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。     

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。     

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。     

临界曲率值分割曲线尖角的NURBS曲线插补

为兼顾插补含尖角NURBS曲线的精度与速度,提出尖角分割且速度修正插补算法。由插补弦高误差限、法向加速度及其导数约束,得满足插补精度及机床动力学性能的临界曲率;用大于临界曲率的局部极大曲率及临界曲率分割NURBS曲线为是否包含尖角的若干子段;用S曲线加减速算法规划各子段进给速度,并用段间速度及位移协调关系修正各段加速度及其导数,使各段加减速时间为整数倍插补周期。在相同约束条件下,分别用曲率单调无速度修正、尖角分割无速度修正及尖角分割有速度修正算法,规划一条含大曲率尖角NURBS曲线插补速度,并用一阶泰勒级数展开算法插补该曲线。对比结果表明尖角分割且有速度修正算法可稳定得到较高插补精度,因此该算法可用于含大曲率尖角NURBS曲线高速度高精度加工。     

NURBS曲线S形加减速双向寻优插补算法研究

由于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)曲线的弧长与参数之间无精确解析关系,并且进给速度总是受到非线性变化的曲线曲率的约束,因此基于S形加减速进行NURBS曲线插补时,减速点难以准确预测。传统算法通常是沿曲线单方向插补,不仅未考虑曲率对进给速度的持续限制,而且加减速分类与计算公式复杂。为此,提出运动路程未知情况下不依赖于弧长精确计算的正向和反向同步加速的插补新算法,实时动态地求解曲线段内最大进给速度和正反向插补会合点,从而实现处处满足全部速度约束条件的最优插补。该算法无需求解高次方程与繁琐的加减速模式分类,并可保证以确定的速度通过曲率极值点和曲线终点。通过两个插补实例证明算法简明高效,适应性好,能够满足高速高精度数控要求。     

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。     

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.     

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.     

NURBS曲线实时插补方法的研究

提出了一种综合插补误差和进给加速度控制的NURBS曲线实时插补算法,该算法有效地避免了曲线求导和曲率的复杂计算.运用参数域上的黄金分割法预估下一插补点,极大地简化了插补的实时计算,保证了算法的实时性.     

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。     

等弓高误差变步长的插补点求取方法优化

传统的等弓高误差求取插补点的方法是根据走刀步长来计算,并且假设步长内为等曲率半径。由于自由曲面的曲率半径不断变化,传统的插补方法并不能准确计算出下一个刀触点的位置。为了克服传统方法的不足,提出了一种新的等弓高误差变步长插补方法。采用该算法得到的两相邻刀触点之间的弓高误差值一致,可得到较高的加工表面精度;而且在保证表面加工质量的情况下,刀触点最少,提高了加工效率。最后,通过MATLAB对该方法的可行性和精度进行了验证。     

一种简化计算的S型加减速NURBS插补算法

针对目前NURBS曲线插补中加减速控制方法不足的问题,实现了加工过程中进给速度的平滑过渡,提出了一种新的NURBS曲线插补方法,包括速度规划和实时插补两个方面。速度规划采用了一种基于曲率自适应的简化计算的S型加减速方法,并结合"双向插补"的思想实时预测减速点,防止产生过大的弓高误差;实时插补则利用Muller插值和Newton迭代法计算了下一周期的插补参数,进而求出了下一时刻到达的空间坐标点。最后与已有插补方法进行了仿真分析比较。研究结果表明,该方法能保证加速度连续和加加速度有界,有效减少弓高误差和进给速度波动,提高机床运行的平稳性。     

An accurate surface error optimization for five-axis machining of freeform surfaces

This paper presents an accurate surface error interpolation algorithm for five-axis machining of freeform surfaces. One of the most important steps in the interpolation process is to calculate the next cutter contact (CC) point according to the present one. In this paper, the next CC point is calculated by an accurate chord evaluation method. This method is developed based on the cutting simulation process, which can be vividly described as firstly planting dense grasses on the tool path curve and then cutting them when the tool moves by. The left lengths of the grasses either positive or negative are considered to be the machining error. The method is accurate also because the tool geometry and the tool orientation changes during five-axis machining are taken into consideration. With this method, the chord errors between CC points are controlled uniform along the tool path. The proposed interpolation algorithm is compared with the commercial CAM systems like PowerMILL and UG. The results show that the proposed algorithm can significantly reduce the number of cutter locations meanwhile confine the chord error. A real cutting experiment is implemented, and the result indicates its promising value in industrial applications.     

基于Steffensen迭代法的NURBS曲线插补算法

为了解决NURBS曲线参数插补及其实时性的问题,提出一种新的基于Steffensen迭代法的NURBS曲线参数快速求解方法。算法首先采用线性多步法进行精确的参数值预估,然后结合弓高误差、进给速度等加工条件进行自适应速度规划,再根据规划步长进行参数值迭代校正。算法不需求导,计算快速精确,满足加工精度和数控系统实时性要求。     

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.     

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.     

并联打磨机插补算法的设计

根据并联打磨机功能要求及所选伺服驱动类型,对打磨机数控系统核心部分插补算法进行了设计研究.采用典型的数据采样插补算法-时间分割法,重点对插补算法的实现过程进行了详细的分析,并通过在MatLAB中实例验证算法的可行性,为插补软件的设计提供了参考.     

具有限定的弦差和加减速度的插补器

作者提出了一种数控机床在插补过程中通过调整进给速度从而将弦差限定在一定的误差范围内的插补算法。提出的插补器是一种变进给速度插补器,在保证弦差位于一定误差范围内的同时,增加了数控机床的效率。本文给出了仿真结果以证明该插补器的可行性。     

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。     

某舰载火控雷达风载荷仿真计算

风载荷是舰载火控雷达伺服传动系统的主要载荷之一,是影响伺服控制性能的重要参数。文中分析了雷达天线阵面及天线座风载荷对雷达伺服控制电机选型的影响,通过ANSYS对某舰载火控雷达风载荷进行建模仿真,对火控雷达正常工作风速下的方位风力矩和俯仰风力矩进行仿真计算,得出天线阵面及天线座的表面压力云图及方位和俯仰的最大风力矩。为伺服控制电机的选型提供了依据,保证了伺服传动系统的正常工作,为同类舰载设备风载荷大小的预估提供了参考。