基于de Boor算法的NURBS曲线自适应插补研究

在现代数控加工中已普遍使用NURBS曲线插补,但大多数NURBS曲线插补都致力于取得恒定的进给速度而不是轮廓精度,对此,提出了基于de Boor算法的NURBS自适应插补算法.将de Boor算法应用于NURBS曲线插补中,并用限定弓高误差对插补的进给速度实行自适应调节,实现了数控加工中进给速度的平滑过渡,减少速度急剧变化时对机床的冲击,保证了NURBS曲线实时插补和轮廓加工的精度.通过仿真证明了这种插补算法的实时性和实际应用的可行性.     

基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线平滑插补算法研究

提出了一种基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线插补算法,该方法对于兼容NURBS形式的高档数控系统至关重要。粗插补计算造成的轮廓误差与插补经过该点时的进给速度大小有关,敏感点则可根据插补微段逼近时的弓高误差来界定。进而,根据相邻敏感点之间的距离,通过增设安全缓冲区等方法,进行速度曲线自适应规划。整体进给速度曲线可以由各部分进给速度曲线连接而成。为评价算法的有效性,采用3次NURBS曲线在三种不同进给速度指令下进行仿真计算。仿真结果证明,该算法很好地将轮廓精度和进给速度的平滑性进行了系统考虑,能在相邻危险点复杂分布的情况下执行柔性的插补控制。     

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。     

基于Muller法的NURBS曲线插补算法

在分析NURBS曲线插补原理的基础上,提出了一种基于Muller法的NURBS曲线实时插补算法。该算法首先进行速度控制,由最大进给速度约束、最大弓高误差约束和最大法向加速度约束得到希望进给步长,保证了加工精度。然后利用Muller法迭代计算满足进给步长要求的插补参数,避免了传统方法的复杂求导运算。该算法稳定性好,运算量小,能够对速度波动进行有效控制,并且能够满足实时插补的要求。     

一种参数预估-校正的NURBS曲线插补算法研究

提出了Milne-Simpson参数预估-校正的NURBS曲线插补算法.详细阐述了参数插补预估及校正机理.采用最大弓高误差、最大进给速度和最大法向加速度约束,以便实时调整插补进给步长,从而满足了NURBS曲线插补的高速和高精度要求.     

实现高速高精度加工的智能NURBS插补算法研究

为了实现对模具等零件的高速高精度加工,研究了NURBS样条插补的完整算法,同时在此基础上提出了动态调节进给速度的智能NURBS样条插补,并采用模糊判断的方式解决了算法问题.实践表明,智能NURBS样条插补方法可以进一步地提高加工速度和精度.     

实时快速NURBS直接插补技术

为了解决基于泰勒展开式的NURBS插补算法存在的速度波动问题,提高NURBS插补实时性,深入研究了NURBS曲线直接插补方法。根据插补原理,提出了一种不同于泰勒展开式的插补计算方法,并研究了一种NURBS快速计算方法。在满足插补过程精度要求的前提下,由进给速度直接计算插补点坐标,并采用递推矩阵对NURBS进行快速求值求导计算,有效地减小了速度波动,而且提高了计算速度和插补实时性。仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。     

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。     

数控机床NURBS曲线插补运动误差分析与仿真

介绍了NURBS曲线插补算法,并指出实现NURBS曲线插补的关键是,在插补周期内由进给步长求得曲线参数的增量.分析了数字伺服运动误差产生的原因,建立了伺服系统差分方程.在不同的进给速率和曲率半径条件下,对工件轮廓误差进行了仿真.仿真结果显示,数控机床NURBS插补的轮廓误差与进给速度及给定曲线的曲率半径有关.在大的进给速率或小的曲率半径条件下,伺服滞后所引起的轮廓误差是不可忽视的因素.     

五轴加工刀具轨迹NURBS插补技术的研究

为了解决直线插补和圆弧插补的不足,以三次NURBS参数样条为基础对五轴加工的NURBS插补的进行研究;基于UG前置输出刀位数据点,分别对刀尖点和刀轴矢量参数化,反算求出控制顶点,实现NURBS插补,同时通过对插补点的曲率计算,推导出插补误差与进给速度的关系,进而用进给速度控制插补误差;基于IMSpost和HEIDENHAIN iTNC530数控系统,进行NURBS插补功能的后置处理器的研究,实现高效NC程序的输出;基于MATLAB,以叶轮的NURBS插补刀具轨迹进行仿真验证,实现了NURBS刀具轨迹的NC输出。     

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。     

Implementation of an adaptive feed speed 3D NURBS interpolation algorithm

NURBS (non-uniform rational B-spline) interpolation algorithms have been provided in modern CNC (computer numerical control) systems. However, most of them focus on a constant feed speed without considering the contour accuracy. In order to deal with this problem, an adaptive feed speed interpolation algorithm for 3D NURBS parametric curves with confined chord errors is proposed. When the instantaneous radius of the curvature is small enough, the proposed interpolation algorithm automatically reduces the feed speed to meet the specified chord error. In the other situation it uses the second-order Taylor’s expansions approximation interpolation algorithm to obtain a constant feed speed so that the contour accuracy in the CNC system is guaranteed. Experimental results were provided to verify the feasibility and precision of the proposed interpolation algorithm. __________ Translated from Computer Integrated Manufacturing System, 2006, 12 (3) (in Chinese)     

基于十字链叉的NURBS曲面插补算法及仿真分析

针对目前曲面插补算法存在的实时性不强,插补算法需要大量的额外空间,算法步骤繁琐以及对插补过程产生的大量数据点的数据处理问题,为了保证作为数控技术核心模块的曲面插补算法的高速、高精度性能,基于德布尔递推算法思想,重新推导出了适合于曲面插补的新的NURBS曲面表达式,在此基础上重新设计了曲面插补快速算法,并着重研究了新算法的实时性.另外,为验证新算法的正确性和有效性,提出并实现了十字链叉数据表达结构,对NURBS曲面插补点微细步长及插补质量进行了分析.建立了以VC6.0/MFC为平台的、集弓高误差、速度、加速度等功能分析于一体的算法仿真验证系统,并以汽轮机叶片为例进行了验证.研究结果表明,该算法可以满足曲面插补高速、高精度的性能要求.     

NURBS曲线数控插补方法及误差控制

本文针对数控加工系统对空间自由曲线高速高精度加工的需求,讨论了已知型值点的三次NURBS曲线反算法,给出了求解齐次曲线的带权控制顶点的矩阵形式线性方程组,并提出相应的NURBS曲线插补算法。同时为了保证自由曲线插补精度要求,提出了进给速度能随曲线曲率自适应调整,实现高速高精度插补误差控制的方法。     

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。     

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。     

基于UG的NURBS曲线插补技术的应用研究

高速切削加工作为模具制造中重要的一项先进制造技术,NURBS曲线插补技术逐步得到应用。在UG中通过对连结分段、角度公差、拟合公差等参数的设置以及对UGCAM后处理器的修改,生成了NURBS曲线插补指令,从而驱动CNC机床实现了NURBS曲线插补的高速加工。     

Real-time NURBS curve interpolator based on section

Parameter interpolation is more capable of modern computer numerical control (CNC) than traditional linear/circular interpolation with higher speed and higher precision. Most of non-uniform rational B-spline (NURBS) interpolation algorithms were developed based on the chord error and machines capability, where interpolation points are calculated beforehand to overcome acceleration/deceleration (acc/dec) and jerk problem, which needs large memory. In this paper, a NURBS interpolator based on feedrate section is proposed. Instead of a single interpolation point, this interpolator aims to feedrate section, which makes it possible to run on a digital signal processor or field programmable gate array (FPGA) whose memory is limited. Experiment on FPGA showed the performance of interpolation. A mould experiment verifies the feasibility of application.