粒子群算法在等误差直线逼近节点方法中的应用

自由曲线是数控加工中经常遇到的工件外形轮廓曲线,但一般的数控系统只有直线和圆弧插补功能。对于自由曲线的直接数控加工,只能用直线或圆弧去逼近其节点,并进行逼近的走刀加工。等误差直线逼近节点的方法能够使所有逼近线段误差相等,是自由曲线直线逼近节点的有效方法之一。在对等误差直线逼近节点算法的研究中,基于几何运算,提出一种新的等误差直线逼近节点的计算方法。该方法通过建立自由曲线的数学模型,运用粒子群算法迭代求取自由曲线上的刀位点坐标信息,并通过VC++编程,实现自由曲线等误差直线逼近数控系统的开发,并验证了该算法的有效性。     

基于数控刀轨修正的拉延模具研配型面加工方法

提出了一种修正数控刀轨的方法，能直接加工获取汽车覆盖件拉延模具的研配型面，该方法首先基于传统的等间隙型面编制数控加工刀轨，并提取出刀轨中的刀位点和刀触点，同时应用冲压仿真模拟获得零件厚度分布情况。然后求解出刀触点连线、刀位点与成形零件单元网格模型的交点，通过插值计算获得交点处零件的厚度值，并与原始板料厚度进行比较获得厚度变化值，并将该点的厚度变化值作为刀位点修正的依据进行计算，获得新刀位点坐标后写入原刀轨文件进行刀位点坐标替换，从而获得可以直接加工研配型面的新刀轨。通过一个阶梯型零件的两个凹模加工后的成形试验及模具型面的着色转移图对比，表明该方法可以实现模具研配型面的直接数控加工。     

参数曲面五轴加工轨迹优化方法

非线性误差是五轴加工中加工误差的重要来源,不可避免。针对五轴加工中的非线性误差问题,分析了非线性误差产生的原因,提出了一种减小机床非线性误差的轨迹优化算法。该方法直接计算各实际刀轨与工件参数曲面之间的误差,找出非线性误差过大的刀位,通过递归插入新刀位来减小非线性误差,直到满足精度。插入刀位点时,结合曲面凹凸性及刀具路径的弦弧逼近误差,同时将过切、欠切情况考虑在内。仿真分析结果显示该方法能避免插入不必要的刀位点,可显著减小非线性误差。     

螺旋曲面数控加工的计算方法研究与应用

针对平面编程存在的不可消除的理论误差,对截面包络法数控加工螺旋面时刀触点和刀具运动轨迹的计算方法进行研究,提出了一种新的计算刀触点的“最小有向距离算法”,该算法不受初始点选取的限制,没有迭代收敛性问题,从理论上消除了加工误差,还可以推广到多轴联动数控机床。     

基于STL数据模型的NURBS刀轨生成算法

为了提高数控加工的加工效率,提出了一种适用于STL数据模型的NURBS刀轨生成算法。由刀触点计算无干涉直线刀轨的刀位点;采用最小二乘法将刀位点拟合成NURBS切削刀轨,在拟合过程中,计算拟合偏差及投影点参数,并用投影点参数对刀位点参数进行修正。在切削刀轨之间采用NURBS曲线过渡;通过调节节点矢量,使得切削刀轨和过渡刀轨在连接处保持C1连续。实验结果表明,采用文中算法生成的NURBS刀轨具有较少的控制顶点、较高的拟合精度以及较好的光顺性。     

焊接机器人空间轨迹段间位姿平滑过渡方法

针对目前采用传统轨迹过渡方法在实现多段焊接轨迹过渡处理仅能保证机器人末端速度的平滑性，却无法实现满足弓高误差要求的问题，提出采用三次非均匀有理B样条曲线(non-uniform rational B-splines, NURBS曲线)的最大弓高误差可控的轨迹过渡方法。根据最大弓高误差计算过渡路径点，并用NURBS曲线对路径点进行拟合得到过渡轨迹。此外，基于位姿同步，对衔接点的角速度进行前瞻处理，并采用S型加减速对轨迹姿态进行规划。在自主搭建的机器人测试平台验证所提出的轨迹过渡方法，实验结果表明可以根据焊接工艺需求设定最大弓高误差，且在保证机器人末端线速度和角速度平滑性的基础上，保证实际弓高误差小于设定值。     

自由曲面数控加工混合刀具路径生成算法研究

为了解决自由曲面数控加工中大量微小直线段逼近刀轨曲线带来的加工效率低,切削不平稳,加工表面光洁度差等问题,提出一种由直线段和B样条组成的混合刀具路径生成算法,包括多准则刀位分段点识别法和主特征点自适应拟合法。多准则刀位分段点识别法首先通过点距准则提取刀具路径中的长直线段分段点,其次采用K-cosine和三点构圆准则对拐角分段点进行一次和二次筛选,最终得到刀位点列所有分段点。主特征点自适应拟合法根据离散刀位点的曲率信息提取主特征点作为初始拟合点集进行B样条曲线的最小二乘拟合,通过对拟合误差的判断自适应地添加主特征点,不断迭代该过程找到目标曲线。实验表明:所提出的多准则刀位分段点识别法能够准确识别刀具路径中的分段点,主特征点自适应拟合法在控制顶点数以及计算效率上均优于传统递增法,生成的混合刀具路径在自由曲面数控加工中有效可行,具有一定理论意义和工程应用价值。     

椭圆曲线回转类零件NURBS插补算法研究

针对激光熔覆加工中椭圆曲线回转类零件,提出了利用NURBS曲线直接对椭圆曲线零件拟合、插补的算法。在NURBS曲线建模的理论基础上,利用一阶泰勒展开式对插补点进行迭代运算,结合可控弓高误差插补理论,对刀轨曲线进给速度进行了规划。插补加工实例说明,对于椭圆曲线回转类零件,所提出方法满足加工精度要求,达到了预期的加工目标。     

基于ACIS的叶片型面数控砂带磨削刀位计算及精度控制方法

提出了叶片型面六轴联动磨削的刀位点的计算方法,探讨了走刀步长、行距与磨削加工误差之间的关系,开发了基于ACIS的叶片型面磨削加工仿真软件.对某叶片型面的刀位点进行了计算和走刀轨迹仿真,验证了叶片型面砂带磨削加工刀位点以及轨迹计算的正确性.     

基于直线插补的多轴联动轮廓误差控制方法

数控机床各联动轴实际动态性能不一致,会降低机床轮廓精度。针对空间复杂轮廓,提出一种基于直线插补的多轴联动轮廓误差控制方法。根据实际刀位点和用直线段逼近刀心轨迹指令曲线时的逼近节点,基于矢量法计算轮廓误差;将计算得到的轮廓误差与当前采样周期的跟随误差相叠加以控制伺服电机。在XYZ联动平台上进行了轮廓误差补偿控制实验,结果表明该方法能显著提高轮廓精度。     

非周期自由曲面数控加工的计算方法研究与应用

通过对非周期自由曲面与刀具接触规律的研究,文章提出了将最小有向距离算法应用于非周期自由曲面数控加工中。该种计算刀触点的方法以最小有向距离原理为基础,结合九点寻优算法,不仅从理论上消除了编程误差,而且不受初始点选取的限制,没有迭代收敛性问题,还可推广到其他数控加工中。     

多项式加减速的NURBS插补控制方法

针对S曲线加减速方法中的加加速度(Jerk)阶跃变化,导致机床系统在运动过程中冲击和振动等问题,提出了多项式5段加减速的NURBS插补控制方法。该方法采用辛普森自适应积分方法计算曲线长度,并以最大向心加速度、最大弓高误差作为约束条件,将曲线自适应分段。计算出分段曲线各项参数值,对应于多项式加减速规划中的加减速类型和确定加减速时间。在相同插补周期下,与S曲线5段加减速控制方法进行仿真实验对比,结果表明所提方法满足了最大弓高误差、加加速度等限制条件,且规划后的加速度和加加速度曲线连续有规则变化,速度和加速度曲线表现更柔和,使得机床系统有良好的加减速柔性。     

一种计算空间平面的平面度误差新方法

利用迭代逼近法计算空间平面形状误差，在小误差条件下，用点到坐标平面的距离，构造坐标变换的迭代公式；经过多次循环迭代，最终获得的平面度是最小区域意义下平面度误差良好的近似。实验表明本文提出的算法运行过程稳定，结果准确可靠，算法的平均相对误差在5%之内。     

NURBS曲线数控加工中的一种逼近方法

根据自由曲线上测得的型值点,通过反求工程,构建了NURBS曲线,并详细分析了采用伸缩步长法直线段逼近NURBS曲线的过程,对逼近误差进行了分析,表明其满足加工曲线的要求.该计算方法简单,逼近精度较高.     

基于加速度约束等残留高度刀轨生成算法

针对传统的等残留高度刀轨规划算法加工自由曲面时刀轨不光顺问题,提出了一种基于加速度约束等残留高度刀轨生成算法。通过判断同一条刀轨相邻刀触点之间的平均加速度来调整不符合加速度条件的刀触点,从而保证刀具轨迹的光顺性。基于该算法利用VC++6.0和UG OPEN/API二次开发平台编写程序。对拟合自由曲面得到的参数曲面进行处理后,并在UG(Unigraphics NX)CAM模块进行刀路模拟。结果表明,该算法有效的改善了刀具轨迹的光顺性,得到了理想的效果。     

闭式叶盘叶身加工切触点规划算法研究与实现

闭式整体叶盘是现代高推重比航空发动机采用的新结构。在对闭式整体叶盘叶身造型方法分析的基础上，提出基于叶片防扭曲高质量造型的等误差切触点规划算法，详细描述了算法中边界参数点确定、切削行参数划分、走刀步长确定和型值点网格化四个步骤，给出了该算法的在UGCAD系统中的实现及工程应用实例。实践证明，该算法可以保证加工质量、提高加工效率、节省系统资源，具有较强的工程实践意义。     

五坐标加工步长计算

五坐标曲面加工的理论刀具轨迹是由刀具与零件曲面的啮合关系所确定的非线性连续曲线，由此而得的机床各运动轴的理想联动规律是复杂的非线性关系，但由于目前的CNC在多轴联动控制时，一般只具有线性插补功能，理论的非线性连续曲线只能以一系列小线性段进行离散逼近后，再由CNC机床控制各运动轴作五维线性插补来实现被加工曲面的近似包络成型，由此而导致原理性的加工误差，在数控加工中，刀具在机床坐标系下的运动根据与被加工曲面的相对关系有二个方向，一是走刀轨 迹的方向，称为走刀方向，其在此方向上在一个插补周期内所移动的距离称为走刀步长。另一个是在走刀轨迹增量的方向，称为切削带步长，下面讨论这两个方向刀具的所能够移动的距离与误差的关系和进行计算。     

考虑砂轮磨损的精密数控磨床插补模型及误差分析

为了减小圆柱形砂轮非均衡性磨损对磨削精度的影响,针对三自由度大型内外圆磨床的结构和工作机理,根据圆柱形砂轮的加工特性,建立了考虑砂轮磨损的大型精密数控磨床插补模型。采用等弧长策略离散出一系列刀触点,通过周期性改变圆柱形砂轮刀触点与刀位点距离的方法,修正刀位点坐标,使加工过程中砂轮表面的磨损尽量均匀,然后通过坐标变换,将刀具轨迹转化成机床工作台的平动和转动坐标,再经过插补运算,得到机床平动轴和转动轴的进给量,进而计算出相应的控制步进电机的脉冲数和脉冲分布,最后,对加工误差进行了分析。实例仿真表明,本模型能够有效减小砂轮的不均衡磨损,提高加工精度。     

双摆头五轴联动数控加工步长的计算

在分析双摆头五轴联动数控机床的特点及弧弦逼近方法的基础上,较严格地推导出了保证加工误差在给定的误差范围内的走刀步长的计算方法.该计算方法考虑了加工所用机床的特点,能有效地保证加工精度.     

数控刻楦中刀轴矢量平滑化及仿真

为了解决数控刻楦中刀轴矢量方向相对鞋楦表面法向频繁变换而造成冲击或发生干涉等问题,提出一种刀轴矢量平滑化插值方法。在确定刀触点的情况下,根据鞋楦表面的微分几何性质确定刀轴矢量方向。采用空间矢量光滑插值方法获得一系列中间位置刀轴矢量使刀轴变化较均匀：根据鞋楦误差要求,采用几何变换方法分析切削工步的起始和结束刀触点处的刀轴矢量变化状况。据此估计刻楦误差。以某规格鞋楦数控刻制过程为例对刀轴矢量光顺化方法进行仿真。结果表明,该方法可以避免刀轴方向频繁变换,并有效地提高加工精度。