不同参数化法对多项式NURBS插值曲线的影响

给出了一种NURBS插值曲线的计算方法——取二次到五次多项式曲线上的11个点作为型值点,分别采用均匀、弦长、向心与修正弦长参数化法求得节点矢量,反算控制顶点,编写Matlab程序重新计算NURBS插值曲线,并经过光顺性分析和逼近误差分析,探究了不同参数化法对生成NURBS插值曲线的影响.结果表明,各参数化法对低次曲线的NURBS插值表现出良好的光顺性和逼近精度;对于高次曲线,在满足逼近精度的条件下,修正弦长法表现出最好的光顺性.     

基于三次NURBS曲线的凸轮轮廓插值方法

本文提出了一个用三次NURBS曲线插值凸轮轮廓的新方法,该方法首先推导出三次NURBS曲线的矩阵形式,然后根据积累弦长参数法确定节点矢量,最后运用MATLAB软件算出凸轮轮廓的控制点及其权因子.     

基于递归特征分析的NURBS曲线插补算法

在分析NURBS曲线公式中基函数递归特征的基础上,提出了一种新的NURBS曲线插补算法。该算法通过前一个参数增量值和前一段插补弦长来确定下一个参数增量值,进而实现对参数的密化。仿真实验结果表明,该算法在改善弦长误差和减小计算量方面优于Taylor展开插补算法。     

直齿锥齿轮齿面的NURBS曲面拟合与误差分析

为提高锥齿轮加工精度,提出数字化滚检新方法。首先对三次NURBS曲线进行研究,推导出解NURBS曲线控制顶点的线性方程组。由曲线过渡到曲面,给出一对直齿锥齿轮参数,利用双三次NURBS曲面拟合齿面,并分析重构齿面过程中型值点、节点矢量、边界条件对拟合精度的影响,最后计算出拟合误差,分析可知误差较小,可以用拟合齿面代替真实齿面。该方法为数字化齿轮设计与制造提供便利。     

三次NURBS曲线的Obrechkoff参数化插值算法

针对工程实践中对复杂曲线曲面零件高精度加工的要求,提出一种基于单步四阶Obrechkoff参数化法的三次非均匀有理B样条(NURBS)曲线的插值算法。该算法通过后向差分代替微分的方法,对Obrechkoff法求解微分方程的参数化插值算法进行了合理的简化,降低了计算复杂度,有效地保证了计算的精度和插值的实时性。考虑参数化算法对插值曲线的光顺性影响,在MATLAB上与累计弦长参数化法和阿当姆斯参数化法进行仿真比较。结果表明,该算法对应的插值曲线平均曲率最小,光顺性最好。     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面重构与误差分析

为建立变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的数字化模型,提出一套基于NURBS的曲线曲面数字化造型方法。利用基于啮合原理推导的齿面方程获得齿面数据点,对这些数据点进行双三次NURBS齿面重构,建立相应齿面的三维参数化模型,最后对参数化模型进行误差分析。基于实例,探究型值点、首末端切矢以及切矢模长的选取对重构齿面拟合误差的影响。重构后的齿面拟合误差在mm的数量级,满足工程使用要求。此三维实体模型构建方法的提出为针对该齿轮的RTCA及LTCA的研究奠定了一定的基础。     

基于速度指令波动的NURBS曲线插补算法研究

由于NURBS曲线的弧长是曲线参数的非解析积分形式,因而曲线弧长的准确参数化是插补计算的关键。通常,基于泰勒展开或曲线弧长多项式拟合的近似求值方法被用于插补计算;然而,截断误差的引入最终会导致速度指令波动,影响数控加工精度。针对具有最小速度指令波动的NURBS曲线插补算法研究,首先提出了曲线参数-弧长的三阶拟合多项式方法;然后以该方法计算结果为初值,并提出了求取精确曲线参数的弦截速度校正方法;最后进行了仿真验证。仿真结果表明,所提出的方法计算量小,提高了曲线参数的计算精度,相比于现有的方法,速度指令波动有很大减小。     

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面重构与误差分析

为建立变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的数字化模型,提出一套基于NURBS的曲线曲面数字化造型方法。利用基于啮合原理推导的齿面方程获得齿面数据点,对这些数据点进行双三次NURBS齿面重构,建立相应齿面的三维参数化模型,最后对参数化模型进行误差分析。基于实例,探究型值点、首末端切矢以及切矢模长的选取对重构齿面拟合误差的影响。重构后的齿面拟合误差在mm的数量级,满足工程使用要求。此三维实体模型构建方法的提出为针对该齿轮的RTCA及LTCA的研究奠定了一定的基础。     

NURBS曲线泰勒展开插补法的平稳性与改进研究

泰勒1阶或2阶级数展开是NURBS曲线迭代插补的常用方法,这种方法会导致弦长误差,从而导致速度波动与运动冲击。为此,分析了泰勒展开插补法的3种误差来源,提出了在1阶泰勒展开法基础上通过界定搜索邻域并采用二分插值搜索方法来精确求取插补点参数的改进方法。该方法充分利用了泰勒展开法的初始精度和NURBS曲线的局部线性特征。试验表明,平均位移相对误差降低至6.46×10-11,且每个插补周期的搜索不多于3次,从而有效抑制了速度波动,实现了高速平稳加工。     

汽轮机静叶片内背弧型线模型构建

汽轮机静叶片装配内背弧型面的加工是汽轮机静叶片关键工序之一。针对汽轮机静叶片装配内背弧型面的型线结构与加工特点,应用NURBS曲线的数学原理和积累弦长法反求型线设计的三要素(控制顶点、节点矢量、权因子),在保证静叶片内背弧型线的参数化设计条件下,使加工的质量和效率不受环境的影响,在满足加工精度和表面粗糙度的同时,通过参数型线法精确构建了静叶片装配内外背弧型线模型,为型线的拟合、拟合型线的算法、拟合型线误差的研究提供理论基础。     

截面测量数据的B样条曲面拟合

针对激光扫描仪测量得到的截面型数据,提出了对截面线重新采样的方法,分析了重采样数据拟合曲线的误差,及平方误差随重采样比例变化的规律,从而通过控制误差来确定重采样数目.构造插值于截面数据点的非均匀B样条,再对其进行相同数目的采样,得到了呈矩形分布的点阵,采用双向平均积累弦长参数化方法确定、方向节点矢量,用插值的方法进行曲面拟合.此种方法不仅避免了对轮廓线进行相容性的处理,而且减少了模型数据量,提高了曲面重构的效率.     

复杂曲面加工中等距双NURBS刀具路径高效插补方法

为降低复杂曲面加工中采用相同节点向量生成等距双非均匀有理B样条(NURBS)刀具路径的插补误差并提升插补实时性,提出一种基于改进协同进化遗传算法及三阶导出Newton型参数计算的双NURBS刀具路径插补方法。基于误差控制选取部分刀具中心点和刀轴点离散数据,并采用同一节点向量构造双NURBS曲线,利用协同进化遗传算法调整刀轴点曲线的权重值,以降低曲线的拟合误差从而提高插补精度。实际插补时,采用三阶导出Newton方法提高插补参数的计算精度,以进一步降低插补误差,减少参数计算时间。仿真实验表明,与其他方法相比,该算法能够有效降低插补误差、提升插补实时性。     

Akima曲线插补中的空间曲线多项式生成方法研究

基于Akima算法计算简便、生成曲线唯一且平滑自然的优点,将其应用于数控机床的曲线插补.通过参数化方法获取参数,再应用Akima算法建立参数与坐标数据的多项式,完成对该插补算法的空间曲线描述.针对参数化方法的选取,通过Matlab仿真实验,比较了累加弦长参数化方法和修正弦长参数化方法对生成Akima曲线的影响,仿真实验结果表明,修正弦长参数化方法相比于累加弦长参数化方法总体上更接近理想曲线,且误差波动小.     

基于Foley参数法反算三次NURBS曲线的算法研究

非均匀有理B样条(NURBS)方法已成为定义工业产品几何形状的唯一数学描述方法.工程实践中,常需要通过曲线已知的一批型值点反算曲线.针对三次NURBS曲线反算问题,采用矩阵形式来表示三次NURBS曲线,由已知的型值点及其权因子,利用Foley参数法确定节点矢量,并推导出以抛物条件即贝塞尔条件作为边界条件构造附加方程,反算出三次NURBS曲线的控制点及其权因子.曲线拟合结果表明,该方法生成的插值曲线具有良好的光滑性,很好地适用于工程实践.     

基于弧长参数的Akima刀位轨迹拟合算法研究

在数控加工中,通常用小线段表达刀位轨迹,往往会导致刀位点庞大且轨迹不平滑。基于Akima曲线具有光顺连接且端点连接处保证G1以上连续等特点,将刀位点拟合成Akima样条曲线,提出了基于弧长参数的保凸Akima拟合刀位轨迹算法。该算法分为刀位点搜索和拟合两个阶段：首先利用拟合刀位轨迹的误差测试（双弦误差测试和弦切误差测试）约束,获得该段的首末刀位点;然后在该段内根据首末刀位点计算切线矢量,用弧长信息对刀位点参数化,生成一段Akima样条。利用UG软件生成了内含75个刀位点的鞋底模型,通过MATLAB编程和仿真实验,设置不同测试阈值,对比了弧长参数化Akima曲线与节点参数化Akima曲线、NURBS曲线之间的拟合效果,验证了算法的有效性。     

腰轮转子建模与高速高精度加工研究与分析

建立了腰轮转子数字化实体模型;提出了在腰轮转子加工制造过程中,采用三次NURBS样条曲线插补替代通常的微直线拟合插补;研究了腰轮转子摆线段三次NURBS曲线插补算法;为了解决NURBS曲线自适应速度控制存在的速度冲击问题,采用S曲线加减速控制策略重新规划进给速度;应用MATLAB软件模拟摆线段三次NURBS样条曲线插补算法并与微直线拟合插补算法进行了比较;最后在数控机床上对三次NURBS样条曲线插补算法进行了数控加工验证并与微直线拟合插补算法进行了比较,结果证明NURBS样条曲线插补算法具有更快的速度和更高的精度。     

辛普森积分法在双NURBS曲线随动插补中的应用

提出一种精确计算插补步长的双NURBS曲线随动插补算法。首先由曲面数控加工的离散刀位数据分别拟合出刀尖点和刀轴点NURBS曲线,并建立两条曲线插补参数间的随动关系模型;然后采用辛普森积分法计算出曲线的总弧长,进行插补运动的加减速规划;再以刀尖点NURBS曲线为基准确定插补参数,采用辛普森法确定各插补周期的进给步长及插补点坐标;最后依据随动关系模型获得刀轴点NURBS曲线对应的插补参数,完成曲面加工刀路规划的刀具位姿插补。仿真实验表明,与同一参数插补法相比,参数随动法可以获得更加稳定的等距效果,便于实时控制插补过程中的刀轴位置和姿态。     

高速数控加工中NURBS曲线拟合及插补技术的研究

通过分析现代数控系统中自由曲面插补算法的特点,提出了基于最小二乘法的NURBS曲线拟合算法和基于弧长参数补偿的NURBS插补技术。采用最小二乘法拟合NURBS曲线,能获得光滑的刀具加工路径,并且在一定范围内能复原曲线的设计轮廓。参数补偿的NURBS插补方法,以泰勒展开法得到的插补参数作为临时插补点,利用该插补法能显著减小速度波动,可将速度控制在理想的范围内,可进一步提高加工精度并减小数控机床的振动。仿真实验表明：该算法简明高效、易于实现,能够满足现代数控系统的要求。     

基于NURBS曲线的凸轮廓线表达方法的研究及应用

为了使不同的凸轮廓线具有统一的表达形式,并保证凸轮廓线的光顺性,采用NURBS曲线来逼近凸轮廓线,并结合最小二乘法构建了NURBS曲线的目标函数,建立了基于NURBS曲线的凸轮廓线表达模型。将该模型用于步行式插秧机共轭凸轮推秧装置中共轭凸轮廓线的表达,拟合得到的凸轮廓线曲率变化均匀。与传统的拟合方法对比发现,用NURBS曲线拟合后得到的凸轮廓线曲率变化均匀、 误差小,需要的型值点少,从而表明采用NURBS曲线表达凸轮廓线具有明显的优势。     

三次NURBS样条曲线插补加工螺旋转子建模与加工研究

提出在螺旋转子加工制造过程中,采用三次NURBS样条曲线插补替代通常的微直线段插补;建立了螺旋转子端面摆线段三次NURBS样条曲线方程.在Pro/E软件上比较了三次样条插补曲线和理论摆线之间的精度误差.最后通过在立式加工中心上比较了采用三次NURBS样条插补和采用微直线段插补的加工精度和加工效率,采用三次NURBS样条插补加工取得了理想的效果.