專利名稱：具有刀具長度補償功能的五軸樣條插補器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種五軸數控機床數字控制系統的具有樣條直接生成功能的插補器， 具體涉及的技術領域是非均勻有理B樣條(Non-Uniform Rational B Spline,NURBS)曲線 在五軸數控機床及其數控系統中的實現。
背景技術：
利用五軸數控機床加工復雜曲面零部件的傳統技術是先借助計算機輔助設 計(Computer-AidedDesig，CAD)技術繪制零部件加工表面，再借助計算機輔助制造 (Computer-Aided Manufacturing, CAM)技術生成加工刀具走刀軌跡，并將這些刀具軌跡曲 線在加工誤差范圍內離散成直線段，最后再由后置處理模塊將這些直線段轉換成五軸線性 插補指令格式，由機床數控裝置插補出各坐標軸的運動指令驅動伺服電機來完成零件曲面 的加工。這種傳統數控加工技術存在諸多不足之處，進而嚴重制約加工表面質量的提高。隨 著計算機等相關技術的發展和市場對加工質量要求的不斷提高，客觀上為一種新的數字控 制器的產生提供了有力條件。這種新的技術發展趨勢是摒棄以直線段逼近復雜曲線加工 軌跡的方式，不斷增強數字控制系統的復雜曲線軌跡直接生成能力，使刀具在很長一段加 工軌跡上可以較高的進給速度切削加工表面而且有較高的加工表面質量和加工效率。
發明內容
本發明針對傳統五軸逼近式加工技術的不足之處，從數控系統的插補技術角度出 發，為五軸數控機床的數控系統提供一種具有刀具長度補償的樣條插補器，現將本發明所 包括的內容陳述如下。插補器由語法詞法分析模塊1、刀具長度補償模塊2、加減速處理模塊3、刀位生成 模塊4以及刀位后處理模塊5五個部分組成，各部分具體包括如下內容，語法詞法分析模塊1，讀取含有五軸樣條指令的數控加工程序、語法檢查、詞法檢 查、存儲布爾變量TLC、控制點坐標、長度補償值、節點矢量、樣條階次以及切削進給速度F 等數據信息；發明的五軸樣條指令格式定義如下N_SPLINEP_F_TLC_H_X_Y_Z_TX_TY_TZ_R_K_......X_Y_Z_TX_TY_TZ_R_K_K_......K_E0L(注釋N表示程序段段號，SPLINE表示樣條插補開始，P表示樣條階次，F表示切 削進給速度，TLC表示刀具長度補償，H表示長度補償寄存器號，X、Y、Z表示刀心點樣條的 控制點坐標，TX、TY、TZ表示方位樣條的控制點坐標，R表示權重，K表示節點值，EOL為程序 段結束符)
刀具長度補償模塊2，如果語法詞法分析模塊1中的布爾變量TLC = TRUE則按照 以下過程進行刀具長度補償將語法詞法分析模塊1中寄存器H存儲的刀具長度值或者長 度補償值、形成刀心點樣條和方位樣條的所有控制點坐標等數據信息經數學計算后得出補 償后新的控制點坐標、更新語法詞法分析模塊1中原來存儲的控制點坐標數據；加減速處理模塊3，采用梯形加減速控制規律、根據用戶事先設定的加速度值a和 插補周期Ts應用數值分析方法預測出減速點的參數值Ud和減速時插補周期個數kd、將Ud 和kd寫入語法詞法分析模塊1的數據區、進給速度V關于刀位點參數u對應的插補周期序 號k的函數關系
權利要求
1.具有刀具長度補償功能的五軸樣條插補器，它由以下五個功能模塊組成語法詞法 分析模塊(1)、刀具長度補償模塊O)、加減速處理模塊(3)、刀位生成模塊以及刀位后 處理模塊(5)；其技術特征在于語法詞法分析模塊(1)，讀取含有五軸樣條指令的數控加工程序、語法檢查、詞法檢查、 存儲布爾變量TLC、控制點坐標、長度補償值、節點矢量、樣條階次以及切削進給速度F等數 據信息；刀具長度補償模塊O)，如果語法詞法分析模塊(1)中的布爾變量TLC = TRUE則按照 以下過程進行刀具長度補償將語法詞法分析模塊(1)中寄存器H存儲的刀具長度值或者 長度補償值、形成刀心點樣條和方位樣條的所有控制點坐標等數據信息經數學計算后得出 補償后新的控制點坐標、更新語法詞法分析模塊(1)中原來存儲的控制點坐標數據；加減速處理模塊(3)，采用梯形加減速控制規律、根據用戶事先設定的加速度值a和插 補周期Ts應用數值分析方法預測出減速點的參數值Ud和減速時插補周期個數kd、將Ud和 kd寫入語法詞法分析模塊(1)的數據區、進給速度V關于刀位點參數u對應的插補周期序 號k的函數關系；
2.根據權利要求1所述的具有刀具長度補償功能的五軸樣條插補器，得到的下一插補 周期的三個平動坐標和兩個轉動坐標與當前插補周期相應的坐標作差后計算機床運動坐 標增量，將該增量坐標采用數據通信的方式輸入給五軸數控機床的數字式伺服驅動器以完 成各運動坐標軸的進給伺服。
全文摘要
具有刀具長度補償功能的五軸樣條插補器涉及樣條技術在五軸數控機床及其數控系統中的具體應用，以解決現行技術普遍采用的刀具軌跡曲線被離散成直線段的“以直代曲”逼近加工模式存在的精度問題。本發明的語法詞法分析模塊負責讀取數控程序、語法詞法檢查、存儲控制點坐標等數據信息；刀具長度補償模塊負責計算刀具長度改變后新的控制點坐標、更新存儲的控制點坐標數據；加減速處理模塊負責按照梯形規律完成插補過程的加速、減速控制；刀位生成模塊負責計算每個插補周期刀心點的坐標和刀軸單位矢量；刀位后處理模塊根據不同的機床結構形式將實時生成的刀位數據轉換為五個伺服電機的運動控制指令。
文檔編號G05B19/41GK102073301SQ201110027578
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月21日 優先權日2011年1月21日
發明者李慧瑩, 陳良驥 申請人:陳良驥