专利名称：数控系统中基于旋转半径固定的多轴插补方法
技术领域：
本发明涉及一种数控机床系统的控制技术，特别涉及一种数控机床系统中的插补技术。
背景技术：
目前在数控机床系统中的多轴插补方案主要有以下两种方法
1.先按直线轴插补，然后再分配给旋转轴
2.按照多轴插补 上述两种方法分别存在不足先按直线轴插补，然后再分配给旋转轴的缺点是很 难保持同步，这在加工速度比较高的情况下表现的尤为明显；而按照多轴插补的一个困难 就是量纲不统一，给后续的处理带来了很多困难。
发明内容
本发明针对上述现有数控机床系统中的多轴插补方案所存在的问题，而提供一种 基于旋转半径固定的多轴插补方案。该方案在旋转半径一定的条件下，利用旋转半径将旋 转轴的弧度转化为弧线的长度，把单位统一起来，使得后续的处理都简单起来。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案 数控系统中基于旋转半径固定的多轴插补方法，该方法基于数控机床系统实施， 其包括如下步骤 (1)利用各个旋转轴的旋转半径，把弧度转化为弧线的长度； (2)定义多维空间中的两点长度，求出待插补直线在多维空间中的长度； (3)定义多维空间中两条直线的夹角，并由此求得待插补直线在多维空间中与各
个旋转轴的夹角； (4)根据步骤(3)得到的夹角，按照时间分割得方法进行插补。
根据上述技术方案得到的多轴插补方法具有以下优点
(1)连接速度的计算比较简单，有效的解决了数控系统中的一个难点。
(2)各个轴能保持很好的同步。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为本发明的流程图。
具体实施例方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。 本发明所要解决的问题为在按多轴插补时，如何保持量纲一致，使得插补更物理。为此本发明的方案如下(如图l所示) 第一步，利用各个旋转轴的旋转半径，根据公式 s = r 9 可以把弧度转化为弧线的长度，其中r为旋转轴的旋转半径，9为弧度，s为弧线 的长度，这样所有的单位就都有了一个统一的量纲——长度。
第二步，根据公式 /= |>,-X,)2 定义n维空间中两点之间的长度l，其中(Xl， L， xn)和(y" L， yn)分别代表n维空
间中的两点，可以根据此公式求出待插补的直线在多维空间中的长度。 第三步，根据步骤二确定n维空间中两条直线，并定义n维空间中这两条直线的夹
角。若在n维空间中确定两条直线的A、 B、 C三点的空间坐标为(Xl， L， xn)、 (yi， L， yn)和
(Zl， L， zn)，那么可以定义直线AB和直线BC的夹角为
6* = arcos(n n 其中AB
:(y「x" L， yn-xn) ， BC = (z「y" L， zn-yn) ， AB BC为AB和BC的点积，即 有,万C-力O,-A).0,-y,)， I AB I和I BC I分别为AB和BC的长度，为 |网=法化—x,)2 M =莊(；-少,) 通过该步骤可以得到待插补直线在n维空间中与其它直线的夹角。 第四步，最后按照时间分割得方法进行插补。如果第m个插补周期的合成速度为
Fm，插补周期为T，则第m个插补周期在n维空间中的增量为 A l迈=Fm T 再按照直线与各个轴的夹角分配给各个轴，即有
A lmi = A lm cos 9丄 e,是第i个轴与待插补直线的夹角，其可由步骤三得到-
上述技术方案的具体实施如下 该实施实例为四轴系统，包括三个平动轴和一个旋转轴。 和终点P2的坐标为(xn yi， Zl， a》禾P (x2， y2， z2， a2)。 其中(Xl， yi， Zl)和(x2， y2， z2)为相对于机床零点的空间绝对坐标，ai和a2为相对 于机床零点位置的绝对旋转角度。将旋转轴转化为平动轴，则转化后的位移为
插补完成c
设待插补直线的起点Pi
s = r * (A;)
因此待插补线段的合成位移为
Z = blP2 I = 一 Xl )2 + 02 一 7l )2 + 02 — Zl )2 + , O2 — A )2
其中r为固定的旋转轴半径。各坐标轴的方向系数为
cos R = t =
■cos夕,，=二
■cos 6*. A:.
一t — z广A
<formula>formula see original document page 5</formula>
设A"为第i个插补周期内的合成进给量(这个量在插补周期和相应的控制速 度给定的条件下可以求出来)。根据时间分割法，第i个插补点的空间绝对坐标和绝对旋转 角度分别为
<formula>formula see original document page 5</formula>
整个插补过程完成。
基于上述插补方案，其相应的连接速度的计算方法如下
记各坐标轴在I-I条线段的终点处的速度为Vi,Q—^，其中i代表第i个轴，I-I代
表第i-i条线段，e代表终点速度，s代表起点速度，1条线段的起点速度为Vi,u，则该两相
邻插补周期内的各坐标轴的速度变化必须满足 <formula>formula see original document page 5</formula>
其中，Ai,^为各坐标轴伺服驱动允许的在两相邻插补周期内的最大加速度，T为一 个时间常量。假设1-1条线段的终点合速度速度等于1条线段的起点的和速度则根据上试 可得 IV.kLs-V.k丄—"I《Ai,隨.T
因此可得连接速度为<formula>formula see original document page 5</formula> 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
权利要求
数控系统中基于旋转半径固定的多轴插补方法，该方法基于数控机床系统实施，其特征在于，所述方法包括如下步骤(1)利用各个旋转轴的旋转半径，把弧度转化为弧线的长度；(2)定义多维空间中的两点长度，求出待插补直线在多维空间中的长度；(3)定义多维空间中两条直线的夹角，并由此求得待插补直线在多维空间中与各个旋转轴的夹角；(4)根据步骤(3)得到的夹角，按照时间分割得方法进行插补。
全文摘要
本发明公开了数控系统中基于旋转半径固定的多轴插补方法，该方法首先利用各个旋转轴的旋转半径，把弧度转化为弧线的长度；接着定义多维空间中的长度，并求出待插补的直线在多维空间中的长度；然后可以定义多维空间中两条直线的夹角，最后按照时间分割得方法进行插补。本发明在按多轴插补时，能够保持量纲一致，使得插补更物理。
文档编号G05B19/41GK101782759SQ20101002285
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者赵冬, 郑之开 申请人:上海维宏电子科技有限公司;上海奈凯电子科技有限公司