一種柔性材料軌跡加工方法和裝置與流程
2023-05-25 12:13:17 3
本發明實施例涉及材料加工技術，尤其涉及一種柔性材料軌跡加工方法和裝置。
背景技術：
近年來，隨著數控技術的快速發展，應用於柔性材料軌跡加工的切割裝備的自動化水平以及生產效率有了很大提升。
目前用於柔性材料切割的設備主要分為兩類，一類是刀片式切割設備，另一類是雷射切割設備。雷射切割設備是最早在柔性材料行業開始應用的切割設備，具有切割效率高，運動控制簡單、造價低等優點。但雷射切割設備存在淺色材料容易燒焦、氣味不環保、切割深度無法控制、能耗高、無法切割伸縮性較強的材料和紙質材料等諸多問題，因此並沒有在行業內得到普及應用。刀片式切割設備則完全可以避免雷射切割設備的缺點，具備適應面廣、切割品質優良、能耗低、環保等特點，已經逐步在各行各業得到推廣應用。
柔性材料數控切割機採用切向跟隨技術進行軌跡加工，該技術利用切向跟隨插補算法，在加工時保證裁刀刃口和裁割的運動方向相同，即加工曲線輪廓的切線方向一致。該方法在對簡單軌跡加工、加工精度、速度要求不高的場合能滿足品質要求，但在複雜軌跡加工、高速、高精度場合加工時不能達到預期要求。主要體現在隨著實際應用中加工路徑的日趨複雜,加工路徑越來越短。在連續加工線段的連接處，由於曲率的不連續性，導致刀具的進料速度波動和振蕩加速，造成伺服電機頻繁啟停,進而加大衝擊與振動,降低加工效率和質量。
技術實現要素：
本發明提供一種柔性材料軌跡加工方法和裝置，在滿足加工精度的基礎上，通過合理規劃加工線段連接處的給進速度來保證加工速度的平穩性，從而有效的提高加工速度，減小加工過程中的振動，達到提升加工效率和品質的目的。
第一方面，本發明實施例提供了一種柔性材料軌跡加工方法，包括：
獲取CAD加工軌跡信息，並根據所述加工軌跡信息得到路徑信息；
對所述路徑信息中的加工段的連接點的加工速度進行計算，得到所述連接點的速度信息；
根據所述路徑信息和所述速度信息進行路徑判斷，將線性路徑進行線性插補算法處理，將曲線路徑進行曲線插補算法處理，並輸出處理結果。
優選的是，根據所述加工軌跡信息得到路徑信息包括：
將所述加工軌跡信息分為線性加工段和參數曲線加工段；
對所述參數曲線加工段進行B樣條曲線擬合處理；
計算所述線性加工段和參數曲線加工段的長度信息及連接點的夾角信息，並將所述長度信息和夾角信息進行存儲。
優選的是，所述線性加工段和所述參數曲線加工段為相互獨立的加工路徑，其中，所述線性加工段和所述參數曲線加工段的起點和終點的加工速度均為0。
優選的是，對所述路徑信息中的加工段的連接點的加工速度進行計算，得到所述連接點的速度信息包括：
分別計算所述路徑信息中的加工段的連接點的正向速度曲線和反向速度曲線，取所述正向速度曲線和所述反向速度曲線中的速度值中的最小值作為連接點的速度曲線，其中，所述正向速度曲線的計算方式包括：
以加工段的起點為初始點，以預設加速度向所述加工段的終點加速，以所述路徑信息和加工工具機的自身參數為約束，取滿足所述約束條件下的最大速度值為所述連接點的進給速度，得到正向速度曲線；
其中，所述反向速度曲線的計算方式包括：
以加工段的終點為初始點，以預設減速度向所述加工段的起點加速，以所述路徑信息和加工工具機的自身參數為約束，取滿足所述約束條件下的最大速度值為所述連接點的進給速度，得到反向速度曲線。
優選的是，還包括：
在對當前加工段進行處理時，根據所述路徑信息和所述速度信息對所述當前加工段中的加工點到終點的路徑進行前瞻，在連接點之間執行切向跟隨插補法。
第二方面，本發明實施例還提供了一種柔性材料軌跡加工裝置，包括：
路徑處理模塊，用於獲取CAD加工軌跡信息，並根據所述加工軌跡信息得到路徑信息；
速度計算模塊，用於對所述路徑信息中的加工段的連接點的加工速度進行計算，得到所述連接點的速度信息；
路徑選擇模塊，用於根據所述路徑信息和所述速度信息進行路徑判斷，將線性路徑進行線性插補算法處理，將曲線路徑進行曲線插補算法處理，並輸出處理結果。
本發明通過獲取CAD加工軌跡信息，並根據所述加工軌跡信息得到路徑信息，對所述路徑信息中的加工段的連接點的加工速度進行計算，得到所述連接點的速度信息，根據所述路徑信息和所述速度信息進行路徑判斷，將線性路徑進行線性插補算法處理，將曲線路徑進行曲線插補算法處理，並輸出處理結果，解決了在連續加工線段的連接處，由於曲率的不連續性，導致刀具的進料速度波動和振蕩加速，造成伺服電機頻繁啟停,進而加大衝擊與振動,降低加工效率和質量的問題，在滿足加工精度的基礎上，通過合理規劃加工線段連接處的進給速度來保證加工速度的平穩性，從而有效的提高加工速度，減小加工過程中的振動，達到提升加工效率和品質的目的。
附圖說明
圖1為本發明實施例一提供的柔性材料軌跡加工方法的流程圖；
圖2為本發明實施例一提供的根據加工軌跡信息得到路徑信息的流程圖；
圖3為本發明實施例二提供的柔性材料軌跡加工裝置的結構圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
實施例一
圖1為本發明實施例一提供的柔性材料軌跡加工方法的流程圖，本實施例可適用於工廠對柔性材料進行加工的情況，該方法可以由具備計算功能的設備來執行，具體包括如下步驟：
步驟101、獲取CAD加工軌跡信息，並根據所述加工軌跡信息得到路徑信息。其中，CAD(Computer Aided Design，計算機輔助設計)加工軌跡信息和通過CAD的加工圖獲取，根據該CAD加工軌跡即可得到加工時的具體路徑信息。示例性的，如圖2所示，圖2為本發明實施例一提供的根據加工軌跡信息得到路徑信息的流程圖，包括：步驟201、將所述加工軌跡信息分為線性加工段和參數曲線加工段；步驟202、對所述參數曲線加工段進行B樣條曲線擬合處理；步驟203、計算所述線性加工段和參數曲線加工段的長度信息及連接點的夾角信息，並將所述長度信息和夾角信息進行存儲。
步驟102、對所述路徑信息中的加工段的連接點的加工速度進行計算，得到所述連接點的速度信息。示例性的，分別計算所述路徑信息中的加工段的連接點的正向速度曲線和反向速度曲線，取所述正向速度曲線和所述反向速度曲線中的速度值中的最小值作為連接點的速度曲線，其中，所述正向速度曲線的計算方式包括：以加工段的起點為初始點，以預設加速度(該預設加速度根據柔性材料材質，刀具材質，表面要求來定，然後再實際加工中適應性修改)向所述加工段的終點加速，以所述路徑信息(示例性的，如具體的路徑走向、路徑長短、路徑轉彎程度即路徑加工限速等)和加工工具機的自身參數(通常標註在機器上或由該型號工具機說明書得出)為約束，取滿足所述約束條件下的最大速度值為所述連接點的進給速度，得到正向速度曲線；其中，所述反向速度曲線的計算方式包括：以加工段的終點為初始點，以預設減速度(該預設減速度根據柔性材料材質，刀具材質，表面要求來定，然後再實際加工中適應性修改)向所述加工段的起點加速，以所述路徑信息和加工工具機的自身參數為約束，取滿足所述約束條件下的最大速度值為所述連接點的進給速度，得到反向速度曲線。
步驟103、根據所述路徑信息和所述速度信息進行路徑判斷，將線性路徑進行線性插補算法處理，將曲線路徑進行曲線插補算法處理，並輸出處理結果。
由於在數控工具機中，刀具不能嚴格地按照要求加工的曲線運動，只能用折線軌跡逼近所要加工的曲線，計算設備根據路徑信息和速度信息，將加工段所描述的曲線的起點、終點之間的空間進行數據密化，從而得到要求的輪廓軌跡，這種「數據密化」即為插補算法。示例性的，該輸出結果輸出保存至加工系統控制處理模塊。
本實施例的技術方案，通過獲取CAD加工軌跡信息，並根據所述加工軌跡信息得到路徑信息，對所述路徑信息中的加工段的連接點的加工速度進行計算，得到所述連接點的速度信息，根據所述路徑信息和所述速度信息進行路徑判斷，將線性路徑進行線性插補算法處理，將曲線路徑進行曲線插補算法處理，並輸出處理結果，解決了在連續加工線段的連接處，由於曲率的不連續性，導致刀具的進料速度波動和振蕩加速，造成伺服電機頻繁啟停,進而加大衝擊與振動,降低加工效率和質量的問題，在滿足加工精度的基礎上，通過合理規劃加工線段連接處的進給速度來保證加工速度的平穩性，從而有效的提高加工速度，減小加工過程中的振動，達到提升加工效率和品質的目的。
在上述技術方案的基礎上，所述線性加工段和所述參數曲線加工段為相互獨立的加工路徑，其中，所述線性加工段和所述參數曲線加工段的起點和終點的加工速度均為0。
在上述技術方案的基礎上，還包括：在對當前加工段進行處理時，根據所述路徑信息和所述速度信息對所述當前加工段中的加工點到終點的路徑進行前瞻，在連接點之間執行切向跟隨插補法。
實施例二
圖3為本發明實施例二提供的柔性材料軌跡加工裝置的結構圖，如圖所示具體包括：
路徑處理模塊(1)，用於獲取CAD加工軌跡信息，並根據所述加工軌跡信息得到路徑信息；示例性的，通過CAD加工圖形信息(4)得到CAD加工軌跡信息。
速度計算模塊(2)，用於對所述路徑信息中的加工段的連接點的加工速度進行計算，得到所述連接點的速度信息。
路徑選擇模塊(3)，用於根據所述路徑信息和所述速度信息進行路徑判斷，將線性路徑進行線性插補算法處理，將曲線路徑進行曲線插補算法處理，並輸出處理結果。具體的，通過路徑判斷單元(31)對路徑進行判斷，若為線性線段則通過線性插補算法執行單元(32)處理，若為B樣曲線則通過曲線插補算法執行單元(33)處理。示例性的，將該處理結果輸出至加工系統控制處理模塊(5)。
本實施例的技術方案，通過獲取CAD加工軌跡信息，並根據所述加工軌跡信息得到路徑信息，對所述路徑信息中的加工段的連接點的加工速度進行計算，得到所述連接點的速度信息，根據所述路徑信息和所述速度信息進行路徑判斷，將線性路徑進行線性插補算法處理，將曲線路徑進行曲線插補算法處理，並輸出處理結果，解決了在連續加工線段的連接處，由於曲率的不連續性，導致刀具的進料速度波動和振蕩加速，造成伺服電機頻繁啟停,進而加大衝擊與振動,降低加工效率和質量的問題，在滿足加工精度的基礎上，通過合理規劃加工線段連接處的進給速度來保證加工速度的平穩性，從而有效的提高加工速度，減小加工過程中的振動，達到提升加工效率和品質的目的。
在上述技術方案的基礎上，所述路徑處理模塊(1)包括：
路徑分類處理單元(11)，用於將所述加工軌跡信息分為線性加工段和參數曲線加工段；
曲線擬合處理單元(12)，用於對所述參數曲線加工段進行B樣條曲線擬合處理；
路徑信息計算單元(13)，用於計算所述線性加工段和參數曲線加工段的長度信息及連接點的夾角信息，並將所述長度信息和夾角信息進行存儲。示例性的，存儲在路徑信息存儲單元(14)中。
在上述技術方案的基礎上，所述線性加工段和所述參數曲線加工段為相互獨立的加工路徑，其中，所述線性加工段和所述參數曲線加工段的起點和終點的加工速度均為0。
在上述技術方案的基礎上，所述速度計算模塊(2)具體用於：
分別計算所述路徑信息中的加工段的連接點的正向速度曲線和反向速度曲線，取所述正向速度曲線和所述反向速度曲線中的速度值中的最小值作為連接點的速度曲線，其中，所述速度計算模塊包括：
前向速度計算單元(21)，用於以加工段的起點為初始點，以預設加速度向所述加工段的終點加速，以所述路徑信息和加工工具機的自身參數為約束，取滿足所述約束條件下的最大速度值為所述連接點的進給速度，得到正向速度曲線；
後向速度計算單元(22)，用於以加工段的終點為初始點，以預設減速度向所述加工段的起點加速，以所述路徑信息和加工工具機的自身參數為約束，取滿足所述約束條件下的最大速度值為所述連接點的進給速度，得到反向速度曲線；
速度信息存儲單元(23)，用於存儲所述正向速度曲線和所述反向速度曲線。
在上述技術方案的基礎上，所述路徑選擇模塊(3)還用於：
在對當前加工段進行處理時，根據所述路徑信息和所述速度信息對所述當前加工段中的加工點到終點的路徑進行前瞻，在連接點之間執行切向跟隨插補法。
上述產品可執行本發明任意實施例所提供的方法，具備執行方法相應的功能模塊和有益效果。
注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限於這裡所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護範圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限於以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的範圍由所附的權利要求範圍決定。