基于ISO14649的NURBS曲线插补技术的研究

在分析曲线插补原理的基础上,用最新的国际标准来表达曲线。以非均匀有理B样条为工具,利用NURBS强大的造型功能表示组合曲线,提出一种基于STEP—NC的非均匀有理B样条曲线插补方法。最后引入误差的控制,通过限定误差的大小来自动调节插补步长的大小,从而调节插补的速度,以达到高速高精度组合曲面加工的目的。     

基STEP-NC的NURBS曲面插补技术的研究

为提高曲面的加工效率和精度,提出了一种基于STEP-NC的非均匀有理B样条曲面加工方法.基于STEP-NC的数控系统能够直接处理包括完整的非均匀有理B样条曲面几何信息和加工工艺信息的STEP-NC程序.详细讨论了非均匀有理B样条曲面插补算法的实现,并通过仿真试验,验证了该方法的有效性.     

非均匀有理B样条曲面五轴加工数控指令的构建与处理

为了将非均匀有理B样条曲面的几何信息和工艺信息完整地传输到计算机数字控制系统中,提出了一种新的非均匀有理B样条曲面,直接插补G指令与加工信息的传输和处理机制.解决了传统的非均匀有理B样条曲面加工方法中将曲面离散成曲线时,丢失待加工曲面与刀具接触点的法向信息和刀具轨迹切向信息的问题,有助于在计算机数字控制中实现在线三维刀具补偿和智能控制.仿真结果证实了这种方法的有效性和准确性.     

基于非均匀有理B样条插值及等残留高度法的光学自由曲面刀具轨迹规划

鉴于光学自由曲面存在非回转对称、不规则、难以用统一数学方程式描述的特点,提出了基于非均匀有理B样条插值理论的光学自由曲面构造方法。在此基础上,将传统等残留高度法与非均匀有理B样条插值方法相结合,得到一种改良的光学自由曲面加工刀具轨迹规划方法。     

面向五轴加工的等距双NURBS刀具路径同步插补方法

针对由离散刀位点数据生成的五轴加工等距非均匀有理B样条曲线刀具路径中两条非均匀有理B样条曲线参数不同步的问题,建立了一种等距双非均匀有理B样条曲线参数的同步模型,实现等距双非均匀有理B样条曲线刀具路径插补过程中两条非均匀有理B样条曲线参数的同步运动。将三轴非均匀有理B样条曲线插补算法应用于五轴加工等距双非均匀有理B样条曲线刀具路径中的刀具中心点非均匀有理B样条曲线,根据参数同步模型将插补算法同步到刀轴点非均匀有理B样条曲线中。仿真表明,采用该算法能够使刀具始终沿着等距双非均匀有理B样条曲线刀路进行同步插补,参数同步插补精度主要集中在10-6 mm级数上,适用于复杂曲面的五轴加工。     

高精度数控机床非均匀有理B样条曲线插补控制研究

在复杂曲面数控加工中,经常应用非均匀有理B样条曲线。介绍了非均匀有理B样条曲线插补原理,分析了传统非均匀有理B样条曲线插补方法,即泰勒展开法,确认泰勒展开法在计算精度和时效性等方面存在不足。针对泰勒展开法存在的不足,提出采用割线法进行非均匀有理B样条曲线插补。介绍了割线法插补原理,分析了迭代运算初值及终止判定问题。通过对比确认,割线法求解时间短,精度较高,可以满足高精度数控机床非均匀有理B样条曲线的插补控制要求。     

基于速度平滑控制的高效非均匀有理B样条曲线插补算法

为提高曲面加工的质量和效率,提出了一种基于冗余误差和速度平滑控制的非均匀有理B样条曲线插补算法.该算法先按照曲率大小将非均匀有理B样条曲线分段,再根据数控机床最大加速度调整分段.消除了曲率突变对加工的负面影响.同时为每个分段分别设置合适的编程进给速度,提高了加工效率.最后提出两段速度平滑控制方法,使速度过渡更为平滑.模拟试验证明了该算法的有效性.     

圆柱螺旋线的NURBS逼近表示

针对圆柱螺旋线不能用多项式或有理多项式精确表达的缺陷,提出一种二次非均匀有理B样条逼近算法.通过组合平面圆弧和轴向二次非均匀有理B样条直线构成初始非均匀B样条螺旋曲线;为了减小逼近误差,根据权因子影响非均匀有理B样条曲线形状的特性,提出了修正de Boor细分算法中新控制点轴向坐标的逼近细分算法.实例表明,该逼近算法不仅简单,而且能够稳定地逼近原曲线以满足给定的误差要求,并且为构造非均匀有理B样条螺旋曲面和螺旋体提供了数据.     

基于STEP的异型螺杆数控加工技术

为了适应异型螺杆集成制造技术的发展趋势,研究了螺旋面的STEP数据模型和内旋风铣削技术,提出一种基于STEP的异型螺杆数控加工方法。研究了螺旋面的STEP数据模型和几何信息的提取方法;给出了利用非均匀有理B样条模型获取螺旋面参数的方法;研究了螺旋面的内旋风包络铣削加工工艺及其刀轨计算方法;针对异型螺杆设计了一种计算机辅助制造系统,该系统包括STEP文件读取分析、特征识别、刀轨计算、刀轨验证、后处理等模块,实现了异型螺杆的设计系统与数控加工系统之间的有效集成。该系统的主要功能已实现并在实际加工中获得了验证。     

基于NURBS曲线拟合的刀具路径优化方法

为解决复杂曲面高速、高精度加工中由于微小直线段链逼近自由曲线产生的刀具路径不连续问题,提出一种基于非均匀有理B样条曲线拟合的刀具路径优化方法.在该方法中,通过分析刀具路径的几何特征鉴别需要平滑的连续直线段链,对其分段进行基于最小二乘法的非均匀有理B样条曲线拟合优化,并设置相邻段连接点处的边界平滑条件,还原刀具路径应有的连续性.拟合算法采用特征点搜索法设定曲线参数,通过误差控制的曲线节点向量和控制顶点调整保证拟合曲线精度.实验表明,经过该算法拟合优化后的刀具路径具有良好的平滑性,显著提高了曲面加工的精度和效率.     

基于STEP-NC的NURBS曲面插补方法研究

讨论了旧的数控编程接口标准ISO6983的缺点,研究了基于新数控编程接口标准STEP-NC的数控系统中的NURBS曲面插补技术.介绍了STEP-NC标准中关于NURBS曲面的描述,详细讨论了NURBS插补原理,插补预处理,NURBS曲面加工路径规划和实时插补轨迹生成算法,并给出了实例和仿真结果.NURBS曲面插补技术的研究为进一步研究STEP-NC数控系统奠定基础.     

基于STEP-NC的NURBS曲线插补技术研究

文章详细讨论了旧的数控编程接口标准ISO6983的缺点,研究了基于新数控编程接口标准STEP-NC的数控系统中的NURBS插补技术.详细讨论了NURBS插补算法,并进行了误差分析.STEP-NC数控系统能够直接处理由NURBS表示的几何信息和加工工艺信息,通过采用STEP-NC新数控编程接口,确保零件的NURBS曲线曲面几何信息和加工信息完整的输入到数控系统.NURBS插补程序量少,速度快,精度高,有利于提高生产率和改善产品质量.NURBS插补技术的研究为进一步研究STEP-NC数控系统奠定了基础.     

STEP-NC控制器及其刀轨规划方法研究

为实现产品模型数据交换标准-数控程序在传统数控机床上的应用，提出了产品模型数据交换标准-数控程序的刀轨规划方法。首先，概述了产品模型数据交换标准-数控程序控制器的类型及其3大核心功能模块，分析和研究了刀轨规划过程中坐标系转换问题，给出了利用产品模型数据交换标准-数控程序实体索引映射表规划加工特征刀轨的方法和步骤，着重分析了平面和型腔两个加工特征的加工策略，并基于上述方法给出了具体的规划方法流程图。最后，结合一个基于平面、孔和型腔3个加工特征的产品模型数据交换标准-数控程序实例，将所规划出的G代码程序在配备开放式数控系统HITCNC的3轴数控铣床上进行实际加工，实验结果证明，该刀轨规划方法是正确可行的，并具有一定的通用性。     

STEP-NC译码器及其关键技术

为实现与产品模型数据交换标准兼容的数控数据接口在数控系统中的应用,开发了STEP-NC译码器.阐述了译码器的工作原理,将译码器按照逻辑关系分为六个功能模块,介绍了各个模块的功能和实现方法.详细论述了STEP-NC译码器实现中的三项关键技术:类库设计、刀轨规划参数读取方法和STEP-NC坐标系转换.最后,结合一个STEP-NC程序实例,利用所开发的STEP-NC译码器,规划出该程序实例的完整刀具轨迹,通过STEP-NC铣削仿真系统对刀具轨迹及零件模型进行切削仿真.仿真结果表明,所开发的STEP-NC译码器是正确可行的.     

大型旋转曲面表面涂层仿形加工方法

针对航天领域中某大型易变形薄壁工件旋转曲面表面的涂层仿形加工问题,提出一种高效的实时加工方法。将距离传感器安装于刀具前方一定角度处,加工时,传感器先检测金属曲面外形数据,以测量的离散数据点计算刀具进给轨迹进而控制刀具进给,从而实现高效率的涂层加工,解决易变形薄壁工件表面涂层的仿形加工难题。在实时加工点到达测量点的时间段内,系统完成数据采集、数据处理和刀具轨迹计算。为提高运算实时性,提出对NURBS曲线进行近似拟合的轨迹快速生成方法,以拟合误差为依据将轨迹分成NURBS曲线段和折线段,在误差大的拟合点以直线段连接。最后,通过加工实验证明该加工方法高效、实用。     

A Novel Method of Efficient Machining Error Compensation Based on NURBS Surface Control Points Reconstruction

A novel method to improve the efficiency of error compensation in free-form surface machining based on the Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) surface control points reconstruction is proposed in this article. With the presented method, a relatively small number of inspection points are needed to be measured for error compensation. The machined surface is obtained by reconstructing the control points of the designed surface based on the on-machine measurement data. The machining error of the surface is obtained by calculating the difference between the machined surface and the designed one. Then a compensate surface is achieved using the mirror symmetry model and surface modification method to compensate the machining error. Experimental validation for the milling of a NURBS surface shows that the machining accuracy of the surface is improved by 62.57% through use of the proposed method.     

A novel CNC system for turning operations based on a high-level data model

The research work documented in this paper is divided into two parts. In the first part, a generic infrastructure for implementing STEP-NC data models is proposed. The infrastructure illustrates a bidirectional data flow of three different data forms: STEP-NC data, machine specific language, and low-level machine actuation signals. The proposed method utilizes the concepts of modularity and database to harmonize and group machining processes and to manage machining activities. The second part reports on the development of a computer numerical control (CNC) lathe that interprets STEP-NC data into low-level machining instructions. This process was achieved through the development of a software package that can process STEP-NC data and provide an interface with a retrofitted CNC lathe. Tool path information is generated and executed “on-fly” with feedback handled. This new CNC system illustrates the benefits of a novel generation of CNC machine tools that have the capability of being driven by a high-level data model.     

STEP-NC数控加工程序信息提取系统的研究

首先分析了STEP-NC数据模型和加工程序结构.参照标准数据存取接口迟联编思想,给出信息提取系统的结构模型,具体解释了模型中的模型实体创建、词法分析、实体实例匹配,以及特征重构和信息分类模块的原理和实现方法,基于上述方法,实现了对STEP-NC数控加工程序信息提取的实验原型系统.通过实例证明了该系统的有效性.     

NURBS interpolation based on exponential smoothing forecasting

To meet the requirement of exploring a new generation of CNC systems based on STEP-NC, NURBS interpolation has been studied. In contrast to existing NURBS interpolation based on the Taylor’s expansion, this paper proposes a new method for NURBS interpolation which is based on exponential smoothing forecasting. The new method is very simple; it decreases the computational load observably, and speed and precision control are also achieved. This paper presents relative formulas and main computational processes, including speed and precision control, computation of real-time mapping, computation of real-time track, etc. The simulation results indicate that the method is feasible and has high-precision and better real-time performance, which is sufficient for the STEP-NC system.     

基于STEP-NC标准的数控技术发展现状及趋势

分析ISO6983目前存在的缺点,通过对ISO6983与STEP-NC标准的比较,引出STEP-NC的概念,并简述STEP-NC的数据模型。主要对STEP-NC研究现状的几个方面进行了较为详细的分析:对于STEP-NC数控程序的生成,并给出生成流程图;对STEP-NC文件进行解释,即STEP-NC解释器极其功能;对STEP-NC控制器的研究状况及内容;以及基于STEP-NC标准的NURBS曲面插补等。最后总结了STEP-NC数控加工方式具有优异的开放性、智能性、网络化特征,基于STEP-NC标准的数控系统必将成为开放式数控系统的主要发展趋势,对于提高我国数控水平乃至全面提高自动化制造水平具有重要意义。