基于非均匀有理B样条的凸轮轴插补算法

针对高速加工高精度凸轮轴的需求，应用非均匀有理B样条的方法，提出了凸轮轴实时插补算法。该算法通过插补预处理，合理的近似计算，大大减小了插补计算时间；并且引入插补误差和进给步长自适应控制，从而实现了凸轮轴的高速高精度加工插补控制。     

基于速度平滑控制的高效非均匀有理B样条曲线插补算法

为提高曲面加工的质量和效率,提出了一种基于冗余误差和速度平滑控制的非均匀有理B样条曲线插补算法.该算法先按照曲率大小将非均匀有理B样条曲线分段,再根据数控机床最大加速度调整分段.消除了曲率突变对加工的负面影响.同时为每个分段分别设置合适的编程进给速度,提高了加工效率.最后提出两段速度平滑控制方法,使速度过渡更为平滑.模拟试验证明了该算法的有效性.     

高精度数控机床非均匀有理B样条曲线插补控制研究

在复杂曲面数控加工中,经常应用非均匀有理B样条曲线。介绍了非均匀有理B样条曲线插补原理,分析了传统非均匀有理B样条曲线插补方法,即泰勒展开法,确认泰勒展开法在计算精度和时效性等方面存在不足。针对泰勒展开法存在的不足,提出采用割线法进行非均匀有理B样条曲线插补。介绍了割线法插补原理,分析了迭代运算初值及终止判定问题。通过对比确认,割线法求解时间短,精度较高,可以满足高精度数控机床非均匀有理B样条曲线的插补控制要求。     

三次均匀有理B样条曲线插补算法的研究

插补算法是机器人系统实现运动控制的核心模块,对三次均匀有理B样条曲线的插补算法进行了研究.基于三次非均匀有理B样条曲线(NURBS),得出三次均匀有理B样条曲线的表达式.反算B样务曲线的控制顶点中发现规律,采用一种简单快捷的方法求取控制顶点,这使插补算法计算简单,更易于计算机编程.并且在算法中考虑到运动控制加减速的问题,这使插补算法符合实际,实用性强.最后采用三次均匀有理B样条曲线对螺旋线进行插补,仿真结果良好.     

基于冗余误差控制的非均匀有理B样条曲线插补算法研究

提出了一种能有效控制冗余误差的非均匀有理B样条曲线插补算法.该算法综合了等弓高误差插补算法和恒定进给速度插补算法的优点,小曲率情形时在保证加工精度的前提下,通过引入进给倍率因子,增大进给速度以改善误差过度冗余;同时在大曲率情形下,可控制弓高误差在限定的误差范围以保证轮廓精度.这样既可保证轮廓精度,又可提高加工效率.仿真实例证实了该插补算法的有效性和可行性.     

非均匀有理B样条曲线直接插补进给速度规划

在非均匀有理B样条直接插补算法中,为了提高插补实时性、克服前瞻规划算法的缺点,提出了基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法.该方法在插补前,通过建立进给速度预处理曲线来取代非均匀有理B样条曲线实时插补进给速度规划的前瞻算法.在速度规划过程中,为了防止进给加速度和加加速度超过机床性能要求,在曲线曲率变化较大的区域,采用基于逐点比较计算的方法规划每个参数点处的进给速度.通过MATLAB仿真表明所提方法具有较高的加工精度、良好的进给速度平滑效果和实时插补性能.     

基于非均匀有理B样条的空间凸轮设计

针对高速传动空间凸轮在使用过程中存在的平稳性降低、噪声增大、磨损加剧等问题,提出一种新的基于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines, NURBS)的空间凸轮设计与加工技术,利用NURBS曲线拟合修正正弦曲线构造从动件运动轨迹曲线,利用单参数曲面族包络原理设计空间凸轮沟槽廓面,借助数控机床的NURBS插补功能实现空间凸轮的高精度光顺加工。实践证明,NURBS方法比常用的修正正弦方法设计得到的从动件运动规律曲线(包括位移、速度和加速度曲线)光顺性更好,NURBS插补方法比常用的直线或圆弧插补方法加工得到的空间凸轮噪声更低。因此,基于NURBS的空间凸轮设计方法简单易行,用该方法制造的空间凸轮在高速传动时具有传动平稳、噪声低、使用寿命长等优点。     

基于曲线长度自调整速度方程的非均匀有理B样条插补算法

针对非均匀有理B样条(NURBS)曲线加工过程中速度规划复杂、效率低以及机床震颤剧烈的问题,提出一种高效规划进给速度的NURBS插补算法。预处理过程计算出待加工NURBS曲线插补参数及误差速度,根据误差速度曲线分析加工路径的加减速情况,并基于加/减速区间长度自动调整三次多项式速度方程,实现平滑的速度与加速度曲线;实时插补过程采用基于Adams-Moulton方法计算初始参数,然后采用二分法对参数进行寻优,将插补过程中速度波动控制到加工要求精度范围内,从而降低机床的振动。通过MATLAB仿真,验证了所提算法加减速规划的高效性和参数计算的精确性,表明该算法在复杂曲线曲面加工领域可以提高机床加工效率与精度。     

珩磨机运动控制卡的三次B样条曲线插补算法

数控珩磨机在加工复杂曲线曲面时,控制系统通常以TMS320F2812芯片为核心,设计DSP运动控制卡的定时器控制中断控制伺服电动机来完成插补。介绍了一种利用DSP运动控制卡进行三次B样条曲线的插补方法,该方法不仅可以缩短插补时间,也可以通过控制运动控制卡定时器中断来调整插补轨迹。最后实例表明,该插补算法不仅满足运动控制的要求,而且也满足了高速高精度插补的要求。     

三次B样条曲线插补在多轴运动控制卡上的实现

为充分利用PC机资源,提高数控加工精度,介绍了基于TMS320F2812数字信号处理器（DSP）的多轴运动控制卡的设计方法以及三次B样条曲线恒速进给实时插补方案在控制卡上的应用。结果表明,该方法能有效地简化插补过程中的轨迹计算,显著缩短插补计算时间,使所有的插补点都在理论曲线上;只要合理决定曲线参变量,完全可以保证运动控制系统的高速高精度要求。     

五轴NURBS插补中的速度前瞻控制方法

为提高五轴非均匀有理B样条的插补精度,减轻段间转接时对机床的机械冲击,提出了一种速度前瞻控制处理方法.采用曲率圆逼近的方法建立了插补误差计算模型,并推导出满足插补误差要求的最小曲率半径与进给速度间的关系.采用数值分析方法预先计算出减速点的参数值,对样条插补进行了加减速前瞻规划处理.实时插补时对样条曲线上曲率半径较小的地方进行减速处理,以提高插补曲线的逼近精度.实例证明,该方法能有效降低插补误差和段间转接时的加速度,具有良好的实时性,可以应用到实际的数控系统中.     

大型风力机叶片的三维造型及数控加工

介绍了风力机叶片造型方法及制造工艺的研究现状,探讨了基于NURBS曲面的叶片造型;针对叶片制造过程中,阳模曲面的加工,提出了分段多轴数控加工的方法,并进行了加工仿真及后置处理,验证了其可行性.     

挖掘机器人自主挖掘轨迹规划方法

以某型液压挖掘机工作装置为研究对象,以挖掘机在复杂的水下环境中自主挖掘作业,工作装置运动轨迹光滑连续、振动冲击小为目标,在其操作空间和关节空间进行轨迹规划方法研究。设置挖掘机铲斗末端运动轨迹路径点,在操作空间对选取的关键路径点采用曲线样条插值法规划挖掘路径。在关节空间利用分段变阶多项式曲线和5次非均匀有理B样条曲线运动特征建立关节空间运动特征到操作空间运动特征的映射关系。在运动轨迹控制点位置及运动时间相同的条件下,对两种轨迹规划方法进行仿真,分析挖掘机各个工作装置关节角度、角速度和角加速度等运动特征。仿真和试验结果表明,5次非均匀有理B样条运动规律的轨迹规划方法能够减少挖掘机自主挖掘过程中的振动,实现挖掘轨迹的平稳连续。     

Application of dual-blade stator to low-speed ratio performance improvement of torque converters

With application of the lock-up clutch in the torque converter (TC), fuel economy is not much determined by its high-speed ratio transmission efficiency. As a benefit, more researches are focused on its low-speed ratio performance so as to improve vehicle gradeability and launching acceleration performance. According to the results of computational fluid dynamics (CFD) analysis, hydrodynamic loss inside the stator cascade accounts for 42% of the total energy loss at stalling speed ratio. It is found that upstream flow with large impingement angle results in boundary layer separation at the leading edge, which aggregates hydrodynamic loss and decreases circular flow rate dramatically at low-speed ratio. In this paper, a dual-blade stator is proposed to suppress the boundary layer separation, which is parameterized by using the non-uniform rational B spline (NURBS) method. The mean camber line and blade profile curve are expressed by a three control points quadratic open NURBS and a cubic closed one respectively. The key design parameters included the slot width and suction side shape of the primary blade are analyzed. The most effective slot width is found to be between 4% and 8% chord length, and the boundary layer separation can be suppressed completely by decreasing distribution of momentum moment at the primary blade and adding it to the leading edge of the secondary blade. As a result, circular flow rate and impeller torque capacity is increased by 17.9% and 9.6% respectively at stalling speed ratio, meanwhile, low-speed ratio efficiency is also improved. Maximum efficiency at high-speed ratio decreases by 0.5%, which can be ignored as the work of lock-up clutch. This research focuses on using the dual-blade stator to optimize low-speed ratio performance of the TC, which is benefit to vehicle power performance.     

一种优化的NURBS曲线插补算法

为弥补目前非均匀有理B样条插补算法的不足,提出一种优化的非均匀有理B样条曲线插补算法。算法采用插补前S曲线加减速方法,不仅优化了前瞻过程,而且在回溯过程中考虑了短样条的情况。算法对长样条和短样条非均匀有理B样条曲线能用统一的方法进行插补,通过引入环形缓冲区和预插补(非离线),提高了加工效率,同时合理地安排插补任务增强了系统的实时性。通过MATLAB仿真,验证了算法的有效性。     

基于STEP-NC的NURBS曲面插补技术的研究

为提高曲面的加工效率和精度,提出了一种基于STEP—NC的非均匀有理B样条曲面加工方法。基于STEP—NC的数控系统能够直接处理包括完整的非均匀有理B样条曲面几何信息和1力Ⅱ工工艺信息的STEP—NC程序。详细讨论了非均匀有理B样条曲面插补算法的实现,并通过仿真试验,验证了该方法的有效性。     

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。     

三自由度Delta并联机械手轨迹规划方法*

以三自由度Delta并联机械手为研究对象,针对其高速搬运作业下的操作空间和关节空间的轨迹规划策略进行研究。结合实际作业需求,对机械手末端运动轨迹的关键路径点进行设置,建立点到点的搬运作业轨迹。以机械手运动学逆解模型为基础,在操作空间利用3-4-5次多项式运动规律建立操作空间运动特征到关节空间运动特征的映射关系。以机械手运动学正解模型为基础,在关节空间利用五次非均匀有理B样条(NURBS)运动规律建立关节空间运动特征到操作空间运动特征的映射关系。在运动轨迹关键点位置及运动时间相同的条件下,对两种轨迹规划方法进行计算机仿真,对比分析机械手关节角度、角速度和角加速度等运动特征,并通过物理样机试验进行验证。结果表明关节空间内基于五次非均匀有理B样条运动规律的轨迹规划方法在减小运动过程中机械手振动和降低电动机功耗等方面优势明显。     

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)