一种数控机床修调处理加工方法及系统
技术领域
本发明涉及数控机床数字控制领域，特别是涉及一种数控机床修调处理加工方法及系统。
背景技术
数控加工过程中，会经常有修调产生。例如，当加工过程中振动剧烈时需要降低加工速度，或者需要快速加工时，最大加工速度会提高。而最大加工速度的提高和降低会影响前瞻处理算法，有效快速响应修调在数控加工中是很重要的一项内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种数控机床修调处理加工方法及系统，当实际最大加工速度提高或者降低时，可以快速响应修调。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种数控机床修调处理加工方法，包括：
获取修调发生时的最大加工速度；
在加工过程中最大加工速度改变时，根据所述修调发生时的最大加工速度对所有待插补的最优拐角插补参数进行调整，得到多个调整后的最优拐角插补参数。
可选的，所述在加工过程中最大加工速度改变时，根据所述修调发生时的最大加工速度对所有待插补的最优拐角插补参数进行调整，得到多个调整后的最优拐角插补参数，具体包括：
根据所述修调发生时的最大加工速度，重新计算当前插补点所在直线段及之后的缓存区内所有直线段的拐角处的最优拐角插补参数，其中当前插补点所在直线段的起点拐角速度设置为零；
判断当前插补点是否在拐角处；
若是，直接根据原来速度进行插补；
若否，则代表当前插补点在直线段上，判断当前插补点所在直线段的终点拐角速度是否被调整；
若否，直接根据原来速度进行插补；
若是，判断当前插补点速度是否在最大加减度能力范围内可达直线段终点拐角前速度；
若是，直接根据原来速度进行插补；
若否，根据当前插补点速度确定当前插补直线段终点拐角速度。
可选的，所述根据当前插补点速度确定当前插补直线段终点拐角速度，具体包括：
判断当前插补点速度是否小于或等于当前插补直线段终点拐角开始速度；
若是，则根据当前插补点速度以最大加速能力加速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度；
若否，则根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度。
可选的，所述根据当前插补点速度以最大加速能力加速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度，具体包括：
根据当前插补点速度以最大加减速能力加速到拐角采用公式
其中，ak,m表示该直线段加工时的最大加速度，Lk表示该直线段总长度，dk,a表示该直线段起点到当前插补点的距离，vk,a表示当前插补点的速度，
可选的，所述根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度，具体包括：
根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角采用公式
其中，ak,m表示该直线段加工时的最大加速度，Lk表示该直线段总长度，dk,a表示该直线段起点到当前插补点的距离，vk,a表示当前插补点的速度，
一种数控机床修调处理加工系统，包括：
修调发生时最大加工速度获取模块，用于获取修调发生时的最大加工速度；
最优拐角插补参数调整模块，用于在加工过程中最大加工速度改变时，根据所述修调发生时的最大加工速度对所有待插补的最优拐角插补参数进行调整，得到多个调整后的最优拐角插补参数。
可选的，所述最优拐角插补参数调整模块，具体包括：
拐角处速度计算单元，用于根据所述修调发生时的最大加工速度，重新计算当前插补点所在直线段及之后的缓存区内所有直线段的拐角处的最优拐角插补参数，其中当前插补点所在直线段的起点拐角速度设置为零；
第一判断单元，用于判断当前插补点是否在拐角处；
第二判断单元，用于判断当前插补点所在直线段的终点拐角速度是否被调整；
第三判断单元，用于判断当前插补点速度是否在最大加减度能力范围内可达直线段终点拐角前速度；
插补单元，用于在当前插补点在拐角处时或在当前插补点所在直线段的终点拐角速度没有被调整时或在当前插补点速度在最大加减度能力范围内可达直线段终点拐角前速度时，直接根据原来速度进行插补；
当前插补直线段终点拐角速度确定单元，用于在当前插补点速度没有在最大加减度能力范围内可达直线段终点拐角前速度时，根据当前插补点速度确定当前插补直线段终点拐角速度。
可选的，所述当前插补直线段终点拐角速度确定单元，具体包括：
判断子单元，用于判断当前插补点速度是否小于或等于当前插补直线段终点拐角开始速度；
拐角开始速度第一确定单元，用于在当前插补点速度小于或等于当前插补直线段终点拐角开始速度时，根据当前插补点速度以最大加速能力加速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度；
拐角开始速度第二确定单元，用于在当前插补点速度大于当前插补直线段终点拐角开始速度时，根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度。
可选的，所述拐角开始速度第一确定单元，具体包括：
拐角开始速度第一确定子单元，用于根据当前插补点速度以最大加减速能力加速到拐角采用公式
其中，ak,m表示该直线段加工时的最大加速度，Lk表示该直线段总长度，dk,a表示该直线段起点到当前插补点的距离，vk,a表示当前插补点的速度，
可选的，所述拐角开始速度第二确定单元，具体包括：
拐角开始速度第二确定子单元，用于根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角采用公式
其中，ak,m表示该直线段加工时的最大加速度，Lk表示该直线段总长度，dk,a表示该直线段起点到当前插补点的距离，vk,a表示当前插补点的速度，
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明采用快速响应修调方法，通过在加工过程中最大加工速度改变时，根据新的最大加工速度对所有待插补的最优拐角插补参数进行调整，得到多个调整后的最优拐角插补参数，实现了当实际最大加工速度提高或者降低时，能够快速响应修调，从而满足了数控系统实时加工的需求，保证了较高的整体加工速度。
本发明方法中的操作步骤比较简单，且所有计算都是线性运算，复杂度低，运算速度快，能满足数控系统的实时加工要求，故适应性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多周期拐角过渡示意图；
图2为本发明数控机床修调处理加工方法流程图；
图3为本发明数控机床修调处理加工方法具体流程图；
图4为本发明圆弧离散成小直线段示意图。
图5为本发明多周期最优拐角快速响应修调方法的直线段上数据参数示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种数控机床修调处理加工方法及系统，当实际最大加工速度提高或者降低时，可以快速响应修调。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提出的一种数控机床修调处理加工方法及系统是基于多周期最优拐角过渡的思路，具体是把原来在一个插补周期实现的拐角处加工速度方向的改变分散到多个插补周期中逐渐改变的一种加工方式，用于提高拐角处受限于机床各驱动轴的最大加速度和被加工路径拐角处几何参数的拐角速度。这里的拐角是加工路径中不在同一直线上的两个相邻小直线段的连接点(如图1中P点)。图1为本发明多周期拐角过渡示意图。ε是拐角多周期过渡的实际插补路径偏离原始路径产生的误差。插补是机床数控系统依照设定方法确定刀具运动轨迹的过程，即按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也被称为“数据点的密化”。插补周期是把加工一个小直线段的全部时间分成的多个相等的单位时间间隔T，每个插补周期T完成一次插补计算和加工。直线上插补是仍然在原始加工路径上的插补过程。拐角处插补则是根据该拐角的最优拐角插补参数确定在该拐角附近插补时的插补点序列的插补过程，图1中的折线SP-PE表示原始加工路径，折线SA-AB-BC-CE表示本发明采用拐角多周期过渡方法时拐角处的插补路径。点S是拐角插补的开始位置，点E是拐角插补的结束位置，P是拐角。
最优拐角插补参数包括拐角多周期过渡时的下述六个加工参数：
拐角的过渡时间是改变拐角速度方向所用的插补时间，该数值根据拐角过渡的最大误差、拐角加速度等确定，且在后续操作步骤中，该数值会进行相应调整。
两个拐角速度，其中拐角前速度(用V1表示)是在拐角处插补开始时的加工速度，拐角后速度(用V2表示)是在拐角处插补结束时的加工速度。
两个拐角距离，其中拐角开始距离(图1中的SP)时拐角插补的开始位置与拐角的距离，拐角结束距离(图1中的EP)是拐角插补的结束位置与拐角的距离。
拐角加速度用An表示，具体是指在一个插补周期内，由拐角前速度过渡到拐角后速度所需的数控机床各驱动轴加速度的矢量和。
需要说明的是，上述各个字符的涵义在后续使用时，意义相同。
图2为本发明数控机床修调处理加工方法流程图。如图2所示，一种数控机床修调处理加工方法包括：
步骤11：获取修调发生时的最大加工速度。
步骤12：在加工过程中最大加工速度改变时，根据所述修调发生时的最大加工速度对所有待插补的最优拐角插补参数进行调整，得到多个调整后的最优拐角插补参数，具体包括：
步骤121：根据所述修调发生时的最大加工速度，重新计算当前插补点所在直线段及之后的缓存区内所有直线段的拐角处的最优拐角插补参数，其中当前插补点所在直线段的起点拐角速度设置为零。
步骤122：判断当前插补点是否在拐角处。
步骤123：若当前插补点在拐角处，则直接根据原来速度进行插补。
步骤124：若当前插补点未在拐角处，则代表当前插补点在直线段上，判断当前插补点所在直线段的终点拐角速度是否被调整。
若当前插补点所在直线段的终点拐角速度没有被调整，则直接根据原来速度进行插补。
步骤125：若当前插补点所在直线段的终点拐角速度被调整，则判断当前插补点速度是否在最大加减度能力范围内可达直线段终点拐角前速度。
若判断当前插补点速度在最大加减度能力范围内可达直线段终点拐角前速度，则直接根据原来速度进行插补。
步骤126：若判断当前插补点速度在最大加减度能力范围内不能达到直线段终点拐角前速度，根据当前插补点速度确定当前插补直线段终点拐角速度。
步骤126，具体包括：
判断当前插补点速度是否小于或等于当前插补直线段终点拐角开始速度；
若是，则根据当前插补点速度以最大加速能力加速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度，具体包括：
根据当前插补点速度以最大加减速能力加速到拐角采用公式
其中，ak,m表示该直线段加工时的最大加速度，Lk表示该直线段总长度，dk,a表示该直线段起点到当前插补点的距离，vk,a表示当前插补点的速度，
若否，则根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度，具体包括：
根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角采用公式
其中，ak,m表示该直线段加工时的最大加速度，Lk表示该直线段总长度，dk,a表示该直线段起点到当前插补点的距离，vk,a表示当前插补点的速度，
对应于本发明的数控机床修调处理加工方法，本发明还提供一种数控机床修调处理加工系统，该系统包括：
修调发生时最大加工速度获取模块21，用于获取修调发生时的最大加工速度。
最优拐角插补参数调整模块22，用于在加工过程中最大加工速度改变时，根据所述修调发生时的最大加工速度对所有待插补的最优拐角插补参数进行调整，得到多个调整后的最优拐角插补参数。
所述最优拐角插补参数调整模块22，具体包括：
拐角处速度计算单元221，用于根据所述修调发生时的最大加工速度，重新计算当前插补点所在直线段及之后的缓存区内所有直线段的拐角处的最优拐角插补参数，其中当前插补点所在直线段的起点拐角速度设置为零；
第一判断单元222，用于判断当前插补点是否在拐角处。
第二判断单元223，用于判断当前插补点所在直线段的终点拐角速度是否被调整。
第三判断单元224，用于判断当前插补点速度是否在最大加减度能力范围内可达直线段终点拐角前速度。
插补单元225，用于在当前插补点在拐角处时或在当前插补点所在直线段的终点拐角速度没有被调整时或在当前插补点速度在最大加减度能力范围内可达直线段终点拐角前速度时，直接根据原来速度进行插补。
当前插补直线段终点拐角速度确定单元226，用于在当前插补点速度在最大加减度能力范围内不能达到直线段终点拐角前速度时，根据当前插补点速度确定当前插补直线段终点拐角速度。
所述当前插补直线段终点拐角速度确定单元226，具体包括：
判断子单元，用于判断当前插补点速度是否小于或等于当前插补直线段终点拐角开始速度。
拐角开始速度第一确定单元，用于在当前插补点速度小于或等于当前插补直线段终点拐角开始速度时，根据当前插补点速度以最大加速能力加速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度；
拐角开始速度第二确定单元，用于在当前插补点速度大于当前插补直线段终点拐角开始速度时，根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角，并以最终速度作为直线段终点拐角开始速度。
所述拐角开始速度第一确定单元，具体包括：
拐角开始速度第一确定子单元，用于根据当前插补点速度以最大加减速能力加速到拐角采用公式
其中，ak,m表示该直线段加工时的最大加速度，Lk表示该直线段总长度，dk,a表示该直线段起点到当前插补点的距离，vk,a表示当前插补点的速度，
所述拐角开始速度第二确定单元，具体包括：
拐角开始速度第二确定子单元，用于根据当前插补点速度以最大减速能力减速到拐角采用公式
其中，ak,m表示该直线段加工时的最大加速度，Lk表示该直线段总长度，dk,a表示该直线段起点到当前插补点的距离，vk,a表示当前插补点的速度，
实施例1：
采用本发明能够对数控机床进行加工，一种数控机床加工方法包括：
步骤11：获取多个直线段加工路径，具体包括：
获取加工路径。
判断所述加工路径是否为圆弧路径。
若是，则根据加工误差确定离散直线段所对应的圆弧角度。
获取圆弧对应的圆心角。
根据所述圆弧角度和所述圆心角将离散后的最后一个残留直线段进行全局线段长度均分，得到N段直线段加工路径。
若否，则表示加工路径是直线段，直接保存当前直线段加工路径。
对于圆弧路径，基于指定加工误差E，用大量微小直线段逼近被插补圆弧(参见图4)，最终全部加工代码均是直线段路径，即G01格式；本发明用于数控系统多周期最优拐角插补的分组前瞻处理方法适用于G01、G02和G03格式的加工代码，其中，G01代码表示直线段，G02和G03表示圆弧路径。
完成下述操作内容：
根据加工误差E确定离散直线段所对应的圆弧角度α，
对离散后的最后一个残留直线段进行全局线段长度均分。
步骤12：获取加工精度、最大加工速度、加工路径上拐角处的几何参数和数控机床各个驱动轴的最大加速度；
步骤13：根据各所述直线段加工路径、所述加工精度、所述最大加工速度、所述几何参数和所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，以拐角前速度和拐角后速度之和为最大为优化目标，确定加工路径上的每个拐角多周期过渡的最优拐角插补参数，所述最优拐角插补参数包括：拐角加速度、拐角前速度、拐角后速度、拐角过渡时间、拐角前距离和拐角后距离。
该步骤13具体包括：
步骤131：根据所述几何参数和所述数控机床各个驱动轴的最大加速度，确定各所述直线段加工路径当前拐角在一个插补周期内的拐角加速度的取值范围。
步骤132：根据所述取值范围以拐角前速度和拐角后速度都不能小于零为前提条件，确定当前拐角加速度的实际取值范围。
步骤133：根据所述实际取值范围以拐角前速度和拐角后速度之和为最大为优化目标，确定当前拐角加速度。
步骤134：根据拐角处的加工精度，确定拐角过渡时间，具体包括：
根据拐角处的加工精度采用公式
其中，t为拐角过渡时间，E为拐角处的加工精度，An为拐角加速度。
步骤135：根据所述当前拐角加速度和所述拐角过渡时间，分别确定所述当前拐角的拐角前速度、拐角后速度、拐角前距离和拐角后距离。
步骤136：分别判断所述拐角前速度和拐角后速度是否均大于最大加工速度。
步骤137：若是，则按比例调整当前拐角的过渡时间，使所述拐角前速度和所述拐角后速度都满足不大于所述最大加工速度要求。
步骤138：根据调整后的过渡时间按比例做相应调整所述拐角前距离和所述拐角后距离。
步骤139：若否，则不对当前拐角的最优拐角插补参数做调整。
步骤13还包括步骤1040：对每个拐角根据加工顺序执行上述步骤1031-1039的操作，直到所有待加工小直线段均完成其拐角处最优拐角插补参数的确定，并保存最终得到的各个拐角的最优拐角插补参数。
步骤14：在加工过程中最大加工速度改变时，根据修调发生时的最大加工速度对所有待插补的所述最优拐角插补参数进行调整，得到多个调整后的最优拐角插补参数。步骤14为多周期最优拐角快速响应修调方法，图4为本发明多周期最优拐角快速响应修调方法流程图。图5为多周期最优拐角快速响应修调方法的直线段上数据参数示意图。
步骤15：根据各所述最优拐角插补参数，确定对应直线段加工路径的插补点序列和拐角的插补点序列，具体包括：
步骤151：顺序读取一个待插补直线段加工路径，确定当前所述直线段上插补的插补点序列。根据直线段起始速度和终止速度：前述步骤已经调整好的起点拐角处的拐角后速度和终点拐角处的拐角前速度，先计算在该直线段上插补时以直线加减速方式运动时所能达到的最大速度Vmm，该Vmm数值不能大于最大加工速度vmax；再计算该直线段上的插补时间(包括加速时间、匀速时间和减速时间)，最后，根据该直线段的起始速度、加速方式和相应加速方式下的时间进行该直线段的插补，并输出该直线段的插补点序列。
步骤152：根据拐角过渡插补参数，确定当前拐角处插补的插补点序列。
对所有的待插补的小直线段重复执行步骤1051和1052的操作，直到所有的待插补微小直线段全部插补完毕。
步骤16：根据所述直线段的插补点序列和所述拐角的插补点序列，驱动数控机床加工。
本发明经过多次试验验证，都证明了本发明方法的有效性，可以满足实际修调需求，满足实时性要求。因此，实施例的试验结果是成功的，实现了发明目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
