專利名稱：適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控加工技術(shù)，具體的說是一種適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法。
背景技術(shù)：
自由曲線和曲面被廣泛的應(yīng)用于模具行腔、汽車覆蓋、航空部件的設(shè)計(jì)中，然 而自由曲線和曲面的數(shù)控加工一直是研究的難點(diǎn)。在自由曲線和曲面的數(shù)控加工中， CAM (computer-aided manufacturing，計(jì)算輔助制造)系統(tǒng)通常用一系列微小折線來指定 被加工曲線和曲面，生成由大量微小程序段(直線段)組成的數(shù)控加工程序，并由數(shù)控裝置 進(jìn)行加工處理。當(dāng)數(shù)控加工程序以近似于折線的方式來指定自由曲線時(shí)，在容差一定的條件下， 由曲率半徑較小的自由曲線組成的形狀部分和由曲率半徑較大的自由曲線組成的形狀部 分，其程序段長(zhǎng)度有所不同。對(duì)于由曲率半徑較小的自由曲線組成的形狀部分，其程序段長(zhǎng) 度較短，程序段過渡處的直線插補(bǔ)會(huì)導(dǎo)致各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的加速度頻繁跳轉(zhuǎn)，從而引起機(jī)床的 振動(dòng)，并最終導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)凹凸不平；而對(duì)于由曲率半徑較大的自由曲線組成的形狀 部分，其程序段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，程序段過渡處的直線插補(bǔ)會(huì)導(dǎo)致相鄰程序段之間的折角十分明 顯，從而也會(huì)引起加工表面出現(xiàn)凹凸不平。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可避 免由于程序段過渡處直線插補(bǔ)所引起的加工表面凹凸不平的適應(yīng)于數(shù)控裝置的程序段平 滑壓縮方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是本發(fā)明適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法包括以下步驟1)解析加工路徑濾除數(shù)控程序中不規(guī)則編程點(diǎn)，并推斷出需要形狀平滑度的部 分；2)編程點(diǎn)參數(shù)化通過編程點(diǎn)之間的距離對(duì)每個(gè)編程點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化；3)選取特征編程點(diǎn)通過編程點(diǎn)處的加工形狀彎曲方向，將編程點(diǎn)劃分為特征編 程點(diǎn)和非特征編程點(diǎn)，從而選取出特征編程點(diǎn)；4)計(jì)算特征編程點(diǎn)處切向量通過構(gòu)造插值曲線來計(jì)算特征編程點(diǎn)處的切向量；5)壓縮程序段將相鄰特征編程點(diǎn)之間的程序段壓縮成樣條曲線的一段；6)控制加工誤差通過調(diào)整曲線段的形狀來確保壓縮成的樣條曲線滿足加工精 度要求。所述解析加工路徑包括以下步驟11)濾除不規(guī)則編程點(diǎn)Pi ，增加一個(gè)以程序段PiPw中間位置為指令值的編 程點(diǎn)Pj
12)識(shí)別加工形狀，將長(zhǎng)度大于系統(tǒng)設(shè)定的微小路徑判斷長(zhǎng)度的程序段確定的加 工部分作為需要形狀精度的部分，其余程序段共同確定的加工部分為需要形狀平滑度的部 分。所述選取特征編程點(diǎn)包括以下步驟
31)標(biāo)記Pi為特征編程點(diǎn)，并計(jì)算向量‘與向量$+力+2之間的叉積，得到向量 vi+1 ；將 k 置為 i+2 ；32)若k < j，計(jì)算向量/^與向MPkPk^間的叉積，得到向量Vk ；若k = j，標(biāo) 記Pk為特征編程點(diǎn)，并結(jié)束整個(gè)過程；33)計(jì)算向量Vi+1與向量Vk之間的夾角ai+lk，若a ik > 90°，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk為 特征編程點(diǎn)；34)若k < j-Ι不成立，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk+1為特征編程點(diǎn)，選取特征編程點(diǎn)過程結(jié) 束； 若k < j-Ι成立，用Pk替代Pi并將i值賦值成k值，轉(zhuǎn)至步驟31)；若ai+lk^90°，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk為非特征編程點(diǎn)，并將k加1，轉(zhuǎn)至步驟32)；若k < j不成立，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk為特征編程點(diǎn)，選取特征編程點(diǎn)過程結(jié)束。所述計(jì)算特征編程點(diǎn)處切向量，是根據(jù)連續(xù)五個(gè)編程點(diǎn)Pi_2、Ph、Pi、Pi+1和Pi+2的 指令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值UiflVpUi、!^和Ui+2構(gòu)造兩條三次插值曲線Qi_2(U)和Qp1(U)， 并通過兩條三次插值曲線在Ui處的一階導(dǎo)矢Q' i_2(Ui)和Q' H(Ui)計(jì)算出編程點(diǎn)Pi處 的切向量P' i。所述壓縮程序段為根據(jù)特征編程點(diǎn)Pi和P」的指令值、對(duì)應(yīng)的參數(shù)值Ui和~以及 計(jì)算出的切向量P'P將特征編程點(diǎn)Pi和1之間的程序段壓縮成曲線段Si(U)。所述控制加工誤差包括以下步驟設(shè)編程點(diǎn)Pi和P」為兩相鄰的特征編程點(diǎn)，曲線段Si(U)為樣條曲線S(U)在特征 編程點(diǎn)Pi之間h的曲線段；計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線段Si(U) 上的點(diǎn)Si (Uk)之間的距離Lk；判斷上述距離Lk是否小于等于最大加工誤差，若是，則將k加1 ；判斷k < j是否成立，若否，則判斷是否有k值記錄；如有k值記錄，則從Lk中找出離曲線SSi(U)最遠(yuǎn)的非特征編程點(diǎn)Pk。將非特征 編程點(diǎn)Pk變?yōu)樘卣骶幊厅c(diǎn)，計(jì)算其切向量，并將特征編程點(diǎn)Pi與P」之間的程序段以新特征 編程點(diǎn)Pk為分界劃分為兩部分；根據(jù)特征編程點(diǎn)Pi和Pk的指令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值和切向量將將特征編程點(diǎn)Pi 與Pk之間的程序段壓縮成新曲線Ssi (U)；判斷新曲線段Si (U)是否已經(jīng)處理，如已經(jīng)處理，則根據(jù)特征編程點(diǎn)Pk和！^的指 令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值和切向量將它們壓縮成曲線段Sk(U)；判斷曲線段Sk(U)是否已經(jīng)處理，若已經(jīng)處理，則結(jié)束控制加工誤差過程；如果曲線段Sk(U)沒有處理，則用Pk替換Pi,并將i值賦值成k值，接續(xù)計(jì)算特征 編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之間的距離Lk步驟；如果新曲線段Si (U)沒有處理。則用Pk替換Pj,并將j值賦值成k值，接續(xù)計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之 間的距離Lk步驟；如果判斷是否有k值記錄的結(jié)果為否，則結(jié)束控制加工誤差過程；如果判斷k < j成立，則轉(zhuǎn)至計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與P」之間的非特征編程點(diǎn)Pk (k從 i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之間的距離Lk步驟;如果判斷上述距離Lk是否小于等于最大加工誤差的結(jié)果為否，則記錄k值及距離 Lk后，接續(xù)將k值加1步驟。本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)1.加工質(zhì)量高。當(dāng)數(shù)控裝置采用本發(fā)明方法將一系列程序段指定的折線路徑壓縮 成樣條曲線后，便可通過曲率半徑來鉗制加工速度，從而可避免程序段過渡處直線插補(bǔ)造 成的工件表面凹凸不平。2.加工精度高。當(dāng)數(shù)控裝置采用本發(fā)明方法將一系列程序段指定的折線路徑壓縮 成樣條曲線后，便可減少折線逼近曲線的近似誤差，從而可最大限度的提高加工精度。3.加工效率高。當(dāng)數(shù)控裝置采用本發(fā)明方法將一系列程序段指定的折線路徑壓縮 成樣條曲線后，便可通過樣條插補(bǔ)來充分利用機(jī)床的最大加減速能力，從而可最大限度的 提高加工效率。


圖1為本發(fā)明方法程序流程圖；圖2A為不規(guī)則編程點(diǎn)濾除圖；圖2B為加工形狀識(shí)別圖(一)；圖2C為加工形狀識(shí)別圖(二)；圖3A為特征編程點(diǎn)選取圖；圖3B為特征編程點(diǎn)選取流程圖；圖4為特征編程點(diǎn)處切向量計(jì)算圖；圖5為程序段壓縮圖；圖6為加工誤差控制圖；圖7為適用于本發(fā)明的數(shù)控裝置；圖8A為未使用本發(fā)明方法的加工路徑圖；圖8B為使用本發(fā)明方法的加工路徑圖；圖9A為未使用本發(fā)明方法的工件加工表面；圖9B為使用本發(fā)明方法的工件加工表面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖7所示，應(yīng)用本發(fā)明方法的數(shù)控裝置基于PCI總線，由電源4供電，包括TFT 型顯示器1、中央控制器2、機(jī)床操作面板3、總線通信卡5及接口電路6。其中，中央控制器2與顯示器1、機(jī)床操作面板3通信，并通過PCI總線與總線通信卡5及接口電路6通信，程 序段平滑壓縮處理程序安裝在中央控制器2的硬盤中。為了確保數(shù)控裝置的控制性能與開 放特性，本裝置的軟件平臺(tái)采用具有實(shí)時(shí)擴(kuò)展的通用操作系統(tǒng)RTAI。其中TFT型顯示器1的尺寸為10. 4〃，采用640X480的顯示方式，支持16位增強(qiáng)色；中央控制器2采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級(jí)IPC板卡，CPU采用Intel的Pentium M，主頻 1.6GHz，內(nèi)存 512M，硬盤 40G;機(jī)床操作面板3是人機(jī)交互的界面，完成鍵盤編輯、顯示信息和圖形以及完成對(duì)機(jī)床操作等功能。機(jī)床操作面板3包括主鍵盤板、功能鍵盤板、鑰匙開關(guān)和IXD指示燈、波 段開關(guān)、急停開關(guān)、循環(huán)啟動(dòng)按鈕以及循環(huán)停止按鈕等。電源4為數(shù)控系統(tǒng)提供+5V、+12V、-12V三種直流電源，具有高效率、高可靠性、低 輸出紋波與噪聲的特點(diǎn)。電源4主要由工業(yè)用開關(guān)電源T-50B、電源控制板、電源輸入板、電 源EMI濾波器四部分組成?？偩€通信卡5可以直接插在數(shù)控裝置的PCI擴(kuò)展槽上，數(shù)控裝置自動(dòng)為其分配內(nèi) 存地址和硬件中斷號(hào)，并將其作為標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存進(jìn)行讀寫。用于實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地向伺服系統(tǒng)發(fā)送位 置、速度和狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并接受這些數(shù)據(jù)的反饋值。接口電路6為標(biāo)準(zhǔn)電路，主要功能是提供隔離的64輸入/48輸出數(shù)字接口，起著 數(shù)控裝置與機(jī)床功能部件如各種開關(guān)、指示燈以及繼電器之間的信息傳遞作用。如圖1所示，本發(fā)明方法包括以下步驟1)解析加工路徑通過程序段長(zhǎng)度和程序段之間的夾角濾除由CAM系統(tǒng)計(jì)算誤差 而形成的不規(guī)則編程點(diǎn)，并推斷數(shù)控程序中需要形狀平滑度的部分；2)編程點(diǎn)參數(shù)化對(duì)于需要形狀平滑度的部分，通過編程點(diǎn)之間的距離對(duì)每個(gè)編 程點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化，使得每個(gè)編程點(diǎn)有與之對(duì)應(yīng)的參數(shù)值；3)選取特征編程點(diǎn)通過編程點(diǎn)處的加工形狀彎曲方向，將編程點(diǎn)劃分為特征編 程點(diǎn)和非特征編程點(diǎn)，從而選出特征編程點(diǎn)；4)計(jì)算特征編程點(diǎn)處切向量通過特征編程點(diǎn)以及它周圍的四個(gè)編程點(diǎn)構(gòu)造兩 條參數(shù)三次插值曲線，并根據(jù)這兩條插值曲線來計(jì)算特征編程點(diǎn)處的切向量；5)壓縮程序段根據(jù)相鄰兩個(gè)特征編程點(diǎn)的指令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值和切向量， 將特征編程點(diǎn)之間的程序段壓縮成樣條曲線的一段；6)控制加工誤差檢驗(yàn)非特征編程點(diǎn)到對(duì)應(yīng)樣條點(diǎn)(非特征編程處的參數(shù)值帶 入樣條曲線計(jì)算出來的點(diǎn))之間的距離是否滿足加工精度要求，對(duì)于不滿足加工精度要求 的，通過調(diào)整壓縮成的樣條曲線形狀來進(jìn)行誤差控制。本發(fā)明方法中步驟1)解析加工路徑具體過程如下在數(shù)控程序中，對(duì)于由CAM系統(tǒng)計(jì)算誤差而形成的不規(guī)則程序段，通常具有程序 段的長(zhǎng)度小于數(shù)控系統(tǒng)最小步長(zhǎng)的特點(diǎn)；對(duì)于諸如拐角那樣需要精確度的形狀部分，通常 具有程序段長(zhǎng)度長(zhǎng)或者前進(jìn)方向變化大的特點(diǎn)；對(duì)于曲率半徑大而需要平滑度的形狀部 分，通常具有程序段長(zhǎng)度短并且前進(jìn)方向變化小的特點(diǎn)。因此，可以通過程序段的長(zhǎng)度和相 鄰程序段之間的夾角對(duì)數(shù)控程序指定的加工路徑進(jìn)行解析。11)濾除不規(guī)則編程點(diǎn)如圖2A所示，假定編程點(diǎn)Pi與？1+1之間的距離小于系統(tǒng)設(shè)定的最小步長(zhǎng)(本實(shí)施例為0. 01mm)，此時(shí)判定編程點(diǎn)Pi和Pi+1為由CAM系統(tǒng)計(jì)算誤差引起的不規(guī)則編程點(diǎn)。從 數(shù)控加工程序中去除編程點(diǎn)Pi ，同時(shí)增加一個(gè)以程序段PiPw中間位置為指令值的編 程點(diǎn)P」。12)識(shí)別加工形狀如圖2B 所示，假定程序段 P^Ph、P^1Pi、PiPw、Pi+1Pi+2、Pi+2Pi+3、Pi+3Pi+4 和 Pi+4Pi+5 之 間的夾角都小于系統(tǒng)設(shè)定的最大轉(zhuǎn)角(本實(shí)施例中為90° )，并且除程序段Pi+1Pi+2的長(zhǎng)度 大于系統(tǒng)設(shè)定的微小路徑判斷長(zhǎng)度(本實(shí)施例中為1mm)，其余程序段的長(zhǎng)度都小于等于系 統(tǒng)設(shè)定的微小路徑判斷長(zhǎng)度。此時(shí)，推斷由程序段Pi+1Pi+2確定的加工部分為需要形狀精度 的部分，其余程序段共同確定的加工部分為需要形狀平滑度的部分。如圖2C 所示，假定程序段 PHPHJHPpPiPi+pPwPi+yPwPi+pPwPiM 以及 Pi+4Pi+5 的長(zhǎng)度都比系統(tǒng)設(shè)定的微小路徑短，并且除程序段PiPw與程序段Pi+1Pi+2之間的夾角θ i+1 和程序段Pi+1Pi+2與程序段Pi+2Pi+3之間的夾角θ i+2大于系統(tǒng)設(shè)定的最大過渡轉(zhuǎn)角(本實(shí)施 例中為90° )，其余程序段之間的夾角都小于等于系統(tǒng)設(shè)定的最大過渡轉(zhuǎn)角。此時(shí)，推斷由 程序段Pi+1Pi+2確定的加工部分為需要形狀精度的部分，其余程序段共同確定的加工部分為 需要形狀平滑度的部分。通過加工形狀的識(shí)別，可推斷出數(shù)控程序中需要形狀精度的部分和需要形狀平滑 度的部分。對(duì)于需要形狀精的部分，不進(jìn)行程序段壓縮處理；對(duì)于每一個(gè)需要形狀平滑度的 部分，可將這部分的程序段壓縮成一條平滑樣條曲線。例如，圖2C中的程序段Ph2PifPHPi 和PiPw可以壓縮成一條樣條曲線，程序段Pi+2Pi+3、Pi+3Pi+4和Pi+4Pi+5可以壓縮成另一條樣條 曲線。本發(fā)明方法的步驟2)編程點(diǎn)參數(shù)化具體過程如下可將由n-1個(gè)程序段P1P2，P2P3. . .，PlriPn組成的需要形狀平滑度的部分壓縮成一 條樣條曲線S (u)，其中u為參變量。但是，為唯一確定參數(shù)樣條曲線S (u)，必須對(duì)這η個(gè)編 程點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化，使得每個(gè)編程點(diǎn)有與之對(duì)應(yīng)的參數(shù)值。為使參變量u能如實(shí)的反映出編 程點(diǎn)按程序段長(zhǎng)度的分布情況，按如下公式進(jìn)行參數(shù)化 其中Ui為編程點(diǎn)Pi對(duì)應(yīng)的參數(shù)值，I Pp1Pj I為程序段Pf1Pj的長(zhǎng)度。本發(fā)明方法的步驟3)選取特征編程點(diǎn)包括以下步驟對(duì)于每個(gè)需要形狀平滑度的部分，如果多個(gè)程序段指定的加工形狀沿同一個(gè)方向 彎曲時(shí)，那么通過指定這段加工形狀的始末兩個(gè)編程點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值和切向量便可將 這些程序段壓縮成三次樣條曲線的一段。因此，選出加工形狀彎曲方向改變的編程點(diǎn)，并定 義這樣的編程點(diǎn)為特征編程點(diǎn)。如圖3Α、3Β所示，假定編程點(diǎn)Pi和Pj為需要形狀平滑度部分的始末兩點(diǎn)，通過下 面的過程可以將選取出編程點(diǎn)Pi與P」之間的特征編程點(diǎn)
31)標(biāo)記Pi為特征編程點(diǎn)，并計(jì)算向量;^與向量^之間的叉積，得到向量 Vi+1 ；將 k 置為 i+2 ；32)j，計(jì)算向量巧一巧與向量之間的叉積，得到向量Vk;33)計(jì)算向量Vi+1與向量Vk之間的夾角α i+lk，若α i+lk > 90°，則編程點(diǎn)Pi處的 加工形狀與編程點(diǎn)Pk處的加工形狀沿不同方向彎曲，即Pk是加工形狀的拐點(diǎn)，標(biāo)記編程點(diǎn) Pk為特征編程點(diǎn)；若k < j-Ι不成立，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk+1為特征編程點(diǎn)，選取特征編程點(diǎn)過程結(jié)束。若k < j-Ι成立，用Pk替代Pi并將i值賦值成k值，轉(zhuǎn)至步驟31)。若ai+lk<90°，說明編程點(diǎn)Pi處的加工形狀與編程點(diǎn)Pk處的加工形狀沿同一個(gè) 方向彎曲，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk為非特征編程點(diǎn)，并將k加1，轉(zhuǎn)至步驟32)。若k < j不成立，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk為特征編程點(diǎn)，選取特征編程點(diǎn)過程結(jié)束。通過上述過程，可以選取出需要形狀平滑度部分的特征編程點(diǎn)。對(duì)于相鄰的兩個(gè) 特征編程點(diǎn)，可以將它們之間的程序段壓縮成樣條曲線的一段。本發(fā)明方法中計(jì)算特征編程點(diǎn)處切向量具體過程如下由于數(shù)控加工程序是以近似于折線的方式來指定加工形狀，并且在程序中不提供 編程點(diǎn)處的切向量。因此，需要通過特征編程點(diǎn)以及它周圍的四個(gè)編程點(diǎn)來計(jì)算特征編程 點(diǎn)處的切向量。如圖4所示，經(jīng)過特征編程點(diǎn)Pi和它周圍的四個(gè)編程點(diǎn)Ρ -2、ΡΗ、Ρ +1、Ρ +2，以及對(duì) 應(yīng)的參數(shù)值Ui、Ui_2、u^、ui+1和ui+2可以構(gòu)造出過編程點(diǎn)Pi_2、Pm、Pi和Pi+1的參數(shù)三次插 值曲線Qp2(U)以及過編程點(diǎn)PifP^Pw和Pi+2的參數(shù)三次插值曲線Qh(U)。Qp2 (u) = &卜2113+13卜2112+(^_211+(1卜2 (u e [Ui_2，ui+1]) (2)Qi^1 (u) = ai^u'+bi^u'+Ci^u+d^! (u e [Ui_i; ui+2]) (3)其中u 為插值曲線 Uu)和 Qh (u)的參變量，& _2、1ν2、(ν2、(！i_2 和 aiflvpCH、 ‘分別為插值曲線Qi_2(U)和Qh(U)的系數(shù)向量，向量維數(shù)等于參與插補(bǔ)的軸數(shù)目。根 據(jù)特征編程點(diǎn)和它周圍的四個(gè)編程點(diǎn)的指令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值便可確定出下面兩個(gè)等 式 將編程點(diǎn)P"、Pi+ Pp Pi+1和Pi+2的指令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值Ui_2、Ui+ Ui, ui+1和 ui+2分別帶入等式(4)和(5)，便可計(jì)算出插值曲線Uu)和Qh(U)的系數(shù)^biApdi和
b^, Ci^1, Cli^10插值曲線Qi_2(u)和QH (u)在特征編程點(diǎn)Pi處的一階導(dǎo)矢分別為
Ql2 (U1) = 3α,_2Μ,2 + Ib^2Ul + c,_2( 6 ) Qi x (U1) = Sal^uf + 2bl_1ui + Cj^( 7 )為保證程序段壓縮成的樣條曲線形狀更接近設(shè)計(jì)曲線，取特征編程點(diǎn)Pi處的切向 量P' i為插值曲線Qi_2 (u)和Ku)在Ui處一階導(dǎo)矢Q'卜2(屮)和Q' H(Ui)的平均值。 當(dāng)前兩個(gè)或最后兩個(gè)編程點(diǎn)為特征編程點(diǎn)時(shí)，可通過下面公式進(jìn)行處理 本發(fā)明方法中步驟5)壓縮程序段具體過程如下根據(jù)相鄰特征編程點(diǎn)的指令值、對(duì)應(yīng)的參數(shù)值以及切向量可將相鄰特征編程點(diǎn)之 間的程序段壓縮成樣條曲線的一段。如圖5所示，假定兩相鄰特征編程點(diǎn)Pi與P」之間程序 段壓縮成的曲線段Si (u)可表示為Si (u) = Aju'+Biu'+Ciu+Di (u e [Ui, Uj]) (9)其中ApBpCi和Di為曲線SSi (u)的系數(shù)向量，向量維數(shù)等于參與插補(bǔ)的軸數(shù)目。 曲線段Si (u)中有4個(gè)系數(shù)向量，因此需要4個(gè)邊界條件來確定這些系數(shù)向量。為保證曲 線段Si (u)通過特征編程點(diǎn)Pi和Pj,這些條件是編程點(diǎn)Pi和Pj的指令值以及對(duì)應(yīng)的切向量 P' 」。根據(jù)上述邊界條件可以確定出下面等式 將編程點(diǎn)Pi和Pj的指令值、參數(shù)值Ui和Uj以及切向量P' i和P' j帶入公式 (10)，便可計(jì)算出曲線段Si (u)的系數(shù)向量Ai、Bi、Ci和Di0檢測(cè)相鄰特征編程點(diǎn)之間的非特征編程點(diǎn)到樣條曲線之間的距離是否滿足加工 精度要求。對(duì)于不滿足加工精度要求的，通過調(diào)整相鄰特征編程點(diǎn)之間的樣條曲線形狀來 進(jìn)行誤差控制。本發(fā)明方法中步驟6)控制加工誤差具體過程如下檢測(cè)相鄰特征編程點(diǎn)之間的非特征編程點(diǎn)到樣條曲線之間的距離是否滿足加工 精度要求。對(duì)于不滿足加工精度要求的，通過調(diào)整相鄰特征編程點(diǎn)之間的樣條曲線形狀來 進(jìn)行誤差控制。如圖6A、6B所示，假定編程點(diǎn)Pi和Pj為兩相鄰的特征編程點(diǎn)，曲線段Si(U)為樣 條曲線S(U)在特征編程點(diǎn)Pi之間P」的曲線段；計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線段Si(U) 上的點(diǎn)Si (Uk)之間的距離Lk；
判斷上述距離Lk是否小于等于最大加工誤差，若是，則將k加1 ；判斷k < j是否成立，若否，則判斷是否有k值記錄；如有k值記錄，則從Lk中找出離曲線SSi(U)最遠(yuǎn)的非特征編程點(diǎn)Pk。將非特征 編程點(diǎn)Pk變?yōu)樘卣骶幊厅c(diǎn)，計(jì)算其切向量，并將特征編程點(diǎn)Pi與P」之間的程序段以新特征 編程點(diǎn)Pk為分界劃分為兩部分；根據(jù)特征編程點(diǎn)Pi和Pk的指令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值和切向 量將特征編程點(diǎn)Pi與 Pk之間的程序段壓縮成新曲線Ssi (U)；判斷新曲線段Si(U)是否已經(jīng)處理，如已經(jīng)處理，則根據(jù)特征編程點(diǎn)Pk和Pj的指 令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值和切向量將它們壓縮成曲線段Sk(U)；判斷曲線段Sk(U)是否已經(jīng)處理，若已經(jīng)處理，則結(jié)束控制加工誤差過程。如果曲線段Sk(U)沒有處理，則用Pk替換Pi并將i值賦值成k值，接續(xù)計(jì)算特征 編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之間 的距離Lk步驟；如果新曲線段Si(U)沒有處理。則用Pk替換Pj并將j值賦值成k值，接續(xù)計(jì)算特 征編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之 間的距離Lk步驟；如果判斷是否有k值記錄的結(jié)果為否，則結(jié)束控制加工誤差過程；如果判斷k < j成立，則轉(zhuǎn)至計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk (k從 i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之間的距離Lk步驟;如果判斷上述距離Lk是否小于等于最大加工誤差的結(jié)果為否，則記錄k值及距離 Lk后，接續(xù)將k值加1步驟。為了驗(yàn)證本發(fā)明方法的有效性，將本發(fā)明方法應(yīng)用于數(shù)控裝置的程序段預(yù)處理 中，并對(duì)使用本發(fā)明方法的加工結(jié)果和未使用本發(fā)明方法的加工結(jié)果進(jìn)行了如下比較(1)將使用本發(fā)明方法的加工路徑與未使用本發(fā)明方法的加工路徑進(jìn)行了對(duì)比。(2)將使用本發(fā)明方法的樣件加工表面與未使用本發(fā)明方法的樣件表面進(jìn)行了對(duì) 比。通過圖8A與圖8B以及圖9A與圖9B之間的對(duì)比，可以得到如下結(jié)論(1)在未使用本發(fā)明方法時(shí)，由插補(bǔ)點(diǎn)構(gòu)成的加工路徑會(huì)在相鄰路徑段之間產(chǎn)生 十分明顯的折角，如圖8A所示；當(dāng)使用本發(fā)明方法時(shí)，不僅消除了相鄰路徑段之間的折角， 而且使得插補(bǔ)點(diǎn)構(gòu)成的加工路徑更加平滑，如圖8B所示。(2)在未使用本發(fā)明方法時(shí)，工件加工表面會(huì)出現(xiàn)凹凸不平，如圖9A所示；當(dāng)使用 本發(fā)明方法時(shí)，不僅消除了工件加工表面的凹凸不平，而且使得工件加工表面更加光滑，如 圖9B所示。
權(quán)利要求
一種適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于包括以下步驟1)解析加工路徑濾除數(shù)控程序中不規(guī)則編程點(diǎn)，并推斷出需要形狀平滑度的部分；2)編程點(diǎn)參數(shù)化通過編程點(diǎn)之間的距離對(duì)每個(gè)編程點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化；3)選取特征編程點(diǎn)通過編程點(diǎn)處的加工形狀彎曲方向，將編程點(diǎn)劃分為特征編程點(diǎn)和非特征編程點(diǎn)，從而選取出特征編程點(diǎn)；4)計(jì)算特征編程點(diǎn)處切向量通過構(gòu)造插值曲線來計(jì)算特征編程點(diǎn)處的切向量；5)壓縮程序段將相鄰特征編程點(diǎn)之間的程序段壓縮成樣條曲線的一段；6)控制加工誤差通過調(diào)整曲線段的形狀來確保壓縮成的樣條曲線滿足加工精度要求。
2.按權(quán)利要求1所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于，所 述解析加工路徑包括以下步驟11)濾除不規(guī)則編程點(diǎn)Pi和Pi+1，增加一個(gè)以程序段PiPw中間位置為指令值的編程點(diǎn)Pj =12)識(shí)別加工形狀，將長(zhǎng)度大于系統(tǒng)設(shè)定的微小路徑判斷長(zhǎng)度的程序段確定的加工部 分做為需要形狀精度的部分，其余程序段共同確定的加工部分為需要形狀平滑度的部分。
3.按權(quán)利要求1所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于，所 述選取特征編程點(diǎn)包括以下步驟31)標(biāo)記Pi為特征編程點(diǎn)，并計(jì)算向量與向量^之間的叉積，得到向量Vi+1； 將k置為i+2 ；32)若讓<j，計(jì)算向量巧A與向量A巧+1之間的叉積，得到向量Vk -Mk= j，標(biāo)記Pk為特征編程點(diǎn)，并結(jié)束整個(gè)過程；33)計(jì)算向量Vi+1與向量Vk之間的夾角ai+lk，若aik>90°，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk為特征 編程點(diǎn)；34)若k< j-Ι不成立，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk+1為特征編程點(diǎn)，選取特征編程點(diǎn)過程結(jié)束。
4.按權(quán)利要求3所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于若k<j-Ι成立，用Pk替代Pi并將i值賦值成k值，轉(zhuǎn)至步驟31)。
5.按權(quán)利要求3所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于 若ai+lk^90°，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk為非特征編程點(diǎn)，并將k加1，轉(zhuǎn)至步驟32)。
6.按權(quán)利要求3所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于若k<j不成立，則標(biāo)記編程點(diǎn)Pk為特征編程點(diǎn)，選取特征編程點(diǎn)過程結(jié)束。
7.按權(quán)利要求1所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于，所 述計(jì)算特征編程點(diǎn)處切向量，是根據(jù)連續(xù)五個(gè)編程點(diǎn)P"、Pm、P” Pi+1和Pi+2的指令值以及 對(duì)應(yīng)的參數(shù)值iv2、I^1、Ui、ui+1和ui+2構(gòu)造兩條三次插值曲線Qp2(U)和Qg(U)，并通過兩 條三次插值曲線在Ui處的一階導(dǎo)矢Q' i_2(Ui)和Q' H(Ui)計(jì)算出編程點(diǎn)Pi處的切向量 P' i。
8.按權(quán)利要求1所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于，所 述壓縮程序段為根據(jù)特征編程點(diǎn)Pi和P」的指令值、對(duì)應(yīng)的參數(shù)值Ui和~以及計(jì)算出的切 向量P'ρ將特征編程點(diǎn)Pi*!^之間的程序段壓縮成曲線段Si(U)15
9.按權(quán)利要求1所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于所 述控制加工誤差包括以下步驟設(shè)編程點(diǎn)Pi和P」為兩相鄰的特征編程點(diǎn)，曲線段Si(U)為樣條曲線S(U)在特征編程 APi之間h的曲線段；計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的 ^ Si (uk)之間的距離Lk；判斷上述距離Lk是否小于等于最大加工誤差，若是，則將k加1 ； 判斷k < j是否成立，若否，則判斷是否有k值記錄；如有k值記錄，則從Lk中找出離曲線SSi(U)最遠(yuǎn)的非特征編程點(diǎn)Pk。將非特征編程 點(diǎn)Pk變?yōu)樘卣骶幊厅c(diǎn)，計(jì)算其切向量，并將特征編程點(diǎn)Pi與P」之間的程序段以新特征編程 點(diǎn)Pk為分界劃分為兩部分；根據(jù)特征編程點(diǎn)Pi和Pk的指令值以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值和切向量將將特征編程點(diǎn)Pi與Pk 之間的程序段壓縮成新曲線SSi(u)；判斷新曲線段Si(U)是否已經(jīng)處理，如已經(jīng)處理，則根據(jù)特征編程點(diǎn)Pk和Pj的指令值 以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)值和切向量將它們壓縮成曲線段Sk(U)；判斷曲線段Sk(U)是否已經(jīng)處理，若已經(jīng)處理，則結(jié)束控制加工誤差過程。
10.按權(quán)利要求9所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于 如果曲線段Sk(U)沒有處理，則用Pk替換Pi,并將i值賦值成k值，接續(xù)計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之間的距 離Lk步驟。
11.按權(quán)利要求9所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于 如果新曲線段Si (u)沒有處理。則用Pk替換Pp并將j值賦值成k值，接續(xù)計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與Pj之間的非特征編程點(diǎn)Pk(k從i+Ι開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之間的 距離Lk步驟。
12.按權(quán)利要求9所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于 如果判斷是否有k值記錄的結(jié)果為否，則結(jié)束控制加工誤差過程。
13.按權(quán)利要求9所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于 如果判斷k < j成立，則轉(zhuǎn)至計(jì)算特征編程點(diǎn)Pi與P」之間的非特征編程點(diǎn)Pk (k從i+1開始)到曲線SSi(U)上的點(diǎn)Si(Uk)之間的距離Lk步驟。
14.按權(quán)利要求9所述的適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，其特征在于 如果判斷上述距離Lk是否小于等于最大加工誤差的結(jié)果為否，則記錄k值及距離Lk后，接續(xù)將k值加1步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于數(shù)控裝置的程序段平滑壓縮處理方法，包括以下步驟1)解析加工路徑濾除數(shù)控程序中不規(guī)則編程點(diǎn)，并推斷出需要形狀平滑度的部分；2)編程點(diǎn)參數(shù)化通過編程點(diǎn)之間的距離對(duì)每個(gè)編程點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化；3)選取特征編程點(diǎn)通過編程點(diǎn)處的加工形狀彎曲方向，將編程點(diǎn)劃分為特征編程點(diǎn)和非特征編程點(diǎn)；4)計(jì)算特征編程點(diǎn)處切向量通過構(gòu)造插值曲線來計(jì)算特征編程點(diǎn)處的切向量；5)壓縮程序段將相鄰特征編程點(diǎn)之間的程序段壓縮成樣條曲線的一段；6)控制加工誤差通過調(diào)整曲線段的形狀來確保壓縮成的樣條曲線滿足加工精度要求。本發(fā)明方法可避免程序段過渡處直線插補(bǔ)造成的工件表面凹凸不平，并且加工精度高、效率高。
文檔編號(hào)G05B19/4099GK101881952SQ20091001141
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者于東, 孫玉娥, 張曉輝, 胡毅, 鄭飂默 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所有限公司;沈陽(yáng)高精數(shù)控技術(shù)有限公司