的HBP，是一个反求工程，即仅根据G代码提 供的点位信息，推断刀具轨迹中的每一个点是否为HBP。
[0005] 在刀路轨迹的优化算法中，可以采用前后两段GOl线段之间的夹角变化来进行 HBP的判断，此方法过于简单，未考虑CAM在计算刀路时的算法特点，使得获取的HBP点信息 不够准确，无法全面反应刀具轨迹信息，从而使得对于刀具轨迹的优化不够充分，影响加工 精度和加工效率。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，其通过对G代码表征的刀 具轨迹中的点进行两级筛选并采用全新的判断方式进行判断处理，从而准确反映刀具轨迹 特点的加工特征点（HBP)。
[0007] 按照本发明，为实现上述目的，提供一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，其包 括如下步骤：
[0008] (1)预处理步骤，即读取G代码中的点位信息，并在其中任意两点距离小于加工误 差时剔除其中一点；
[0009] ⑵HBP的初步筛选步骤，包括针对刀位轨迹上的每一点，分别计算其相邻两点与 该点之间的线段长度以及两连线之间的夹角，其中夹角大于绝对HBP阈值的点，直接确定 其为HBP ;夹角小于绝对非HBP阈值的点，直接确定其不是HBP ;剩余的点作为HBP二次筛选 步骤的候选点；
[0010] (3) HBP的二次筛选步骤
[0011] 首先，对于任一候选点，分别与其在前的两点以及在后的两点，各自三点形成圆 弧；
[0012] 其次，获得两段圆弧各自在该任一候选点处的切线，从而确定出两切线的夹角；
[0013] 然后，计算夹角与所述绝对HBP阈值的比值，并将其作为组合参数值，进而将所有 候选点的组合参数值组成数组并通过概率统计方式获得二次筛选HBP阈值；
[0014] 对于每个候选点，其对应的参数值大于二次筛选HBP阈值时，即为HBP。
[0015] 作为本发明的改进，所述二次筛选HBP阈值Ctte通过如下公式计算得到：
[0016]
【主权项】
1. 一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，其包括如下步骤： (1) 预处理步骤，即读取G代码中的点位信息，并在其中任意两点距离小于加工误差时 剔除其中一点； (2) HBP的初步筛选步骤，包括针对刀位轨迹上的每一点，分别计算其相邻两点与该点 之间的线段长度以及两连线之间的夹角，其中夹角大于绝对HBP阈值的点，直接确定其为 HBP ;夹角小于绝对非HBP阈值的点，直接确定其不是HBP ;剩余的点作为HBP二次筛选步骤 的候选点； (3) HBP的二次筛选步骤 首先，对于任一候选点，分别与其在前的两点以及在后的两点，各自形成圆弧； 其次，获得两段圆弧各自在该任一候选点处的切线，从而确定出两切线的夹角； 然后，计算夹角与绝对HBP阈值的比值，并将其作为参数值，进而将各参数值组成数组 并通过概率统计方式获得二次筛选HBP阈值； 对于每个候选点，其对应的参数值大于二次筛选HBP阈值时，即为HBP。
2. 根据权利要求1所述的一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，在其步骤（3)中，二 次筛选HBP阈值通过如下公式计算得到： Ctkr = ^^^伊石...;...而5.(1^ 其中，V。为所有候选点的参数值所组成的数组。
3. 根据权利要求1所述的一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，在其步骤（4)中，可 通过添加敏感系数S来调节Ctte的大小： Cthrs = v'm2S*M2-2S 其中，调整大小后的Cthr记为C thrs，m = Mean(Ve)，M = Max(Ve)，敏感系数S的取值可在 O到1之间变化。
4. 根据权利要求1中所述的一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，在其步骤（3)中， 圆弧的弦误差大于加工误差时，则直接利用线段向量作为切线。
5. 根据权利要求1中任一项所述的一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，在其步骤 (3)中，所述切线夹角在进行参数值计算前，可对其进行修正，即将该夹角减去修正角度，从 而得到更精确的切线夹角： Mai= Θ「a* (P1Jp2i)-M(Qi-^ew) 式中，Si为任一候选点i所对应的两条切线的夹角，p π和p 2i分别对应对当前点两 侧的切线向量的修正角度，a和b分别为调节系数。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，所述绝 对HBP阈值优选为π/5。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，所述绝 对非HBP阈值优选为π /90。
8. -种利用权利要求1-7中任一项所述的方法所获取的HBP作为G代码优化拟合的分 段点的应用。
9. 一种利用权利要求1-7中任一项所述的方法所获取的HBP作为误差限制点，以便于 对整体拟合误差进行控制的应用。
10. -种利用权利要求1-7中任一项所述的方法所获取的HBP作为数控机床的速度规 划的降速点的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种获取刀具轨迹中加工特征点的方法，包括(1)从G代码中的点位中任意两点距离小于加工误差时剔除其中一点；(2)计算相邻两点与该点之间的线段长度以及两连线之间的夹角，夹角在绝对HBP阈值和绝对非HBP阈值之间的点作为候选点；(3)对于任一候选点分别与其在前的两点以及在后的两点，各自三点形成圆弧，获得两段圆弧各自在该候选点处的切线，确定出夹角；计算夹角与绝对HBP阈值的比值，并进而获得二次筛选HBP阈值；对于每个候选点，其对应的参数值大于二次筛选HBP阈值时，即为HBP。本发明还公开了上述方法获得的HBP的应用。本发明能够准确反映刀具轨迹特点的HBP，解决目前对HBP点获取不精确而导致加工精度和效率受到影响的问题。
【IPC分类】G05B19-19
【公开号】CN104656558
【申请号】CN201510019255
【发明人】李振瀚, 江海清, 惠恩明, 颜昌亚, 胡铮铭, 汪敏敏, 应坤
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月15日