曲面数控加工刀具轨迹生成方法的研究

一、引言 曲面数控加工刀具轨迹计算是数控编程操作的基础和关键,随着CAD/CAM技术的快速发展,国内外学者对曲面的造型方法和数控加工刀具轨迹的生成方法进行了大量的研究,并且提出了许多曲面造型理论和数控加工刀具轨迹的算法。     

空间自由曲面数控加工轨迹的计算方法

现有的数控编程系统和ＣＡＤ／ＣＡＭ软件，往往只能在空间自由曲面上生成球面刀的数控加工轨迹，而实际生产中正逐渐采用非球面刀来替代球面刀完成空间自由曲面的数控加工。本文提出一个在空间自由曲面上计算非球面刀数控加工轨迹的新方法－点涉法，只要已知被加工曲面的参数表达式，就可运用点涉法在该曲面上生成非球面刀的数控加工轨迹。     

组合曲面参数线五坐标加工刀具轨迹的计算

提出了组合曲面间拓扑关系的建立方法．通过对曲面相邻边界及相邻角点拓扑信息查询,完成刀具路径的合理组织;针对目前在给定加工精度时确定参数增量算法存在的不足,提出基于等参数线的走刀步长追踪法,并对曲率半径趋于无穷大的情况及直纹面加工的情况进行单独处理,保证了算法的稳定性和有效性．在此基础上,系统地阐述了组合曲面加工中刀触点、刀位点的计算以及刀具轨迹的合理化组织。     

基于CPU-GPU的B样条曲面并行刀具路径规划方法

针对传统串行刀具路径规划算法效率低下和在异构硬件平台上的不兼容问题,提出一种基于CPUGPU异构并行计算的刀具路径规划方法。方法针对双三次均匀B样条曲面,依据等参数线刀具路径规划方法的原理和Open CL规范设计并行算法,在CPU的逻辑控制下,采用数据并行的编程模型在GPU的多个工作项上并行执行内核,将传统串行执行的等参数线法进行了并行化重构。仿真实验结果表明,该算法在CPU-GPU异构平台上生成刀具路径的时间较传统串行算法缩短1.5~11.9倍,对实现刀具路径的实时或准实时生成具有重大意义。     

数控加工刀具轨迹生成方法探讨

目前,零件造型的方法主要有三种:线架造型、曲面造型和实体造型.在数控加工中,通常采用曲面造型和实体造型相结合的方法来进行.本文就在CAXA制造工程师软件中进行实体造型零件的数控加工曲面时,刀具轨迹生成的方法进行探讨.     

等残留高度曲面加工刀具轨迹生成算法验证

对等残留高度曲面加工刀具轨迹规划方法进行实验,以验证这种算法的有效性.     

大型雕塑曲面零件数控加工编程的关键技术

多轴联动数控加工编程是大型雕塑曲面零件加工的最重要任务之一.本文介绍五轴联动数控加工大型雕塑曲面编程中涉及到的刀位轨迹计算、切削仿真、机床运动碰撞仿真、后置变换等关键技术.针对这些技术进行研究开发,实现了大型水轮机叶片的五轴联动数控加工,并成为叶片加工的编程工具.     

CNC系统中曲面交线加工刀具轨迹直接插补

提出并实现了在CNC系统中完成曲面交线加工刀具轨迹直接插补的构想,可极大提高CNC系统的几何轨迹控制能力和使用性能.给出了一个适用于球头刀加工的插补算法及其加工误差估计,证明了算法的稳定性.理论分析和实践表明,该算法精度高、计算量小且稳定.     

并联机床数控系统运动学变换的研究

并联机床由于完全摒弃了传统机床固定导轨的刀具导向方式,其数控系统中必然需要添加运动学变换模块,以实现加工代码中的直角坐标与其可控制的关节空间坐标之间的转换.本文介绍了3-TPS并联机床数控系统中运动学变换方程组的建立和求解,详细分析了五坐标加工时运动学变换的实现,并在实际平台中仿真测试了运动学模块的性能.     

并行计算在高超声速流场数值模拟中的应用

采用计算流体力学方法,对高超声速流场进行了多区并行计算研究。基于MPI消息传递库采用Fortran语言编制了CFD并行计算程序,对NS方程采用AUSMPW+格式和LU-SGS方法求解。针对流场采用多区剖分,将每一个子区分配给相应节点进行计算。每一迭代步,相邻子区域间交换边界数据。计算表明,本文所建立的程序和方法是可行的,能够进一步延伸到大规模并行计算和工程应用中。     

蔓叶线的一种并行生成算法

主要研究了著名的几何曲线——蔓叶线的一种并行生成算法,以Bresenham算法为基础,对蔓叶线的并行生成算法进行了分析和讨论。首先,从蔓叶线图像的一个已知点开始,根据递推公式逐点选择最靠近蔓叶线的像素点;然后引入并行机制生成蔓叶线的图像;最后,利用C#多线程模拟实现了该算法。模拟结果表明,这是关于蔓叶线图像的一种快速、高效的并行算法。     

三角片离散法实现数控铣床加工仿真

三角片离散法是根据三轴数控铣床加工中的特点提出的加工仿真方法。文中结合笔者在微机上制作仿真软件的经验,使用三角片离散法实现数控铣床加工仿真;并详细地介绍了三角片离散法的原理、简化模型、计算方法以及提高效率的途径。该方法简单易行,而且有很好的真实感效果。     

数值并行计算可扩展性评价与测试

分析了几种可扩展性能评价模型存在的问题,针对实际评价与测试的需要,提出了一种基于等平均负载的数值并行计算可扩展性评价模型．该评价模型对可扩展性能加速比和可扩展性进行了重新定义,给出了使用该模型的进行可扩展加速比和可扩展性测试的方法,结合曲线拟合或并行计算时间模型可以预测并行系统的可扩展性,对NPB BT,SP和矩阵乘法进行了可扩展性预测．     

面向高性能数值计算的并行计算模型DRAM(h)

提出了一个基于存储层次的新并行计算模型DRAM(h)，并在该模型下对两个经典并行数值计算算法的不同实现形式：四种形式并行下三角方程求解(PTRS)和六种形式无列选主元并行LU分解(PLU)，进行了分析．模型分析表明，具有近乎相同时间和空间复杂性的同一算法不同实现形式，在该模型下会有完全不同的存储复杂度．作者在日立公司SR2201MPP并行机、曙光3000超级服务器和中国科学院科学与工程计算国家重点实验室(LSEC)的128节点Linux Cluster等三种并行计算平台上对模型分析结果进行了实验验证．结果表明，该模型分析在绝大多数情况下都能较好地与不同实验平台上的实验结果吻合．个别出现偏差的分析结果，在根据计算平台的存储层次特点修改模型分析的假定后，也能够进行解释．这说明了该模型对不同形式的算法实现进行存储访问模式区分的有效性．对在计算模型中加入指令／线程级并行的可行性和方法的研究是下一步的工作．     

A Tool Path Generation Strategy for Sculptured Surfaces Machining

This paper presents a strategy to generate interference-free tool paths for machining sculptured surfaces. The strategy proposed here is first to determine the tool path topology. The values of the step length and the path interval are then calculated based on the machining tolerance requirements. After detecting and eliminating the tool interference, the interference-free tool path is generated. The effectiveness of the developed algorithm is demonstrated through simulation and actual cutting tests.     

三角B样条上可展曲面的设计与形状调节

提出了计算机辅助设计可展曲面的新方法,利用该文的方法,可展曲面可用具有三角B样条基函数的控制平面来设计,这种设计方法具有现存曲线设计方法的特征。同时,通过引入形状控制参数,使生成的可展曲面在较大的范围内可进行调节和控制,增加了造型的自由度。该文的设计方法直接、简单、有效,不仅能克服传统方法在可展曲面设计方法上的缺陷,而且能方便地解决工程中经常遇到的可展曲面的形状难以调节和控制的问题。     

一种隐式曲面交互调整的新方法

提出了一种对隐式曲面形状进行交互调整的新方法,为隐式曲面的调整提供了两种交互工具,分别是对曲面上点的位置调整和法向调整.该方法以调整后的位置和法向为新曲面的插值条件建立目标函数,极小化该目标函数求解曲面参数的变化量,从而确定新的隐式曲面.文中采用拟牛顿法和序列二次规划法(SQP)求解该非线性优化问题.在调整过程中用粒子的方法对隐式曲面进行绘制,实现了对隐式曲面形状的实时交互调整.最后用实例说明了新方法的有效性.     

On Data Distributions in the Construction of Parallel Programs

Data distributions have a serious impact on time complexity of parallel programs, developed based on domain decomposition. A new kind of distributions—set distributions, based on set-valued mappings, is introduced. These distributions assign a data object to more than one process. The set distributions can be used especially when the number of processes is greater than the data input size, but, sometimes using set distributions can lead to efficient general parallel algorithms. The work-load properties of these distributions and their impact on the number of communications are discussed. In order to illustrate the implications of data distributions in the construction of parallel programs, some examples are presented. Two parallel algorithms for computation of Lagrange interpolation polynomial are developed, starting from simple distributions and set distributions.