适用于连续拐角高速加工的中点约束算法

为满足连续小线段高速加工的要求,针对实际加工过程中,由于相邻拐角距离较短引起的拐角过渡轮廓重叠现象,基于跳度约束加速度的运动学平滑算法,提出中点约束算法。通过限制拐角过渡段的长度避免轮廓重叠现象发生,在充分发挥驱动器的性能前提下,求解出最佳拐角转接速度,实现拐角平滑转接。通过实验对比传统点对点插补算法验证分析,所提算法加工时间减少6.8%,加工效率明显提高,同时加速度曲线满足G1连续。     

基于跳度约束的重叠拐角高速加工平滑算法

针对连续短线段高速加工过程中,存在由于相邻拐角距离较短,拐角转接轮廓重叠的问题,提出能够实现高速平滑转接的运动学方法。对连续短线段中的重叠拐角转接路径,采用缝合前后两个过渡轮廓中点的方式消除重合部分,并以驱动器的运动极限和轮廓误差为边界条件,结合跳度约束加速度变化,推导出转接过程中的最佳拐角转接速度。通过实验对比传统点对点插补算法验证分析,所提算法在加工包含重叠拐角的连续短线段刀具路径时,加速度曲线满足G~1连续,加工时间减少10%,加工效率明显提高。     

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。     

数控加工中的平滑压缩插补算法研究

为实现自由曲面的高速和高表面质量加工,在分析现有插补方法不足的基础上,提出一种指令点平滑压缩插补算法.该算法可根据相邻线段间的长度和夹角将数控加工程序划分为非连续微小线段加工区域和连续微小线段加工区域.对于非连续微小线段加工区域,在相邻指令点构成的直线段上进行插补计算,以确保加工中的精度.对于连续微小线段加工区域,确定加工路径弯曲方向改变处的特征指令点;在满足加工精度的条件下,通过拟合特征指令点来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路径的目的;在拟合而成的平滑曲线上进行插补计算,以实现高速而又高表面质量的加工.试验结果表明,该算法可有效地提高自由曲面的加工效率和表面加工质量.     

基于Bézier曲线的小直线段局部转接光顺研究

连续小直线段轨迹(G01)是实际加工过程中最常见的轨迹形式,而直线拐角处的几何不连续性势必会带来速度和加速度的突变,严重影响加工质量和加工精度。为提高G01轨迹的加工效率和加工质量,提出一种基于三次Bézier曲线的小直线段转接光顺算法,并建立拐角转接控制模型,实现轨迹连续性的提升。同时,为进一步提高加工效率,所提算法保证转接曲线曲率极值点出现在Bézier曲线中点处,并能够实现曲率极值的解析计算,并以拐角曲率最优为目标实现转接光顺控制。在加减速方面,基于柔性加减速控制方法,提出一种切向跃度连续的加减速曲线形式,并以此为前提,应用双向扫描算法实现速度前瞻过程,完成速度规划和插补。最后与现有算法进行对比,试验结果表明所提算法能够在保证相似加工精度的前提下显著提升加工效率。     

基于速度直接调节的微小线段高速插补方法

在分析连续微小线段运动规律的基础上,结合S型曲线加减速运动规律的优点,提出了直接调速法模型,建立了过渡曲线关于线段夹角的参数方程。考虑到最大加速度和轮廓加工精度的要求,给出了过渡曲线最优解的计算方法。根据直接调速法模型确定了过渡曲线的插补算法,接着进行了仿真。仿真结果表明:根据直接调速法确定的过渡曲线能够保证整个加工轨迹曲率变化连续,加工速度快,转接区域加工时间可缩短(33~50)%。     

面向高质量加工的圆弧平滑压缩插补算法

为实现离散小线段形式下圆弧的高速高精加工,在分析现有样条插补方法不足的基础上,提出一种圆弧平滑压缩插补算法。该算法根据双弓高误差限制,从由离散小线段构成的加工路径中识别出非连续微小线段加工区域和连续微小线段加工区域。对于非连续微小线段加工区域,直接在离散小线段上进行插补计算,以保证加工精度。对于连续微小线段加工区域,根据离散指令点的曲率值对曲率极值点和拐点进行拟合,将折线加工路径转化为平滑的二次有理Bézier曲线加工路径;然后,利用二次有理Bézier曲线特征识别出圆弧并转换为几何形式;最后,将相邻圆弧段合并后进行插补计算。实验结果表明,在离散小线段形式下,该算法可以有效降低速度的频繁波动,实现圆弧的高质量加工。     

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。     

基于改进圆弧转接的直线段连续过渡算法

复杂曲面是数控加工中的一种类型,在数控系统加工前,商业软件会将复杂曲面离散成海量直线段逼近,但相邻直线段间速度的不连续性严重影响曲面加工质量,因此常采用轨迹段间插入直线或曲线来改善速度的连续性。基于已有轨迹段间插入圆弧的转接算法,提出一种基于公差的改进圆弧过渡路径规划算法,在保证转接轨迹精度的同时提高了转接速度。进一步,采用一种加速度连续、加加速度有界的7段S形加减速曲线,实现了刀具路径速度规划及插补。基于上述算法进行了曲线加工验证实验,实验结果表明,所提算法能够在达到同等加工精度条件下,显著提升轨迹段间的转接速度(的连续性),提高复杂曲面加工效率。     

面向微线段高速加工的Ferguson样条过渡算法

针对微小线段高速加工控制需求,在分析常用直接过渡法不足的基础上提出了一种基于Ferguson样条的微线段过渡算法.首先探讨了Ferguson样条曲线的性质,然后从精度优化分配、控制三角形获取和插补前瞻控制三方面阐述了算法原理,最后与传统算法进行了效率对比分析.仿真与实例验证表明,此算法具有过渡平稳、误差易控、效率高的特点,适合于微小线段的高速加工控制.