一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法与流程

本发明涉及曲面加工，具体为一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法。

背景技术：

1、机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨迹，进而产生基本廓型曲线，如直线、圆弧等。其它需要加工的复杂曲线由基本廓型曲线逼近，这种拟合方法称为“插补”(interpolation),“插补”实质是数控系统根据零件轮廓线型的有限信息(如直线的起点、终点，圆弧的起点、终点和圆心等),计算出刀具的一系列加工点、完成所谓的数据“密化”工作。插补有二层意思，一是产生基本线型，二是用基本线型拟合其它轮廓曲线。插补运算具有实时性，要满足刀具运动实时控制的要求，其运算速度和精度会直接影响数控系统的性能指标。

2、现有的复杂曲线插补方法也就是数控系统加减速控制算法，直接影响着零件加工效率和加工精度，如果速度波动大时，电机会频繁换向，严重降低加工效率；如果在曲率较大之处不对速度有所减速控制，则会出现加工表面的超差，最终影响表面加工质量。

3、于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提出一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，所述插补方法的操作步骤如下：

3、s1、建立伺服总线主站控制平台：

4、建立通用架构ethercat伺服总线的网络模型，采用risc-v芯片和cpld芯片建立软硬件协同运行的伺服总线主站控制平台；

5、s2、样条曲线插补算法：

6、样条曲线插补技术分为三个部分：曲线空间坐标求取和导矢计算，参数密化方法，以及插补过程中的速度规划，其中，第一部分是后两部分计算的基础，第三部分是第二部分计算的前提条件，采用milne公式作为预估式来适应插补参数密化中的预估计算，根据milne-adams预估校正式结合数控插补的具体参数进行改进优化，得到改进的预估校正式，并通过经典runge-kutta法完成初始参数点的计算；

7、s3、柔性速度控制方法：

8、分析速度规划预处理所需要的准备工作，包括曲线弧长、曲率的计算，自适应速度的求取以及速度敏感点的筛选，并通过速度敏感点将样条曲线分成多段以完成后续速度规划，对曲线分段间连接进行优化，通过合并纯加速、纯减速段到前后曲线段中，再对合并曲线进行速度规划，将速度平滑算法与基于组合的改进加减速算法相结合，得到最终的柔性速度控制方法。

9、进一步的，所述s1步骤中，基于risc-v+cpld异构双核处理系统来构建ethercat伺服总线主站架构，将ethercat数据链路子层分为周期通信和非周期通信两个部分，周期通信部分和以太网数据链路子层采用cpld实现，其余采用软件方式实现，以最终实现软硬件协同运行的伺服总线主站控制平台。

10、进一步的，所述s2步骤中，显式的四步四阶milne公式由milne预测器和校正器组成：

11、先给出一个具有四个初始条件y(xi_3)＝yi_3,y(xi_2)＝yi_2,y(xi_1)＝yi_1和y(xi)＝yi的一阶微分方程y’＝f(x,y)，该方法从milne预测器开始：

12、

13、进一步的，所述校正器：

14、

15、进一步的，所述校正器使用的三个样本点，在xi_3和xi+1之间对y’-x曲线进行积分。

16、进一步的，所述s3步骤中，根据数控加工的初始进给速度f1，加速过程结束后的希望进给速度f2，求出加速过程速度差fd＝f2-f1，，并据此计算出实际速度差与样板速度差的比值k＝fd/fd，然后，根据加速开始到当前时刻所经过的采样周期个数n，计算出查表时间tn＝t·n/k，式中t为采样周期，根据tn查加速曲线表可得样板速度增量fn，由此计算出经过n个插补周期后实际速度的改变量dfn＝fn·k，进一步，将求出的n周期速度改变量dfn代入下式，求出当前采样周期的实际进给速度fi＝f1+dfn，最后，根据所求得的fi计算当前采样周期中插补直线段的长度，并据此进行轨迹计算，即实现满足曲线要求的自动加速控制。

17、进一步的，所述s3步骤中，减速曲线数表实现自动减速控制的过程如下：

18、首先，根据数控加工的初始进给速度f1，减速过程结束后的希望进给速度f2，求出减速过程速度差fd＝f1-f2，然后，求出查表时间tn，并查减速曲线表得样板速度增量fn，由此计算出经过n个插补周期后实际速度的改变量dfn＝fd-fn·k，进一步，将求出的n周期速度改变量dfn代入下式，求出当前采样周期的实际进给速度fi＝f1-dfn，最后，根据fi计算当前采样周期中插补直线段的长度，并据此进行轨迹计算，即实现曲线要求的自动减速控制。

19、进一步的，所述适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法应用于曲面加工的技术领域。

20、本发明提供了一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，具备以下有益效果：

21、1.该适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，基于milne预测器作为预估式来适应插补参数密化中的预估计算，基于校正器根据milne-adams预估校正式结合数控插补的具体参数进行改进优化，得到改进的预估校正式，并通过经典runge-kutta法完成初始参数点的计算，并实现满足曲线要求的自动加速控制和实现曲线要求的自动减速控制，由此实现柔性速度控制，以避免电机频繁转向，从而保障提高加工效率和加工质量。

技术特征：

1.一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，其特征在于：所述插补方法的操作步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，其特征在于：所述s1步骤中，基于risc-v+cpld异构双核处理系统来构建ethercat伺服总线主站架构，将ethercat数据链路子层分为周期通信和非周期通信两个部分，周期通信部分和以太网数据链路子层采用cpld实现，其余采用软件方式实现，以最终实现软硬件协同运行的伺服总线主站控制平台。

3.根据权利要求1所述的一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，其特征在于：所述s2步骤中，显式的四步四阶milne公式由milne预测器和校正器组成：

4.根据权利要求4所述的一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，其特征在于：所述校正器：

5.根据权利要求4所述的一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，其特征在于：所述校正器使用的三个样本点，在xi-3和xi+1之间对y’-x曲线进行积分。

6.根据权利要求1所述的一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，其特征在于：所述s3步骤中，根据数控加工的初始进给速度f1，加速过程结束后的希望进给速度f2，求出加速过程速度差fd＝f2-f1，并据此计算出实际速度差与样板速度差的比值k＝fd/fd，然后，根据加速开始到当前时刻所经过的采样周期个数n，计算出查表时间tn＝t·n/k，式中t为采样周期，根据tn查加速曲线表可得样板速度增量fn，由此计算出经过n个插补周期后实际速度的改变量dfn＝fn·k，进一步，将求出的n周期速度改变量dfn代入下式，求出当前采样周期的实际进给速度fi＝f1+dfn，最后，根据所求得的fi计算当前采样周期中插补直线段的长度，并据此进行轨迹计算，即可实现满足曲线要求的自动加速控制。

7.根据权利要求1所述的一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，其特征在于：所述s3步骤中，减速曲线数表实现自动减速控制的过程如下：

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，其特征在于：所述适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法应用于曲面加工的技术领域。

技术总结
本发明公开了一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，涉及曲面加工技术领域，所述插补方法的操作步骤如下：S1、建立伺服总线主站控制平台；S2、样条曲线插补算法和S3、柔性速度控制方法。该一种适用于加工复杂曲面造型的复杂曲线插补方法，基于Milne预测器作为预估式来适应插补参数密化中的预估计算，基于校正器根据Milne‑Adams预估校正式结合数控插补的具体参数进行改进优化，得到改进的预估校正式，并通过经典Runge‑Kutta法完成初始参数点的计算，并实现满足曲线要求的自动加速控制和实现曲线要求的自动减速控制，由此实现柔性速度控制，以避免电机频繁转向，从而保障提高加工效率和加工质量。

技术研发人员：颜国兵
受保护的技术使用者：江苏赛洋机电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13