申请/专利权人：烟台大学

申请日：2023-07-28

公开（公告）日：2024-03-08

公开（公告）号：CN117008532B

主分类号：G05B19/19

分类号：G05B19/19

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.08#授权;2023.11.24#实质审查的生效;2023.11.07#公开

摘要：本发明公开了三阶几何连续的数控刀具路径拐角平滑方法。本发明的三阶几何连续的数控刀具路径拐角平滑方法在用户提供的系统允许的最大平滑误差值的约束下，采用B样条曲线对刀具路径拐角进行平滑处理，生成的刀具路径拐角平滑B样条曲线不仅三阶几何连续性，且同时兼具曲率变化单调的特征，进而有效的减少数控加工过程中的速度波动，提高加工精度。本发明通过使曲线具有三阶几何连续性和生成的刀具路径拐角平滑B样条曲线曲率变化单调，有效的减少数控加工过程中的速度波动，提高加工精度。

主权项：1.一种三阶几何连续的数控刀具路径拐角平滑方法，其特征在于步骤如下：步骤1、对刀具路径上的第i个拐角进行平滑处理，生成第i个拐角处的刀具路径拐角平滑B样条曲线Biu，具体步骤如下所述：其中，i是正整数；u是B样条曲线Biu的系统参数，取值范围为[0,1]；1.1、从用户提供的小线段表示的数控程序中提取第i个指令点Pi，在拐角∠Pi-1PiPi+1处插入B样条曲线Biu，同时，确定B样条曲线Biu上的控制点Pi,jj＝0,...,6，1.2、定义向量的模长为约束系数Li,1,Li,2,Li,3，令Li,2＝λ1Li,1，Li,3＝λ2Li,1，其中，λ1、λ2为系统设置的工艺参数，则拐角∠Pi-1PiPi+1处B样条曲线Biu的平滑误差e如下式所示： 其中，表示第i个拐角∠Pi-1PiPi+1的大小；1.3、基于最大平滑误差值emax和刀具路径不允许重叠的约束，定义参数Li,1的约束条件，1.3.1、基于刀具路径拐角平滑过程中B样条曲线Biu的平滑误差e小于用户提供的系统允许的最大平滑误差值emax的约束，则参数Li,1的值需要满足如下公式： 1.3.2、基于数控加工过程中刀具路径不允许重叠，即相邻拐角处插入的拐角平滑B样条曲线Biu不能重叠，则参数Li,3的值需要同时小于小线段Pi-1Pi长度的一半以及小线段PiPi+1长度的一半，则参数Li,1的值需要满足如下公式： 其中，分别表示向量的长度，1.4、基于步骤1.3定义的参数Li,1的约束条件，即拐角∠Pi-1PiPi+1处的B样条曲线Biu不仅能够将平滑误差e控制在系统允许的最大平滑误差值emax之内，且还能避免与相邻的拐角平滑B样条曲线相交，确定拐角∠Pi-1PiPi+1处满足三阶几何连续的拐角平滑B样条曲线Biu的控制点Pi,jj＝0,...,6如下所示， 其中，表示单位向量，且步骤2、根据曲率单调性约束求取工艺参数λ1、λ2，代入步骤1.4定义的B样条曲线Biu的控制点Pi,jj＝0,...,6，进而获得拐角∠Pi-1PiPi+1处满足三阶几何连续的拐角平滑B样条曲线Biu，具体步骤如下所述：2.1、定义在B样条曲线Biu上任意参数u处的曲率值κiu如公式所示： 其中，B′iu、B″iu分别表示参数u处样条曲线Biu的一阶、二阶导数值， 2.2、对曲率值κiu求导，计算得到曲率κiu关于参数u的导数值κ′iu， 其中，B″′iu表示参数u处样条曲线Biu的三阶导数值， 2.3、为了保证B样条曲线Biu上任意参数u处的曲率值κiu连续，令B样条曲线Biu在参数u＝0处的曲率值κi0和曲率的导数值κ′i0为0， 根据步骤1.4确定的B样条曲线Biu的控制点Pi,jj＝0,...,6，更新B样条曲线Biu在参数u＝0处的一阶、二阶和三阶导数B′iu、B″iu和B″′iu， 2.4、基于曲率值κiu连续的约束条件，以及B样条曲线Biu上任意参数u处的曲率值κiu和步骤2.3求取的B样条曲线Biu在参数u＝0处的一阶、二阶和三阶导数B′iu、B″iu和B″′iu，计算得到工艺参数λ1、λ2的值，2.5、将步骤2.4计算得到的工艺参数λ1、λ2的值带入公式，即得到B样条曲线Biu的控制点Pi,jj＝0,...,6，并通过控制点Pi,jj＝0,...,6确定刀具路径段Pi-1Pi,PiPi+1在拐角∠Pi-1PiPi+1处三阶几何连续的平滑B样条曲线Biu；步骤3、根据步骤1、2依次对刀具路径上的拐角进行平滑，即获得三阶几何连续的刀具路径。

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