一种三次均匀B样条曲线的轨迹规划方法

针对复杂曲线的数控加工,提出一种新的插补方法。首先采用一种三次B样条曲线的重叠拼接算法实时地对复杂曲线进行拟合,进而综合弓高误差、速度和加速度等因素,给出具有自适应调整能力的插补步长确定算法,该算法在提高轮廓加工精度的同时,可减小加工过程中的冲击。最后,对插补周期内节点的轨迹进行了规划,以确保运动轨迹满足速度、加速度以及加加速度的平滑约束条件。仿真实验结果表明,该方法在实时插补过程中,可以保证复杂曲线插补加工的高速与高精度,且具有很好的速度、加速度以及加加速度平滑性。     

三次多项式型微段高速加工速度规划算法研究

为满足高速数控加工的要求,提出了一种三次多项式加减速控制模型.该模型能保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生大的冲击.针对连续微段的高速加工,建立了满足最大速度、最大加速度、几何运动轨迹及长度约束条件下的轨迹速度规划策略,并给出三次多项式型速度规划算法的实现流程图.试验结果表明,该算法能实现连续微段间进给速度的高速衔接,大大缩短加工时间并提高加工效率.该算法已成功应用于多坐标数控高速微细加工系统中.     

NURBS曲线高速高精度插补及加减速控制方法研究

为满足非均匀有理B样条曲线高速高精度插补加工的需要,针对目前参数曲线插补加减速控制方法的不足,提出了一种新的控制方法.该方法考虑了高速高精度加工中容易超限的弓高误差和机床所能承受的法向加速度等因素,使进给速度既符合加减速的要求,又能随曲线曲率自适应调整,因而可在提高轮廓加工精度同时,显著地减小加工过程对机床的冲击.同时,采取了改进、简化算法,实现了快速、实时自适应的非均匀有理B样条曲线插补的加减速控制.实例表明,该方法在实时插补过程中,满足了速度和加减速的要求,保证了插补加工的高速与高精度,且实现了速度的平滑过渡.     

面向连续短线段高速加工的圆弧转接前瞻控制算法

针对连续短线段高速加工中速度和加速度突变会引起机床运动不平稳的问题,提出在相邻线段间构建满足精度且曲率连续的NURBS圆弧过渡路径,以实现拐角平滑转接的方法。在此基础上,提出一种圆弧过渡前瞻控制算法,采用7段和5段混合的双向S形加减速控制算法进行速度规划,旨在满足弦高误差和机床动力学条件下获得最大转接速度,避免电机频繁启停,实现速度、加速度的连续高速平滑转接,大大减少了对机床的冲击。算例表明,该算法能获得更高更平稳的转接速度,可有效提高加工效率和加工质量,满足高速加工的需求。     

基于跳度约束的连续短线段高速加工运动学平滑算法

针对连续短线段刀具路径加工过程中,机床进给轴速度和加速度突变引起刀具振动,影响加工质量等问题,提出适用于高速、高精数控机床的新型运动学平滑算法。对连续短线段刀具路径,利用跳度约束加速度曲线,对其附加速度、加速度、位移边界条件,并结合最大轮廓误差和驱动器的运动学限制,推导出拐角处的最佳转接速度和短线段路径的最大进给速度,实现进给轴速度和加速度平滑转接。通过实验对比直线型加减速算法验证分析表明,在加工具有29个拐角的连续短线段刀具路径时,加工时间减少了11%,刀具路径达到G3连续,速度曲线达到G2连续,加速度曲线达到G1连续,有效减少了刀具振动,提高了加工质量。     

综合多约束条件优化连续轨迹前瞻算法

针对现有连续轨迹插补算法在加工过程中会出现法向加速度和轨迹误差超限现象,导致加工效率及加工精度低等问题。为此,提出一种基于综合多约束条件(Comprehensive multi-constraints, CMC)和前瞻技术的优化连续轨迹前瞻算法。该算法先用弓高误差和法向加速度作为约束限制圆弧加工的最大进给速度;综合运动矢量关系、系统动力学性能和轨迹段长等约束条件,计算获得最优的轨迹段间衔接点速度;根据速度前瞻控制与非对称S曲线加减速控制实现对轨迹段间衔接进给速度的平滑处理。试验验证结果表明,所提出的前瞻插补算法输出的法向加速度和轨迹误差不超过系统给定的最大值、合速度平滑过渡、运动轴速度不存在突变,且全程范围内插补输出的轨迹误差最大值小于系统给定的最大弓高误差值;在保证加工效率的同时,提高加工平滑性及加工精度。     

基于FIR滤波的拐角轮廓误差精确插补算法

在加工短线段时,可以采用高阶样条曲线进行插补来平滑拐角,使得机床在加工路径的拐角处实现连续不间断进给运动,但无法精确控制拐角轮廓误差.针对该问题,进行基于有限脉冲响应(FIR)滤波的拐角轮廓误差精确插补算法研究.利用FIR滤波器,对速度和加速度滤波进行三次滤波,生成平滑的高阶参考轨迹,通过调节进给脉冲的重叠时间,精确控制拐角轮廓误差.通过与点对点插补算法实验进行对比分析,结果表明基于FIR滤波控制连续拐角轮廓误差的插补算法加工时间相比传统点对点插补算法减少8.4％,加工质量得到了提高.     

高速高精度数控加工中NURBS曲线插补的研究

针对复杂型面零件的高速高精度加工需要，深入研究了NURBS曲线直接插补方法。提出一种新的加减速控制方法，在提高轮廓精度的同时极大地减小了切削加工对机床造成的冲击；结合轮廓误差限、最大向心加速度的约束，自适应地控制进给速度的变化。对NURBS曲线插补算法进行了研究。并用C＋＋Builder5编程实现。插补实例表明该算法能保证高速、高精度。     

基于S型加减速的自适应前瞻NURBS曲线插补算法

为实现加工过程中进给速度和加速度的平滑过渡,减小其突变时对机床的冲击,更好地保证加工精度,提出一种基于S型加减速的前瞻自适应非均匀有理B样条曲线插补算法.该算法根据弓高误差的要求,确定出各插补点的自适应进给速度及位置参数,然后找出速度改变点及其等速区间.为避免相邻速度改变点间加减速过程的互相影响,分别在插补前瞻距离和预前瞻距离内,根据设备允许的最大加速度、加加速度以及S型加减速算法对各速度改变点参数进行分析,筛选出决定加减速过程的关键点,再进行S型加减速控制,使进给速度和加速度得以平滑过渡,从而满足机床加减速能力的要求.仿真结果表明,该算法能够满足高速高精度的要求,验证了其可行性.     

三次S曲线加减速算法研究

针对直线加减速和指数加减速算法中加速度不连续,易对机床产生冲击的问题,提出了一种三次S曲线加减速算法,给出了相应的加加速度、加速度、速度和位移的计算表达式。利用最优化原理,对加减速控制中可能出现的各种情况进行了速度规划。仿真结果表明:该算法能保证加速度和加加速度的平稳变化,避免产生大的冲击,提高了数控系统的运动稳定性;算法简单智能,可根据路径长度自适应地重新规划速度,提高了加工效率。     

A look-ahead and adaptive speed control algorithm for high-speed CNC equipment

A novel look-ahead and adaptive speed control algorithm is proposed. The algorithm improves the efficiency of rapid linking of feedrate for high-speed machining and avoids impact caused by acceleration gust. Firstly, discrete S-curve speed control algorithm is presented according to the principle of S-curve acceleration and deceleration. Secondly, constraints of linked feedrates are derived from several limits, including the axis feedrate and feed acceleration limits, the circular arc radius error limit, and the machining segment length limit. With these constraints, the optimal linked feedrate is sought to achieve the maximum feedrate by using look-ahead method. Since the actual ending velocity of machining segment equals to the corresponding optimal linked feedrate, speed control of each segment can be executed. Finally, the proposed algorithm is implemented in a pipe cutting CNC system, and experimental results show that the proposed algorithm achieves a high-speed and smooth linking feedrate and improvements in productivity and stationarity.     

高速装备前瞻自适应速度优化算法

为了实现高速加工中进给速度的高速衔接,避免因加速度突变导致对数控设备的冲击,提出了一种基于插补前S曲线加减速的前瞻自适应速度优化算法。该算法能够根据加工段的过渡情况自动调节预读段数。以进给速度最大化为目标,在预读段衔接进给速度限制和加工过程平滑减速的约束条件下,根据离散化S曲线加减速规律求解最优衔接进给速度。将求得的最优衔接进给速度作为相应加工段的实际末速度,来实现加工段的速度控制。给出了该算法在高速数控系统中的实现方法,并在管切割数控系统中得到了应用。实验结果表明,该算法能够实现进给速度的高速、平滑衔接,满足高速加工的要求。     

A cutter orientation modification method for five-axis ball-end machining with kinematic constraints

Cutter orientation modification with kinematic constraints is very necessary and effective for five-axis machining especially machining at high speed. It is very helpful for achieving a smooth cutter motion and keeping the process steady. Therefore, a cutter orientation adjustment method is proposed to obtain an optimized tool path which makes best use of the kinematic characteristics of angular feed for five-axis machining. For the given five-axis cutter location path and the feed profile of cutter tip point both expressed by b-spline formats with the same parameterization, the analytic relations of angular feed, angular feed acceleration, and jerk with respect to the geometric and tangential feed parameters of the cutter tip trajectory are first derived. Then, the conditional inequalities of these kinematic constraints used for orientation adjustment are built. Subsequently, the determination method of feasible cutter orientation and detailed algorithm of orientation adjustment are given. Finally, illustrated examples are conducted to validate the proposed orientation adjustment method. The results show that the developed method is effective and can be applied to optimize geometrically complex five-axis tool path by taking the angular feed, angular feed acceleration, and jerk into account.     

基于NURBS曲线拟合的微段高速自适应加工算法

为了满足加工精度的要求,消除以微小直线段离散化自由曲线加工路径的微段加工方式的加工程序量过大和需要频繁加减速的两大弊病,实现微小直线段的高速平滑加工,提出了带权因子和一阶导数约束的NURBS曲线最小二乘逼近算法,并在此基础上给出了基于NURBS曲线拟合的微段平滑加工算法。该微段平滑加工算法将离散的微段数据点拟合成一条NURBS曲线并将其作为新的加工路径,然后利用NURBS曲线实时插补,从而实现微小直线段的平滑加工。验证结果表明,该算法使加工更平滑和高效。     

面向高速加工的样条曲线实时插补算法

数控加工追求更高的加工效率和光洁的加工表面,但大多数样条曲线插补算法是根据进给速度、最大合加/减速度和合加加速度来设计的,并没有考虑如何充分利用单轴的最大加减速能力。提出一种时间近似最优的样条曲线实时插补算法,它面向数控系统对高速加工的需求,在考虑机床动态性能的基础上,充分利用单轴的最大加减速能力,以达到理论上近似最优的加工效率。同时该算法通过预处理求速度限制曲线、速度曲线反向链接和平滑处理三个步骤求出满足加工精度以及机床单轴的最大加速度、加加速度等约束条件的加工速度曲线,能有效提高加工表面的粗糙度。仿真结果表明,该算法在有效提高加工效率的同时,能实现对减速点的精确定位,得到光滑的加工速度曲线。     

LOOK-AHEAD ALGORITHM FOR VELOCITY CONTROL BASED ON PARAMETERIZED CURVE INTERPOLATOR

To avoid suffering gouge and transient overshooting in high speed cutting machining, a novel parametefized curve interpolator model with velocity look-ahead algorithm is proposed. Based on a prearrangement step interpolation algorithm for parameterized curves and considering high curvature points, parameterized curve tool path is divided into acceleration segments and deceleration segments by look-ahead algorithm. Under condition of characteristics of acceleration and deceleration stored in control system, deceleration before high curvature points and acceleration after high curvature points are realized in real-time in high speed cutting machining. Based on new parameterized curve interpolator model with velocity look-ahead algorithm, a real cubic spline is machined simulativly. The simulation results show that velocity look-ahead algorithm improves velocity changing more smoothly.     

考虑混合阶次约束和驱动能力的伺服冲压运动设计

伺服冲压运动设计是伺服压力机实施伺服冲压作业的核心技术之一。提出NURBS运动曲线混合阶次插值方法,能任意给定冲压运动关键点上位置、速度或加速度中的一个或多个约束,以同时满足伺服冲压运动精确性和灵活性要求;提出快速生成给定时间的保压段冲压运动曲线算法;给出构造插值方程过程中合理设置切矢模长的取值方法,以避免运动曲线畸变;提出适当改变速度或加速度约束调节运动曲线性能的方法;在此基础上引入板料成形和伺服电动机驱动能力等约束,提出伺服冲压运动设计的一般流程,开发出交互式伺服冲压运动设计软件;以某型汽车翼子板拉深冲压运动设计为例进行了验证。     

基于S曲线的步进电机加减速的控制

针对不同约束条件下步进电机加减速的控制问题,首先分析了S曲线算法原理,寻找s曲线算法与其它常见的步进电机运动控制算法之间的联系。然后在分析S曲线传统的七段模型后,提出了基于S曲线的步进电机加速度和速度控制方法,并讨论了当约束参数发生变化时实际的S曲线规划方法。最后,给出了不同约束条件下步进电机的加减速仿真曲线。研究结果表明,这种方法可以满足不同约束条件下步进电机加减速的控制。     

Accuracy Optimisation for Mould Surface Profile Milling

In the profile milling process for mould surfaces, for any type of curve combination, when implementing the milling process on a CNC machine, the surface can be produced from straight lines or curves in a piecewise or continuous milling process. This work employs the features of a CNC machine: 1. To divide the various sizes of curve at different slopes. 2. To use with different milling spindle speeds. 3. To use cutting feeds for actual milling experimentation. The results of the profile dimension accuracy and profile surface roughness from these experiments are then used in a neural network to establish an experiment result and a model for the milling variables. The neural network is composed of a number of functional nodes. Once the milling parameters (spindle speed, feed speed and milling angle) are given, the milling processing performance (the surface roughness, the surface profile-error) can be accurately predicted by the net-work developed. The optimal milling processing parameters can be searched for by a simulation annealing (SA) optimis-ation algorithm with a performance index to obtain a satisfactory mould surface. The experiment is then used to show that improved conditions for mould profile processing can indeed be obtained.