基于新S型速度规划的B样条曲线算法研究

为使基于LinuxCNC开放式焊接机器人系统具有精确轨迹运行和加工自由曲线的能力,提出了新型速度控制算法,并基于该新型速度控制算法完成B样条曲线的数学模型及其插补原理分析,提出了3次B样条曲线瞬时速度插补算法,分析了LinuxCNC的Motion层原理,给出了在LinuxCNC系统中实现B样条曲线算法的设计步骤。实验仿真结果表明:B样条插补算法能在LinuxCNC系统中实现自由曲线的轨迹运行,并在预览界面中显示出较好的曲线行走效果。     

基于隐马尔科夫模型的非球面磨床误差建模与补偿分析

为解决非球面光学元件加工存在的环带波纹误差问题，阐释数控切线回转成形非球面加工的基本原理，解析速度插补原理的数学建模过程，针对速度插补中速度进给的时基性，提出基于隐马尔科夫模型构建速度前瞻预测模型的方案。以实际非球面加工样件建立隐马尔科夫补偿模型，实验结果表明：基于隐马尔科夫模型的速度前瞻补偿技术可以有效实现速度插补中速度补偿，补偿后速度误差残差降至0.949 8，满足非球面数控磨床的加工精度需求。     

微线段插补的高精度算法研究

为了在加工误差允许范围内的情况下,实现轨迹连续加工和保证拐角处的精度,进而使得数控机床的总体加工精度得到有效的提高。在微小线段连续插补算法的基础上进行改进,提出了一种新的插补算法。通过采用"虚三角插补"的方式,在不损失拐点精度的情况下,不仅保证加工速度的连续性,而且大幅度提高加工精度,所提出的高精度微线段插补算法对高性能数控机床的研制具有一定的参考价值。     

基于牛顿迭代法的NURBS曲线插补算法

通过分析数控机床加工中样条曲线插补原理,提出了一种基于牛顿迭代法的非均匀有理B样条(NURBS)曲线插补算法.该算法首先进行速度控制,保证了加工精度,然后利用牛顿迭代法来计算插补参数,避免了传统方法的大量求导运算.通过将二阶泰勒展开式化成简单的线性递推方程来预测插补参数的迭代初值,进一步减小了运算开销.仿真对比实验表明,该算法稳定性好,运算精度高,能够满足实时插补的要求,且能够将实时插补产生的速度波动限制到理想的水平.     

经济型数控机床刀具轨迹控制动态仿真的实现

在数控加工中,通过插补实现对具有直线、圆弧或者更为复杂曲线的零件轮廓的加工.为了增强对数控插补原理的理解和认识,利用Visual Basic(VB)语言编程仿真实现经济型数控机床刀具对不同象限直线、圆弧插补过程的动态仿真,开发了对直线、圆弧插补过程的动态模拟软件.     

非球面磨削抛光机床插补原理解析与速度寻优算法研究

为解决非球面加工中的环带波纹问题,自主研制了非球面磨削抛光机床,阐述控制系统采用的速度插补原理,用数学方法分析了速度插补原理存在的关键问题“进给速度非单调”,用实际运控参量解析了问题产生的根本原因“初速度不匹配致使相邻分段加速度符号相反”。基于遗传学理论提出解决“进给速度非单调”的总体方案,细化了速度寻优算法的运算流程和实施步骤,用实证数据及拟合曲线证明了速度寻优算法解决“进给速度非单调”问题的有效性,并可以快速匹配任意分段的最优初速度,且使加工进程进给速度始终保持单调,有效解决了实际问题,保证在无任何误差补偿下,面型加工精度可达14.130 0 μm,表面粗糙度可达3.330 2 μm。     

数控机床动态轨迹误差仿真与优化研究

在介绍数控机床加工轨迹运动控制原理的基础上,对数控机床动态轨迹误差进行了仿真研究,得出数控机床动态轨迹误差与拟加工曲线的曲率和机床进给速度相关的结论。在待加工的工件几何曲线曲率已定情况下,提出了变进给速度的数控机床动态轨迹误差优化策略,仿真结果表明:该控制策略能够有效地减少机床动态轨迹误差量,提高相关轨迹曲线的加工精度。     

基于三次多项式曲线的轨迹平滑压缩算法

针对由复杂曲线或复杂分量所组成的数控加工轨迹,采用通用的插补算法难以保证其插补精度与插补速度。因此文章在分析了已有插补算法不足的基础上,提出了一种基于三次多项式曲线的轨迹平滑压缩算法,该算法通过判断相邻微小线段之间的转角大小和微小线段的段长,将待加工轨迹划分为连续微小线段加工区和非连续微小线段加工区,并将其转接处的指令点设置为特征指令点。对于连续微小线段加工区,在满足加工精度的条件下,对其进行曲线拟合将折线加工路径转化成平滑曲线加工路径,以达到压缩程序段数目和平滑加工轨迹的目的。实验结果表明,该算法可以有效地提高数控加工的效率和质量。     

数控连续加工中轨迹段间平滑转接方法的研究

为了实现加工轨迹段间高速平滑转接,根据空间矢量理论和机床加工的离散周期特征,提出了一种基于S曲线的矢量转接算法。首先,分析了S曲线和矢量转接算法原理,把相邻轨迹段按照S曲线规律进行插补的位移进行矢量求和,求和的结果作为机床的进给位移,形成转接曲线;然后建立了机床加工精度与转接开始的最大允许速度之间的关系;最后探讨了一种对转接算法进行优化的方法,约束控制转角处的速度v、加速度a、加加速度J。实验证明,该算法在满足加工精度的前提下,能够实现轨迹段间高速平滑的转接,从而提高了加工效率和精度。     

五轴联动数控系统非线性误差的研究与控制

五轴联动数控机床由于两个旋转轴的存在使得插补后获得的刀具轨迹与理论编程轨迹不相等,存在非常大的非线性误差。通过对运动学坐标变换、双摆头五轴联动机床刀具运动原理和插补原理进行分析得出引起非线性误差的原因。介绍一种基于时间分割法的插补算法,通过MATLAB进行仿真实验及参数分析,其结果表明了该算法的有效性。     

基于HPGL的数控裁床加工系统方案设计与实现

为提高数控裁床自动化生产水平,设计一种数控裁床加工系统方案。围绕数控裁床运动速度控制和轨迹插补算法等关键技术点,根据HPGL协议的数据特性,提出数控裁床CNC加工数据生成方法,设计一种基于线段分段的速度控制方法来生成速度列表,并基于微软基础类库MFC开发上位机,实现处理曲线中各线段的运动速度控制的功能。设计将加工插补算法与数据栈相结合的应用方法,并运用STM32F103开发下位机,实现计算各线段的插补步进量并进行轨迹控制的功能。通过样片测试,验证了所设计的数控裁床系统具有用于实际加工的可行性和高效准确性,能有效满足生产需要。     

局部刀具轨迹平滑过渡方法的研究

当三轴机床沿线性轨迹运动时,其速度、加速度以及跃度在过渡点是不连续的,直接影响刀具的运动状态,从而降低曲面的精度。提出一种优化方法,通过在刀尖点相邻的线性位置插入三次B样条,从而获得满足误差限制条件、能够实现在连接点三阶连续的的最优刀具位置点样条曲线。通过该方法,可以使刀具在拐角处圆滑过渡,同时保持速度、加速度连续,避免刀具在拐角处产生接刀痕迹。最后通过一大拐角的实验证明该方法相对于传统的线性插补可以提高产品的加工质量。     

CNC中基于Bezier拟合的Look-Ahead轨迹规划的研究

轨迹规划是CNC系统的重要功能之一。传统CNC在处理连续微小NC程序时,存在诸如机床震颤、工件毛刺、加工效率低等问题。作者提出的Look-Ahead轨迹规划算法能解决上述问题,此算法将NC程序分成3种大路径段,将连续微小路径(CSBs)拟合成Bezier曲线,再进行速度规划和轨迹插补,在此基础上提出Look-Ahead离线插补器的结构。仿真结果表明,该算法能够实现大量微小路径的连续加工。     

Three-dimensional dynamic interpolation using stateline based control architectures

The authors discuss a novel machine tool control architecture and mechanism that allows real-time manipulation of the nominal reference trajectory in three orthogonal directions (tangential, radial and axial). The previously developed UBC open architecture control system and high speed contouring algorithm are used to provide dynamic interpolation functionality in the tangential direction, while an extension to both the architecture and control scheme introduces dynamic interpolation in the orthogonal (radial and axial) directions. This permits the compensation of contouring errors due to both process and system dynamics, while avoiding both process constraint violations and undesirable effects due to system nonlinearities.     

基于De_Boor递推算法的速度自适应NURBS曲线分段插补算法研究

针对现有大多数NURBS曲线插补算法不能同时满足插补精度和机床加减速性能要求的问题,提出一种基于De_Boor递推算法的速度自适应NURBS分段插补算法。通过前瞻预处理完成插补分段和减速点确定,通过速度修正完成减速段最终插补。MATLAB仿真结果表明,该算法能够同时满足插补精度和机床加减速性能要求。     

研磨机研磨运动轨迹分析

研磨是一种利用磨具通过磨料作用于工件表面,进行微量加工的工艺方法.针对某端面研磨机的设计,提出两自由度差动轮系机构的主传动方案,分析工件与研具之间的相对运动.采用Matlab软件进行运动轨迹仿真,结果表明:研磨机中行星齿轮公转转速与自转转速的比值与研磨运动轨迹及研磨质量密切相关,从而为研磨机的产品设计及工况选择提供了理论依据.     

瑕疵刀位点几何特征分析及其对插补指令的影响

由于CAD曲线建模的误差以及CAM算法的精度问题，刀位点中存在着瑕疵。通过对典型加工零件的刀位数据点进行分析，归纳瑕疵的类型，分析瑕疵的几何特征，研究瑕疵对数控插补指令的影响。结果表明：瑕疵类型包括密集、突起、折返、重复加工和相邻不一致；密集瑕疵造成线段长度的减小，突起瑕疵造成转角的增大，折返瑕疵在开始和结束位置造成曲率变化率的增大，重复加工在零件同一位置多次加工，相邻轨迹不一致造成点的分布不均匀；密集、突起、折返瑕疵刀位点造成指令速度的降低，以及重复加工对同一位置的多次加工，影响加工效率，突起、折返瑕疵造成指令加速度和加加速度的波动增大，引起机床振动，相邻轨迹不一致在加工同一特征时速度和加速度不同，影响加工表面质量。     

拖动示教喷涂机器人的设计与优化

针对通用编程示教喷涂机器人编程复杂、不适用于产品快速变更的生产需求的问题,设计了拖动示教喷涂机器人,并对运动数据进行优化。提出机构设计方案,对重要机构的平衡进行了分析与计算。对人工拖动喷涂机器人运动时由于速度不均匀造成的再现轨迹偏差失真问题,提出了动作优化的方法。通过划分优化区域,求运动轨迹的三次样条曲线,插值被代入运算。经实例证明,将优化后的动作数据重新载入拖动示教机器人处理器内,优化后的速度曲线由原来的折线变成了流畅的曲线,使得该机器人运动速度平稳,转动轨迹平滑。     

五轴联动刀轴矢量插补优化算法

目的研究解决五轴联动机床旋转轴角度采用线性插补方式生成的加工轨迹,导致刀具姿态偏离所设计的理想平面,引发刀具姿态误差的问题,减少非线性误差,提高零件表面质量。方法首先对旋转轴角度线性插补方式引发刀具姿态误差的原理进行了分析,提出了一种刀轴矢量插补优化算法。然后在线性插补的基础上,根据提出的刀轴矢量插补优化算法保证首末点间的刀轴插补矢量始终位于首末刀轴矢量所构成的平面内,实现刀具姿态优化,并在MATLAB中对线性插补和矢量插补优化两种方式进行仿真分析,观测出对应方式下刀轴插补矢量的空间位置。最后利用叶片试件在AB型转台摆头类型机床上进行仿真和加工验证,对比两种刀轴矢量插补方式仿真数据。结果在VERICUT同等条件下仿真,刀轴矢量采用线性插补时,叶片进出汽边误差值分别为-0.218 66 mm和-0.312 58 mm;刀轴矢量插补优化后,叶片进出汽边误差值分别为-0.095 46 mm和-0.099 05 mm。刀具姿态经过插补优化算法后,叶片进出汽边的过切值明显降低。结论刀具姿态经过插补优化算法后,叶片过切值的大小和数目明显减少,使得非线性误差明显降低,从而提高了零件表面质量。