CN113946139A - 数控***的速度预测、数控***的控制方法及数控*** - Google Patents

数控***的速度预测、数控***的控制方法及数控*** Download PDF

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CN113946139A CN202010694122.0A CN202010694122A CN113946139A CN 113946139 A CN113946139 A CN 113946139A CN 202010694122 A CN202010694122 A CN 202010694122A CN 113946139 A CN113946139 A CN 113946139A
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Abstract

本发明公开了数控***的速度预测、数控***的控制方法及数控***，该速度预测方法包括获取加工工件的刀具的多个第一子加工路径；计算当前第一子加工路径上刀具的预处理速度并进行旋转刀具中心点变换，以得到当前第二子加工路径；计算刀具在当前第二子加工路径上的平均速度及平均加速度并校验，以判断是否调整预处理速度；将前一第一子加工路径上刀具的末速度作为当前第一子加工路径的初始速度；根据初始速度和预处理速度计算当前第一子加工路径上刀具的末速度并输出。本发明能够解决刀具在工件坐标系下的编程坐标与在机床坐标系下的实际位移坐标在非线性关系下的速度协同，防止速度规划后刀具的速度、加速度超出机床的性能限制。

Description

数控***的速度预测、数控***的控制方法及数控***
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，特别涉及数控***的速度预测、数控***的控制方法及数控***。
背景技术
针对航空、船舶、汽车等领域中使用到的螺旋桨、叶轮等核心零部件，具有复杂曲面高速高精加工工艺需求，传统三轴机床因刀具角度限制导致效率低下，且多次装夹易产生定位误差，无法达到加工要求。
本申请的发明人在长期的研发中发现，五轴联动数控***能够弥补三轴机床的刀具角度限制问题，达到复杂曲面的加工要求。然而目前的五轴联动数控***多采用与三轴联动数控***类似的速度规划算法，例如根据用户指定的切削速度去规划刀尖点速度，插补时再用刀尖点坐标经过旋转刀具中心点(rotation tool center point，RTCP)变换得到控制点插补坐标。
但是，由于五轴联动数控***中刀具旋转运动的影响，机床各轴的线性运动的合成使得刀具中心点在离散段内的运动轨迹偏离理想编程轨迹，从而产生非线性运动误差，因此在进行速度前瞻规划时无法保证两者的速度同时平顺，在旋转轴急剧变化时可能会导致控制点的速度、加速度超过机床的性能限制，影响加工质量或损坏机床。
发明内容
本发明提供数控***速度的预测、数控***的控制方法及数控***，以解决现有技术中由于五轴联动数控***中非线性运动误差导致速度前瞻受到限制的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种数控***的速度预测方法，包括：
获取加工工件的刀具的第一加工路径，将所述第一加工路径分为多个第一子加工路径；
根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的预处理速度；
对当前所述第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前第二子加工路径；
根据当前所述第一子加工路径、当前所述第二子加工路径以及所述预处理速度计算加工所述工件的所述刀具在当前所述第二子加工路径上的平均速度及平均加速度；
分别对所述平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整所述预处理速度；
将前一所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度作为当前所述第一子加工路径的初始速度；
根据所述初始速度和所述预处理速度计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度并输出。
在一具体实施例中，所述根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的预处理速度包括：
计算当前所述第一子加工路径的长度及当前所述第一子加工路径与前一所述第一子加工路径之间的夹角，以得到第一最大速度；
判断当前所述第一子加工路径是否为弧形；
若当前所述第一子加工路径为弧形，则计算出当前所述第一子加工路径的弓高误差允许的第二最大速度及当前所述第一子加工路径的向心加速度允许的第三最大速度；
从所述数控***的第一预设最大速度、用户指定的第二预设最大速度、所述第一最大速度、所述第二最大速度以及所述第三最大速度中取最小值作为当前所述第一子加工路径上刀具的预处理速度。
在一具体实施例中，所述对当前所述第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前所述第二子加工路径，并根据当前所述第一子加工路径、当前所述第二子加工路径以及所述预处理速度计算加工所述工件的所述刀具在当前所述第二子加工路径上的所述平均速度包括：
定义当前所述第一子加工路径为P1P2，其中P1的坐标为(x1，y1，z1，a1，b1)，P2的坐标为(x2，y2，z2，a2，b2)，计算当前所述第一子加
Figure BDA0002590328890000031
对当前所述第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前所述第二子加工路径；
定义当前所述第二子加工路径为P1′P2′，其中P1′的坐标为(X1，Y1，Z1，A1，B1)，P2′的坐标为(X2，Y2，Z2，A2，B2)，计算当前所述第二
Figure BDA0002590328890000032
根据当前所述第一子加工路径的长度L、当前所述第二子加工路径的长度L'以及所述预处理速度，得到所述刀具在当前所述第二子加工路径上的所述平均速度
Figure BDA0002590328890000033
在一具体实施例中，所述对所述平均速度进行校验包括：
判断所述平均速度F'是否超过***设置的最大速度Vmax；
若所述平均速度超过***设置的最大速度Vmax，则将所述预处理速度调整为
Figure BDA0002590328890000034
若所述平均速度未超过***设置的最大速度Vmax，则无需调整。
在一具体实施例中，根据当前所述第二子加工路径计算加工所述工件的所述刀具在当前所述第二子加工路径上的平均加速度，对所述平均加速度进行校验包括：
根据当前所述第二子加工路径的长度、所述刀具在当前所述第二子加工路径经速度限制后的目标速度以及所述刀具经过当前所述第二子加工路径的时间，计算所述刀具在当前所述第二子加工路径上的所述平均加速度Ai；
根据所述第二子加工路径获取刀具在所述第二子加工路径上的位移矢量及加速度限制，计算得到最大加速度Amax；
判断Ai是否大于Amax；
若Ai大于Amax，则调整所述平均速度，并根据所述平均速度调整所述预处理速度。
在一具体实施例中，所述根据所述初始速度和所述预处理速度计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度包括：
判断当前所述第二子加工路径是否为最后一段所述第二子加工路径；
若当前所述第二子加工路径为最后一段所述第二子加工路径，则将当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度设置为0；
若当前所述第二子加工路径不是最后一段所述第二子加工路径，则根据所述初始速度、所述第二子加工路径的预设段长度以及最大加速度计算所述刀具在所述第二子加工路径上的最大末速度；
判断所述最大末速度是否小于所述预处理速度；
若所述最大末速度小于所述预处理速度，则将当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度修改为所述最大末速度；
若所述最大末速度大于或等于所述预处理速度，则根据后续所述第二子加工路径的总长度调整当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度。
在一具体实施例中，所述根据后续所述第二子加工路径的总长度调整当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度包括：
判断后续所述第二子加工路径的总长度是否大于所述刀具的速度降为0时所运动的距离；
若后续所述第二子加工路径的总长度小于或等于大于所述刀具的速度降为0时所运动的距离，则等待后续数据；
若后续所述第二子加工路径的总长度是否大于所述刀具的速度降为0时所运动的距离，则调整当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度，以使得所述刀具能够运动至后续所述第二子加工路径的末端。
在一具体实施例中，所述将前一所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度作为当前所述第一子加工路径的初始速度之前还包括：
判断当前所述第一子加工路径是否为第一段所述第一子加工路径；
若当前所述第一子加工路径为第一段所述第一子加工路径，则将当前所述第一子加工路径上所述刀具的初始速度设置为0；
若当前所述第一子加工路径不是第一段所述第一子加工路径，则将前一所述第一子加工路径上所述刀具的末速度作为当前所述第一子加工路径的初始速度。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供一种数控***的控制方法，包括：
接收工件的加工程序并对所述加工程序进行编译，以获取加工所述工件的刀具的第一加工路径，将所述第一加工路径分为多个第一子加工路径；
根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径对加工所述工件的所述刀具在当前所述第一子加工路径上的速度进行预测；
根据预测的所述速度对加工所述工件的所述刀具进行速度规划并输出；
其中，对所述刀具的速度进行预测的方法为如上述的速度预测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供一种数控***，包括：
接收设备，用于接收工件的加工程序；
处理器，与所述接收设备连接，用于对所述加工程序进行编译，以获取加工所述工件的刀具的第一加工路径，将所述第一加工路径分为多个第一子加工路径；根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径对加工所述工件的所述刀具在当前所述第一子加工路径上的速度进行预测；根据预测的所述速度对加工所述工件的所述刀具进行速度规划并输出；
驱动器，与所述处理器连接，用于接收所述刀具的速度规划并驱动机床运行；
其中，处理器具体用于获取加工所述工件的所述刀具的第一加工路径，将所述第一加工路径分为多个第一子加工路径；根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的预处理速度；对当前所述第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前第二子加工路径；根据当前所述第一子加工路径、当前所述子加工路径以及所述预处理速度计算加工所述工件的所述刀具在当前所述第二子加工路径上的平均速度及平均加速度；分别对所述平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整所述预处理速度；将前一所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度作为当前所述第一子加工路径的初始速度；根据所述初始速度和所述预处理速度计算当前所述第一子加工路径上所述刀具的末速度并输出。
本发明根据加工工件的刀具的前一第一子加工路径和当前第一子加工路径计算得到当前第一子加工路径上的预处理速度，并对刀具的当前第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换以得到当前第二子加工路径，根据当前第一子加工路径、当前第二子加工路径以及预处理速度计算得到刀具在当前第二子加工路径上的平均速度及平均加速度，并分别对平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整预处理速度，根据初始速度和预处理速度计算当前第一子加工路径上刀具的末速度并输出，能够解决刀具在工件坐标系下的编程坐标与在机床坐标系下的实际位移坐标在非线性关系下的速度协同，防止速度规划后刀具的速度、加速度超出机床的性能限制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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，其中：
图1是本发明数控***的速度预测方法一实施例的流程示意图；
图2是本发明数控***的速度预测方法另一实施例的流程示意图；
图3是本发明数控***的速度预测方法另一实施例中刀具及工件的结构示意图；
图4是本发明数控***的控制方法实施例的流程示意图；
图5是本发明数控***的结构示意图；
图6是本发明存储装置的结构示意图。
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，均属于本发明保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。而术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
参见图1和图2，本发明数控***的速度预测方法一实施例包括：
S110、获取加工工件201的刀具202的第一加工路径，将第一加工路径分为多个第一子加工路径。
在本实施例中，第一加工路径为刀具202在工件坐标系下的编程坐标，具体的可以为通过加工程序进行编译后获得。
在本实施例中，可以通过计算第一加工路径的直线合位移和旋转合位移来计算分段数N，进而将第一加工路径等分为N个第一子加工路径。
S120、根据前一第一子加工路径和当前第一子加工路径计算当前第一子加工路径上加工工件201的刀具202的预处理速度。
在本实施例中，可以根据前一第一子加工路径和当前第一子加工路径之间的夹角、当前第一子加工路径的形状等计算出当前第一子加工路径允许的最大速度，并在上述几个最大速度及***或用户预设的最大速度中选择最小值作为预处理速度。
S130、对当前第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得当前第二子加工路径。
在本实施例中，旋转刀具中心点变换即将工件坐标系下刀具202的编程坐标转变成机床坐标系下刀具202的实际位移坐标，使得刀具202的运动轨迹更加接近理想编程轨迹。具体的，根据工作坐标系中原点、X轴、Y轴、Z轴与机床坐标系下的原点、X轴、Y轴、Z轴在空间上的位置关系形成一映射关系，工件坐标系下的刀具202的编程坐标根据映射关系即可得到机床坐标系下刀具202的实际位移坐标。
S140、根据当前第一子加工路径、当前第二子加工路径以及预处理速度计算加工工件201的刀具202在当前第二子加工路径上的平均速度及平均加速度。
在本实施例中，刀具202在当前第二子加工路径上的平均速度与当前第二子加工路径的长度的比值和预处理速度与当前第一子加工路径的长度的比值大致相等，因此可以计算出刀具202在当前第二子加工路径上的平均速度。
在本实施例中，通过刀具202在前一第二子加工路径和当前第二子加工路径上的目标速度和预估时长即可计算出刀具202在当前第二子加工路径上的平均加速度。
S150、分别对平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整预处理速度。
在本实施例中，可以通过将平均速度及平均加速度分别与***设置的最大平均速度及最大平均加速度进行比较，若超过限制，则需要对预处理速度进行调整，避免刀具202的加工速度过大，从而能够避免超出机床的性能限制，影响机床的使用寿命。
S160、将前一第一子加工路径上加工工件201的刀具202的末速度作为当前第一子加工路径的初始速度。
通过将前一第一子加工路径上刀具202的末速度作为当前第一子加工路径的初始速度，能够使得刀具202的加工速度更加平滑，减少机床的抖动。
S170、根据初始速度和预处理速度计算当前第一子加工路径上加工工件201的刀具202的末速度并输出。
在本实施例中，可以根据当前第二子加工路径是否为最后一段第二子加工路径来设置刀具202在当前第二子加工路径上的末速度，以使得刀具202能够完整历经所有第二子加工路径组成的第二加工路径，避免出现加工不完全的问题。
本发明实施例根据加工工件201的刀具202的前一第一子加工路径和当前第一子加工路径计算得到当前第一子加工路径上的预处理速度，并对刀具202的当前第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换以得到当前第二子加工路径，根据当前第一子加工路径、当前第二子加工路径以及预处理速度计算得到刀具202在当前第二子加工路径上的平均速度及平均加速度，并分别对平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整预处理速度，根据初始速度和预处理速度计算当前第一子加工路径上刀具202的末速度并输出，能够解决刀具202在工件坐标系下的编程坐标与在机床坐标系下的实际位移坐标非线性关系下的速度协同，防止速度规划后刀具202的速度、加速度超出机床的性能限制。
参见图2和图3，本发明数控***的速度预测方法另一实施例中以刀具双摆动的五轴机床为例，建立刀具的运动模型。其中，Om为刀具202的旋转中心，Ot为刀具坐标系原点，Ow为工件坐标系原点。初始状态时，动轴B与Y轴平行，刀具轴线与Z轴平行，工件坐标系与机床坐标系方向一致，刀具坐标系原点与工件坐标系原点重合。设定回转轴交点Om到刀具坐标系原点Ot的距离为D，在刀具坐标系中位置矢量为rm(0,0,D)。在刀具坐标系中，控制点(即刀具202的端点)的位置矢量和刀轴方向矢量分别为[0 0 0]T和[0 0 1]T，记刀具平动轴相对于初始状态的位置为rs(X,Y,Z)，旋转轴A、B相对于初始状态的角度分别为θA和θB(本实施例中以逆时针为正)，由此，刀轴和控制点矢量在工件坐标系的表达分别为u(i,j,k)和rp(x,y,z)。刀具坐标系OtXtYtZt相对于工件坐标系OwXwYwZw的运动可由OtXtYtZt相对于OmXmYmZm的旋转和OmXmYmZm相对于OwXwYwZw的平移转换得到。
由上述坐标变换关系可得：
[xyz1]T＝T(rs+rm)×Rx(θA)×Ry(θB)×T(-rm)×[0001]T (1)
其中，T和R分别表示刀具平移和旋转运动的齐次坐标变换矩阵，由式(1)可得：
Figure BDA0002590328890000101
由式(2)可得，随着刀具旋转轴A、B的运动，控制点与刀具202的旋转中心(即编程点)呈非线性关系，因此刀具202的旋转中心与控制点的速度和加速度均呈非线性关系。
本实施例包括：
S110、获取加工工件201的刀具202的第一加工路径，将第一加工路径分为多个第一子加工路径。
S121、计算当前第一子加工路径的长度及当前第一子加工路径与前一第一子加工路径之间的夹角，以得到第一最大速度。
S122、判断当前第一子加工路径是否为弧形。
S123、若当前第一子加工路径为弧形，则计算出当前第一子加工路径的弓高误差允许的第二最大速度。
S124、计算当前第一子加工路径的向心加速度允许的第三最大速度。
S125、从数控***的第一预设最大速度、用户指定的第二预设最大速度、第一最大速度、第二最大速度以及第三最大速度中取最小值作为当前第一子加工路径上加工工件201的刀具202的预处理速度。
S131、对当前第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前第二子加工路径。
在本实施例中，定义当前第一子加工路径为P1P2，其中P1的坐标为(x1，y1，z1，a1，b1)，P2的坐标为(x2，y2，z2，a2，b2)，计算当前
Figure BDA0002590328890000111
Figure BDA0002590328890000112
对当前第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前第二子加工路径；
定义当前第二子加工路径为P1′P2′，其中P1′的坐标为(X1，Y1，Z1，A1，B1)，P2′的坐标为(X2，Y2，Z2，A2，B2)，计算当前
Figure BDA0002590328890000113
Figure BDA0002590328890000114
S141、根据当前第一子加工路径的长度L、当前第二子加工路径的长度L'以及预处理速度，得到加工工件201的刀具202在当前第二子加工路径上的平均速度
Figure BDA0002590328890000115
S142、根据当前第二子加工路径计算加工工件201的刀具202在当前第二子加工路径上的平均加速度。
在本实施例中，可以根据当前第二子加工路径的长度、刀具202在当前第二子加工路径经速度限制后的目标速度以及刀具202经过当前第二子加工路径的时间，计算刀具202在当前第二子加工路径上的平均加速度Ai。
S151、判断平均速度F'是否超过***设置的最大速度Vmax。
S152、若平均速度超过***设置的最大速度Vmax，则将预处理速度调整为
Figure BDA0002590328890000116
步骤S151及S152还包括：判断平均加速度Ai是否大于最大加速Amax；若Ai大于Amax，则调整平均速度，并根据平均速度调整预处理速度；若平均速度未超过***设置的最大速度Vmax，则无需调整。
具体的，在本实施例中，设定Li为第i段第二子加工路径的长度，Vi为控制点在第i段第二子加工路径上经过速度限制后的目标速度，Ti＝Li/Vi为刀具经过第i段第二子加工路径的预估时长，则刀具经过第i段第二子加工路径的平均加速度：
Figure BDA0002590328890000121
展开可得：
AiTi-1Ti 2+(AiTi-1 2+2Li-1)Ti-2LiTi-1＝0 (3)
根据第二子加工路径获取刀具在第二子加工路径上的位移矢量及加速度限制，计算得到最大加速度
Figure BDA0002590328890000122
若Ai＞Amax，则平均加速度超限，解式(3)关于Ti的二元一次方程，令：
a＝AmaxTi-1
b＝AmaxTi-1 2+2Li-1
c＝-2Li-1Ti-1
则
Figure BDA0002590328890000123
调增后的速度Vi＝Li/Ti，再根据速度校验调整刀具在第一加工路径上的速度。
S160、将前一第一子加工路径上加工工件201的刀具202的末速度作为当前第一子加工路径的初始速度。
S171、判断当前第二子加工路径是否为最后一段第二子加工路径。
S172、若当前第二子加工路径为最后一段第二子加工路径，则将当前第二子加工路径上加工工件201的刀具202的末速度设置为0。
S173、若当前第二子加工路径不是最后一段第二子加工路径，则根据初始速度、第二子加工路径的预设段长度以及最大加速度计算加工工件201的刀具202在第二子加工路径上的最大末速度。
S174、判断最大末速度是否小于预处理速度；
S175、若最大末速度小于预处理速度，则将当前第二子加工路径上加工工件201的刀具202的末速度修改为最大末速度；
若最大末速度大于或等于预处理速度，则根据后续第二子加工路径的总长度调整当前第二子加工路径上加工工件201的刀具202的末速度。
在本实施例中，调整当前第二子加工路径上加工工件201的刀具202的末速度具体包括：
S176、判断后续第二子加工路径的总长度是否大于刀具202的速度降为0时所运动的距离；
S177、若后续第二子加工路径的总长度小于或等于大于刀具202的速度降为0时所运动的距离，则等待后续数据；
S178、若后续第二子加工路径的总长度是否大于刀具202的速度降为0时所运动的距离，则调整当前第二子加工路径上刀具202的末速度，以使得刀具202能够运动至后续第二子加工路径的末端并输出。
在本实施例中，S160将前一第一子加工路径上刀具202的末速度作为当前第一子加工路径的初始速度之前还可以包括：
S161、判断当前第一子加工路径是否为第一段第一子加工路径；
S162、若当前第一子加工路径为第一段第一子加工路径，则将当前第一子加工路径上刀具202的初始速度设置为0；
S163、若当前第一子加工路径不是第一段第一子加工路径，则将前一第一子加工路径上刀具202的末速度作为当前第一子加工路径的初始速度。
参见图4，本发明数控***的控制方法实施例包括：
S310、接收工件201的加工程序并对加工程序进行编译，以获取加工工件201的刀具202的第一加工路径，将第一加工路径分为多个第一子加工路径。
一并参见图3，在本实施例中，加工程序可以为机床的刀具202对工件201进行加工的具体程序，通过对加工程序进行编译后，得到工件坐标系下的刀具202的第一加工路径。
在本实施例中，可以通过CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)软件生成第一加工路径。
在本实施例中，编译后还可以进行刀补、平滑等操作，以进一步减小计算误差。
S320、根据前一第一子加工路径和当前第一子加工路径对加工工件201的刀具202在当前第一子加工路径上的速度进行预测。
在本实施例中，对刀具202在当前第一子加工路径上的速度进行预测的方法参见上述数控***的速度预测方法实施例，在此不再赘述。
S330、根据预测的速度对加工工件201的刀具202进行速度规划并输出。
本发明实施例根据加工工件201的刀具202的前一第一子加工路径和当前第一子加工路径计算得到当前第一子加工路径上的预处理速度，并对刀具的当前第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换以得到当前第二子加工路径，根据当前第一子加工路径、当前第二子加工路径以及预处理速度计算得到刀具202在当前第二子加工路径上的平均速度及平均加速度，并分别对平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整预处理速度，根据初始速度和预处理速度计算当前第一子加工路径上刀具202的末速度并输出，能够解决刀具202在工件坐标系下的编程坐标与在机床坐标系下的实际位移坐标在非线性关系下的速度协同，防止速度规划后刀具202的速度、加速度超出机床的性能限制。
参见图5，本发明数控***实施例包括接收设备401、处理器402以及驱动器403，接收设备401用于接收工件201的加工程序；处理器402与接收设备401连接，用于对加工程序进行编译，以获取加工工件201的刀具202的第一加工路径，将第一加工路径分为多个第一子加工路径；根据前一第一子加工路径和当前第一子加工路径对加工工件201的刀具202在当前第一子加工路径上的速度进行预测；根据预测的速度对加工工件201的刀具202进行速度规划并输出；驱动器403与处理器402连接，用于接收加工工件201的刀具202的速度规划并驱动机床运行。
其中，处理器402对加工程序中加工工件201的刀具202进行速度预测的方法参见上述数控***的速度预测方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例根据加工工件201的刀具202的前一第一子加工路径和当前第一子加工路径计算得到当前第一子加工路径上的预处理速度，并对刀具202的当前第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换以得到当前第二子加工路径，根据当前第一子加工路径、当前第二子加工路径以及预处理速度计算得到刀具202在当前第二子加工路径上的平均速度及平均加速度，并分别对平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整预处理速度，根据初始速度和预处理速度计算当前第一子加工路径上刀具202的末速度并输出，能够解决刀具202在工件坐标系下的编程坐标与在机床坐标系下的实际位移坐标在非线性关系下的速度协同，防止速度规划后刀具202的速度、加速度超出机床的性能限制。
参见图6，本发明存储装置50实施例存储有程序数据501，程序数据501能够被执行以实现数控***的速度预测方法，其中，数控***的速度预测方法参见上述数控***的速度预测方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例根据加工工件201的刀具202的前一第一子加工路径和当前第一子加工路径计算得到当前第一子加工路径上的预处理速度，并对刀具202的当前第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换以得到当前第二子加工路径，根据当前第一子加工路径、当前第二子加工路径以及预处理速度计算得到刀具202在当前第二子加工路径上的平均速度及平均加速度，并分别对平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整预处理速度，根据初始速度和预处理速度计算当前第一子加工路径上刀具202的末速度并输出，能够解决刀具202在工件坐标系下的编程坐标与在机床坐标系下的实际位移坐标在非线性关系下的速度协同，防止速度规划后刀具202的速度、加速度超出机床的性能限制。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种数控***的速度预测方法，其特征在于，包括：
获取加工工件的刀具的第一加工路径，将所述第一加工路径分为多个第一子加工路径；
根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的预处理速度；
对当前所述第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前第二子加工路径；
根据当前所述第一子加工路径、当前所述第二子加工路径以及所述预处理速度计算加工所述工件的所述刀具在当前所述第二子加工路径上的平均速度及平均加速度；
分别对所述平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整所述预处理速度；
将前一所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度作为当前所述第一子加工路径的初始速度；
根据所述初始速度和所述预处理速度计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度并输出。
2.根据权利要求1所述的速度预测方法，其特征在于，所述根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的预处理速度包括：
计算当前所述第一子加工路径的长度及当前所述第一子加工路径与前一所述第一子加工路径之间的夹角，以得到第一最大速度；
判断当前所述第一子加工路径是否为弧形；
若当前所述第一子加工路径为弧形，则计算出当前所述第一子加工路径的弓高误差允许的第二最大速度及当前所述第一子加工路径的向心加速度允许的第三最大速度；
从所述数控***的第一预设最大速度、用户指定的第二预设最大速度、所述第一最大速度、所述第二最大速度以及所述第三最大速度中取最小值作为当前所述第一子加工路径上刀具的预处理速度。
3.根据权利要求1所述的速度预测方法，其特征在于，所述对当前所述第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前所述第二子加工路径，并根据当前所述第一子加工路径、当前所述第二子加工路径以及所述预处理速度计算加工所述工件的所述刀具在当前所述第二子加工路径上的所述平均速度包括：
定义当前所述第一子加工路径为P1P2，其中P1的坐标为(x1，y1，z1，a1，b1)，P2的坐标为(x2，y2，z2，a2，b2)，计算当前所述第一子加工路径的长度
Figure FDA0002590328880000021
对当前所述第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前所述第二子加工路径；
定义当前所述第二子加工路径为P′1P′2，其中P′1的坐标为(X1，Y1，Z1，A1，B1)，P′2的坐标为(X2，Y2，Z2，A2，B2)，计算当前所述第二子加工路径的长度
Figure FDA0002590328880000022
根据当前所述第一子加工路径的长度L、当前所述第二子加工路径的长度L'以及所述预处理速度，得到所述刀具在当前所述第二子加工路径上的所述平均速度
Figure FDA0002590328880000023
4.根据权利要求3所述的速度预测方法，其特征在于，所述对所述平均速度进行校验包括：
判断所述平均速度F'是否超过***设置的最大速度Vmax；
若所述平均速度超过***设置的最大速度Vmax，则将所述预处理速度调整为
Figure FDA0002590328880000024
若所述平均速度未超过***设置的最大速度Vmax，则无需调整。
5.根据权利要求4所述的速度预测方法，其特征在于，根据当前所述第二子加工路径计算加工所述工件的所述刀具在当前所述第二子加工路径上的平均加速度，对所述平均加速度进行校验包括：
根据当前所述第二子加工路径的长度、所述刀具在当前所述第二子加工路径经速度限制后的目标速度以及所述刀具经过当前所述第二子加工路径的时间，计算所述刀具在当前所述第二子加工路径上的所述平均加速度Ai；
根据所述第二子加工路径获取刀具在所述第二子加工路径上的位移矢量及加速度限制，计算得到最大加速度Amax；
判断Ai是否大于Amax；
若Ai大于Amax，则调整所述平均速度，并根据所述平均速度调整所述预处理速度。
6.根据权利要求1所述的速度预测方法，其特征在于，所述根据所述初始速度和所述预处理速度计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度包括：
判断当前所述第二子加工路径是否为最后一段所述第二子加工路径；
若当前所述第二子加工路径为最后一段所述第二子加工路径，则将当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度设置为0；
若当前所述第二子加工路径不是最后一段所述第二子加工路径，则根据所述初始速度、所述第二子加工路径的预设段长度以及最大加速度计算所述刀具在所述第二子加工路径上的最大末速度；
判断所述最大末速度是否小于所述预处理速度；
若所述最大末速度小于所述预处理速度，则将当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度修改为所述最大末速度；
若所述最大末速度大于或等于所述预处理速度，则根据后续所述第二子加工路径的总长度调整当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度。
7.根据权利要求6所述的速度预测方法，其特征在于，所述根据后续所述第二子加工路径的总长度调整当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度包括：
判断后续所述第二子加工路径的总长度是否大于所述刀具的速度降为0时所运动的距离；
若后续所述第二子加工路径的总长度小于或等于大于所述刀具的速度降为0时所运动的距离，则等待后续数据；
若后续所述第二子加工路径的总长度是否大于所述刀具的速度降为0时所运动的距离，则调整当前所述第二子加工路径上所述刀具的末速度，以使得所述刀具能够运动至后续所述第二子加工路径的末端。
8.根据权利要求1所述的速度预测方法，其特征在于，所述将前一所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度作为当前所述第一子加工路径的初始速度之前还包括：
判断当前所述第一子加工路径是否为第一段所述第一子加工路径；
若当前所述第一子加工路径为第一段所述第一子加工路径，则将当前所述第一子加工路径上所述刀具的初始速度设置为0；
若当前所述第一子加工路径不是第一段所述第一子加工路径，则将前一所述第一子加工路径上所述刀具的末速度作为当前所述第一子加工路径的初始速度。
9.一种数控***的控制方法，其特征在于，包括：
接收工件的加工程序并对所述加工程序进行编译，以获取加工所述工件的刀具的第一加工路径，将所述第一加工路径分为多个第一子加工路径；
根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径对加工所述工件的所述刀具在当前所述第一子加工路径上的速度进行预测；
根据预测的所述速度对加工所述工件的所述刀具进行速度规划并输出；
其中，对所述刀具的速度进行预测的方法为如权利要求1至8所述的速度预测方法。
10.一种数控***，其特征在于，包括：
接收设备，用于接收工件的加工程序；
处理器，与所述接收设备连接，用于对所述加工程序进行编译，以获取加工所述工件的刀具的第一加工路径，将所述第一加工路径分为多个第一子加工路径；根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径对加工所述工件的所述刀具在当前所述第一子加工路径上的速度进行预测；根据预测的所述速度对加工所述工件的所述刀具进行速度规划并输出；
驱动器，与所述处理器连接，用于接收所述刀具的速度规划并驱动机床运行；
其中，处理器具体用于获取加工所述工件的所述刀具的第一加工路径，将所述第一加工路径分为多个第一子加工路径；根据前一所述第一子加工路径和当前所述第一子加工路径计算当前所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的预处理速度；对当前所述第一子加工路径进行旋转刀具中心点变换，以得到当前第二子加工路径；根据当前所述第一子加工路径、当前所述子加工路径以及所述预处理速度计算加工所述工件的所述刀具在当前所述第二子加工路径上的平均速度及平均加速度；分别对所述平均速度及平均加速度进行校验，以判断是否调整所述预处理速度；将前一所述第一子加工路径上加工所述工件的所述刀具的末速度作为当前所述第一子加工路径的初始速度；根据所述初始速度和所述预处理速度计算当前所述第一子加工路径上所述刀具的末速度并输出。
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