NURBS插补中的速度规划与参数计算

为满足数控机床高速度、高质量加工的需求,提出一种新的非均匀有理B样条曲线插补算法。该算法包括速度规划和参数计算两部分。速度规划部分采用五段S曲线加减速控制方法,能够保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生激烈的震颤;参数计算部分应用抛物线插值结合牛顿迭代的方法计算插补参数,将实时插补时产生的进给速度波动控制到理想水平,从而进一步减小机床震颤。仿真实验表明,该算法能够减小机床振动,实现高质量加工。     

可配置型五坐标B样条插补控制器的研制

针对采用五轴联动数控机床的线性插补功能进行数控加工存在的不足,提出了一种B样条插补控制策略用于五轴联动数控机床以实现复杂曲面零部件的高速高精数控加工。参考开放式、模块化体系结构控制器(OMAC)标准,开发了具有B样条插补功能的五轴联动数控机床运动控制器。该控制器将控制任务按照实时性要求进行划分。人机交互、代码解析及参数映射关系构造等过程离线完成,插补运算、离散逻辑控制及逆运动学变换等过程由实时线程执行,保证了数控系统的硬实时性。为简化NC程序的编制过程,控制器设计为接收工件坐标系下的加工信息。通过开发适应各种形式数控机床的逆运动学变换模块,并将机床参数设计为可用户定制,使得控制器具有良好的通用性。在控制器内部建立NC程序文件中位置曲线和方位曲线间的参数映射关系,使得机床平动轴与转动轴间的运动规划符合实际加工要求,并可保证加工精度。实际加工实验中,在采用B样条插补算法的NC程序量降低为线性插补NC程序量15%倍时,其插补误差为线性插补误差的45%,控制器插补精度为0.68,表明该B样条插补控制器可以满足五坐标数控加工的要求。     

基于加工刀位直接插补的机床坐标逆向计算方法

针对五轴数控加工中G01插补指令存在非线性刀具摆动误差的问题,提出了一种基于五轴加工刀位直接生成的五轴G01插补控制方法,同时以双转台类型的五轴数控机床为例,建立了由参考坐标系到工件坐标系之间的中间坐标系,基于对各坐标系运动情况的分析,最终得到了由参考坐标系到工件坐标系的坐标变换矩阵。具体插补控制时,将上述插补计算出的刀位逆向计算出机床坐标,从而实现对机床运行的G01轨迹的控制,可有效降低五轴数控机床的非线性误差。     

数控加工中基于自由曲面表面特性的刀具路径安排

目前CNC上的轨迹控制功能仍主要是直线和圆弧插补,因此当加工自由曲面时,大多只能采用直线或圆弧逼近算法来对曲线进行逼近处理。针对数控加工的实际需求,现在数控系统技术人员对数控机床插补器进行研究并开发出了许多曲线和曲面插补功能。基于曲线插补,在保持进给速度尽可能恒定的条件下,对刀位路径和刀位速度进行离线的曲线拟合,以便于得到用于数控加工的刀位文件。这种方法能有效解决进给速度的波动问题,并能有效压缩刀位文件。为此,提出几种算法来拟合刀位路径和刀位速度轮廓曲线。曲线和曲面插补在数控代码数据量和逼近误差方面都有较大的改善。     

基于TMS320F2812的三次B样条曲线实时插补

为提高数控系统实时插补的准确性、加工速度和加工精度,采用在每个插补周期中保持进给速度不变的三次B样条曲线参变量非均匀变化实时插补算法.利用数字信号处理器(DSP)进行三次B样条曲线实时插补,可缩短插补计算时间;通过设定DSP的定时器中断来实现各轴控制脉冲的发送,可实现最大限度地减少折线状的插补轨迹的目的.结果表明,该算法能使所有的插补点都在理论曲线上,可以保证运动控制系统的高速高精度要求.     

运动控制系统中NURBS曲线变步长实时插补算法的研究

提出一种基于变步长算法的NURBS曲线实时插补算法,在曲率比较大的曲线段实现高精度插补,在曲率比较小的曲线段实现快速插补,减少计算量,从而满足高速度和高精度的实时插补加工任务。     

五轴数控系统旋转轴快速平滑插补控制策略

在五轴联动加工中,刀轴矢量与旋转轴运动坐标之间存在非线性关系,刀轴矢量的平滑过渡不能保证旋转轴的平滑运动,尤其是当刀轴矢量接近机构奇异点时会引起旋转轴的剧烈震动,导致伺服报警,甚至损伤机床部件.通过分析旋转轴线性插补和矢量插补过程中刀具姿态的变化情况,抽象出刀具姿态误差模型.根据加工允许的刀具姿态误差,在矢量插值段中插入线性插值段,防止靠近奇异点处产生的旋转轴急速转动.结合指令行程和旋转轴性能进行旋转轴插补速度钳制,使用三次样条曲线对矢量插值段和线性插值段进行平滑连接,保证整个插补过程中速度的连续平滑.试验结果表明,本策略可以在满足刀姿误差要求的同时,实现旋转轴的快速平滑插补,并且已经应用于某航空结构件的批量加工生产中.     

高档数控机床B样条曲线高速实时插补研究

为了解决高档数控机床在B样条曲线加工时存在插补计算量大、型值点确定比较麻烦、控制精度不高等问题,提出了一种B样条曲线高速实时插补的方法。经具体实例在MATLAB 7.0上仿真,结果表明插补误差明显减小、控制精度显著提高,满足高速、高精度实时插补的要求。对应用该插补算法解决B样条曲线插补等问题具有重要的现实意义。     

NURBS插补算法在自由曲线插补中的研究与应用

针对数控机床加工中的高速、高精度、自动控制要求,在研究NURBS曲线特点的基础上,运用三阶NURBS曲线实现对自由曲线的插补运算,通过改进的四阶阿当姆斯微分方程预估插补中的曲线参数,实现数据点密化。插补中实时监控轮廓误差,调整加工步长,满足插补过程的精度要求。在Matlab下的仿真实验表明该算法运算量小,精度高,可以满足插补中实时性的要求。     

三次B样条曲线恒速进给实时插补算法的研究

基于时间分割和曲线矢量表示,推导出三次Ｂ样条曲线参数非均匀分割的实时插补算法。该算法不仅使插补动点位于曲线上,而且参数域的非均匀分使实时插补过程中插补速度保持恒定。实时插补一方面大大减少ＣＡＤ系统与ＣＮＣ数控系统间的几何信息传递,有效缓和零件快速、高精密加工与通讯加载间的冲突,另一方面插补速度波动轮廓误差比传统ＣＡＤ插补算法和参数的均匀分插补算法均小得多。     

五轴微段平滑插补算法

在五轴加工编程中,计算机辅助制造系统对曲面加工通常采用以折代曲,采用大量的微小G01直线段来加工曲面,在曲率半径较大的工件表面会出现明显折痕,严重影响工件表面的加工质量。为提高五轴数控加工工件的表面质量,提出一种五轴微段平滑插补算法。该算法考虑五轴加工中刀位数据的量纲差异,根据相邻数据点间的线性轴长度、线性轴的夹角和旋转轴角度变化量识别五轴数控加工程序中非连续微段和连续微段加工区域。对非连续微段加工区域按照原始直线段和旋转轴直接插补,从而保证加工精度。对连续微段加工区域,先通过五维变量获取节点参数,采用最小二乘法对指令点在允许的精度范围内进行修正;对修正后的指令点采用4点构造法计算二阶切矢,根据连续微段的指令点修正值,节点参数值和对应的二阶切矢值获取二阶连续的三次样条曲线;在二阶连续平滑的曲线上进行实时插补计算,控制机床进行五轴加工。试验结果表明:通过提出的五轴微段平滑压缩算法拟合后的路径要更加接近原始的曲面模型,平滑处理过的实际工件加工表面也要优于未进行处理的工件加工表面,提高了五轴自由曲面的表面质量。     

探究机械数控机床位置控制与误差补偿

对于数控机床来讲,具有较高智能性,然而在生产实践中部分数控机床,尤其在经济型机床方面,并不能够让人满意,比如插补程序以及参考点位置设置不足等.对此,本文阐述了数控机床的误差补偿必要性、介绍了数控机床的位置控制精度以及误差,介绍了机床位置的误差补偿,并比较了误差补偿应用情况,希望能够为相关单位与人员提供参考.     

采用NURBS插补的G代码解释器设计

国产数控机床常利用小段直线插补逼近曲线模型,造成G代码冗长、对机械设备损伤大等问题,严重制约着数控技术的长远发展.非均匀有理B样条(NURBS)是一种优秀的插补技术,是计算机数控的一项支撑性技术.通过在实时Linux操作环境下对开放操作平台EMC2的G代码解释器重新编译,使其集成NURBS插补功能.实验证明:此解释器能直接构造曲线模型,具有良好的稳定性能.     

NURBS曲线实时插补进给速度控制的研究

数控技术标志着现代制造业的核心,数控插补模块是数控技术中最为重要的模块之一。NURBS曲线是自由曲线的一种,由于其NURBS曲线的诸多优越性,使其能够很好的应用到数控领域中。NURBS曲线插补及加减速控制的精度和速度是CNC系统的重要指标。通过分析NURBS曲线的插补原理,提出了基于Taylor展开公式逼近NURBS样条参数。同时考虑速度波动于曲率的关系,弦误差与插补周期的关系,根据弓高误差调节进给速度,能够将进给速度波动控制在理想水平。     

三次B样条曲线数据采样插补器的研究

针对复杂轮廓零件数控加工的实际需求，基于数据采样插补原理，提出 了一种改进的三次B样条曲线插补器。利用此B样条曲线插补器进行数控加工，能够保证在整个加工过程中加工效率和加工质量的一致性，三次B样条曲线插补技术的实现将大大提高曲线，曲面零件数控加工的效率和加工质量。     

数控系统的实时插补及加减速控制

为满足数控系统的高速度、高精度、高效率和高可靠性,本数控系统采用了快速插补运算技术,以提高直线、圆弧插补运算性能,实现复杂曲面零件微小区段的逼近,并在插补前采用加减速控制,使加工轮廓误差减至最小。     

非圆曲线的逼近法数控加工

以椭圆形零件的数控加工为例,阐述了逼近法在非圆曲线形零件数控加工中的应用。由于一般数控机床的编程代码只具有直线插补和圆弧插补功能,因此对于非圆曲线的数控加工大多采用小段直线或小段圆弧去逼近轮廓曲线,完成数控编程。     

自动调节进给速度的NURBS插补算法的研究与实现

现代计算机数控系统中已经普遍使用非均匀有理B样条插补,但大多数非均匀有理B样条插补算法都致力于取得恒定的进给速度而不是轮廓精度。对此,提出了一种限定弓高误差的自动调节进给速度的空间非均匀有理B样条曲线插补算法,它在通常加工时,是泰勒展开式2阶近似插补,而在小曲率半径零件的高速加工时,可以根据曲率半径和限定的弓高误差自动地调整进给速度,保证了轮廓加工精度。加工实例证实了这种插补算法的实时性和实际应用的可行性。     

基于环形补偿参数曲线插补算法

对于数控加工中参数曲线的加工,提出了一种新的插补算法,该算法利用泰勒展开对曲线方程进行重构,引入误差补偿思想,对插补过程中产生的误差反复补偿,从而满足目标要求,通过仿真和实际切削实验,表明该算法简单实用、通用性强、算法精度高,能够保证参数曲线的光滑性,有利于提高参数曲线加工质量和加工效率.