一种针对嵌入式系统的NURBS插补进给速度规划方法

摘要

本发明公开了一种针对嵌入式系统的NURBS插补进给速度规划方法。现有方法不能满足嵌入式系统的需要。本发明方法首先对插补进给速度进行模态值规定，然后根据NURBS曲线的转折点来划段规划进给速度，本发明从全局角度计算进给轴在各自积分区间内的加减速最小轮廓曲线，有效的提高了计算效率；通过筛选有效特征切换点，在特征切换点处对各进给轴加减速曲线的最小轮廓进行修正，大大简化了规划算法的复杂度。

说明书

技术领域

本发明属于数控机床技术领域，具体涉及一种针对嵌入式系统的NURBS插补进给速度规划方法。

背景技术

进给速度规划在数控机床实时插补中具有重要作用。合理的进给速度规划可有效地避免加工过程中的瞬时冲击与振动，提高加工质量和效率，可以极大的提高机床加工性能。由于NURBS曲线的曲率随参数而变化，梯形加减速规划、S形加减速规划、指数型加减速规划等传统加减速方法具有很大的局限性，计算量太大，很难在嵌入式系统上实现。虽然在道具磨损与振动情况下固定进给速度可以减少加工误差，但是在加工区率较大曲线时会由于过切而影响加工精度。所以有必要考虑进给速度的自适应调整。另外，要考虑进给加速度对加工过程的影响，避免引起机械结构和伺服电机的共振。

NURBS参数曲线与直线圆弧等解析曲线不同，其插补进给速度需要特殊处理。本算法不仅能够对进给速度进行合理规划以完成平滑进给任务，而且还可充分适用机床性能，获得最佳的加工质量和加工效率。

发明内容

本发明的目的就是克服现有NURBS插补算法在嵌入式系统实现上的瓶颈，提出一种针对嵌入式系统的NURBS插补进给速度规划方法。

本发明一种针对嵌入式系统的NURBS插补进给速度规划方法，包括以下步骤：

步骤（1）NURBS参数曲线定义为：

                                                                  （1）

其中，（i= 0,1,…,n）为控制点， （i=0,1,…,n）为控制点加权因子，为具有递推性质基函数，k为规范B样条基函数次数。首先固定给出五种速度模态值：慢加速、急加速、最高速、急减速、慢减速，如式（2）～（6）所示：

                                                                                  （2）

                                                                               （3）

                                                                                        （4）

                                                                           （5）

                                                                              （6）

其中为开始进给速度，为机床系统允许最大加速度，为系统允许最大进给速度，u为坐标自变量，其中为急加速分界点，为急减速分界点、为慢减速分界点；

步骤（2）以控制点为分割点，对NURBS曲线进行分割成多个子分段；

步骤（3）把每一曲线子分段平均分为五部分，分别对应为五种速度模态值，并保存结果；

步骤（4）设置速度规划完成标志，准备开始实时插补控制。

本发明算法提出了在直角坐标系下NURBS曲线插补进给速度优化规划方法，实现了插补进给速度优化规划，为高速数控优化进给加工打下基础。其可归结为针对嵌入式系统的沿给定路径下多轴运动系统时间最优的进给速度曲线，其优点如下：

1）抛弃了计算前后向积分曲线来搜索加减速切换点的通常做法，采用解析方法，从全局角度计算进给轴在各自积分区间内的加减速最小轮廓曲线，有效的提高了计算效率；

2）通过筛选有效特征切换点，在特征切换点处对各进给轴加减速曲线的最小轮廓进行修正，大大简化了规划算法的复杂度。

3）进给速度曲线的曲线参数与NURBS曲线的曲线参数严格一致，而与具体的插补时间、插补周期设置无关。

具体实施方式

本发明一种针对嵌入式系统的NURBS插补进给速度规划方法，包括以下步骤：

步骤（1）NURBS参数曲线定义为：

                                                                  （1）

其中，（i= 0,1,…,n）为控制点， （i=0,1,…,n）为控制点加权因子，为具有递推性质基函数，k为规范B样条基函数次数。首先固定给出五种速度模态值：慢加速、急加速、最高速、急减速、慢减速，如式（2）～（6）所示：

                                                                                  （2）

                                                                               （3）

                                                                                        （4）

                                                                           （5）

                                                                              （6）

其中为开始进给速度，为机床系统允许最大加速度，为系统允许最大进给速度，u为坐标自变量，其中为急加速分界点，为急减速分界点、为慢减速分界点；

步骤（2）以控制点为分割点，对NURBS曲线进行分割成多个子分段；

步骤（3）把每一曲线子分段平均分为五部分，分别对应为五种速度模态值，并保存结果；

步骤（4）设置速度规划完成标志，准备开始实时插补控制。