具有平滑功能的数控示教编程方法设计与研究

针对传统的数控编程对于具有自由曲线曲面的零件编程复杂、校对困难的问题,提出具有平滑功能的示教编程方法.该方法通过操作人员的示范操作得到示教点,应用平滑算法对示教点进行处理即可得到再现加工轨迹和加工程序.轨迹再现采用具有二次平滑功能的平滑算法,先用样条平滑算法和圆弧平滑算法对满足条件的部分用样条和圆弧拟合曲线,再对拟合曲线中存在的转角用增加一小段圆弧的方法进行转角平滑处理.通过实验验证了示教编程平滑算法的可行性和准确性,丰富了数控系统的编程方式.     

基于小波变换的MAG快速成形焊缝截面建模

提出一种基于小波变换的焊缝截面形态建模方法。基于小波变换模极大原理提取了典型焊缝截面轮廓,分别采用三次样条、带约束的三次样条以及B样条曲线方法对提取的焊缝轮廓进行插值,并基于最小二乘法对插值后的焊缝边缘轮廓进行了数据拟合,得到了焊缝轮廓数学模型。结果表明,采用小波变换提取焊缝截面轮廓是可行的,带约束的三次样条曲线过渡平滑、无突变点,在该试验条件下得到的焊缝截面轮廓数学模型为正弦曲线。     

飞机外形样板线切割加工程序编制

飞机外形按其几何特点大体可分为翼面（如机翼、尾翼）和机身反复杂曲面（如机身、座舱盖、发动机短舱和各类整流罩入而外形常常以列表坐标点给出其轮廓，要求通过这些点拟合成一条光滑曲线，这给线切割程序编制带来一些困难，我们采用了以下处理方法，较好地满足了图纸要求。一、圆弧样条拟合圆弧样条就是通过每个给定的点作一段圆弧，使得前后两段圆弧在相邻型值点的弦平分线上相交且相切，在总体上形成一阶连续的光滑曲线。圆弧样条的算法中采用局部坐标系（如图1），取两相邻型值点的弦线作为u轴，与其对应的垂线作为v轴。过只点的圆弧…     

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。     

级进模设计中毛坯轮廓样条曲线拟合方法研究

提出一种将直线拟合和双圆弧拟合混合应用的算法,解决级进模工艺设计中毛坯轮廓样条曲线的拟合问题,在获取轮廓曲线的离散点及相应切向矢量后,应用跳跃点尝试回溯法,在满足误差要求的前提下让直线或圆弧拟合尽可能多的点,再将半径较大的圆弧转换为前后相邻圆弧的公切线,保证拟合后轮廓曲线G1的连续性,经在UG平台上的应用结果表明,该算法性能良好,取得了不错的效果。     

一种改进的轮廓曲线角点检测方法

角点特征检测方法是图像处理的重要研究内容,针对传统的曲率尺度空间角点检测中,选择不同尺度会导致角点的漏检测和误检测问题。提出一种改进的轮廓曲线角点检测方法,先在低尺度下采用较大步长的曲率阈值法剔除小曲率区域上的伪角点,将伪角点集中在曲率较大的圆弧区域,再合并微小图元剔除圆弧上伪角点,并结合投影高度法判断图元属性,对图元进行分割和融合,提高了检测精度。实验结果表明,改进的检测算法在处理由直线和圆弧构成的轮廓曲线角点检测时,可大大提高检测准确率。     

数控加工中非圆曲线轮廓的三圆弧逼近方法

提出了一种以连续相切的圆弧逼近非圆曲线轮廓的方法.方法借鉴曲率圆法中的误差控制原理,通过求取非圆曲线与内、外偏差圆的交点确定圆弧插补节点;在每个插补区间中,曲率圆以及与曲率圆相切的两段圆弧构成连续相切的三圆弧曲线;相邻插补区间的连接点处,三圆弧之间同样连续相切.相比传统的相切圆法及双圆弧样条方法,该方法的误差控制直接,运算简单,具有一定的工程应用价值.     

自由曲线轮廓数控刀具路径生成及加工

介绍了一种平面自由曲线轮廓用圆弧和直线拟合生成数控加工刀具路径的方法,该方法依据曲率变化情况,对需加工的截面轮廓曲线进行分段,分别用圆弧和直线线段去拟合,采用控制总体最小误差的方法,计算得到拟合圆弧和直线线段的空间位置参数,借助绘图软件,画出拟合的圆弧和直线线段,通过测量计算得到圆弧和直线的端点坐标,然后用简单插补指令生成数控加工刀具路径程序.以某成型刀具刀盘的加工为例,详细介绍了此方法的应用,实现了具有复杂回转面轮廓曲线零件的手工编程加工,经检验应用此方法加工的刀盘零件完全符合相关要求.     

数控编程中列表曲线的拟合

文章从计算几何、函数逼近论等数学理论出发,对列表曲线进行了圆弧样条拟合和双圆弧拟合.圆弧样条拟合法具有几何不变性,且圆弧样条的计算比其他的样条曲线简单、准确.双圆弧拟合法采用了整体坐标系, 不放弃十分有用的导数信息,提高了拟合精度,克服了大挠度高精度及巨量编程的困难,特别避免了求解可能不收敛的非线性方程组.在对列表曲线拟合编程及应用于数控加工实践的基础上, 提出圆弧样条函数拟合和双圆弧拟合是解决列表曲线拟合的有效途径.     

B样条曲线拟合在数控内孔曲线磨床加工中的应用

为了改善定子曲线(列表曲线)的平滑性及使曲线曲率变化更加均匀,从而使定子曲线径向速度、加速度变化率无突变,不产生激振,使机床加工出的定子轮廓误差更小、表面粗糙度更小,提出采用B样条曲线拟合法对列表曲线进行拟合后再加工的方法。在用QMK003数控内孔曲线磨床加工定子时,应用了上述方法,并测试加工后的定子,结果表明:泵的噪声降低,效率提高。说明该方法是可行的,具有很强的推广价值。     

一种数控折弯加工多参量非线性补偿新方法

对复变量移动最小二乘法及其基函数、紧支域半径等重要参数进行研究,针对它在非均匀采样点集应用上的不足,提出一种待拟合点紧支域半径随采样点区域稀疏程度动态调整的改进型复变最小二乘法,并将其应用到数控折弯机的多参量非线性补偿中,对多组拟合数据进行对比性曲线拟合以及曲面拟合。结果表明:与传统的复变量移动最小二乘法拟合曲线相比,改进型复变最小二乘法在计算复杂度、平滑性以及精度尤其是点密集区域的精度等方面都取得了较大的改进。     

基于梯度矢量流变形轮廓的B样条曲线拟合

给出了基于梯度矢量流变形轮廓的离散数据点拟合算法.首先计算出所给离散数据点各点的梯度矢量流(Gra-dient Vector Flow,GVF)力场,将此力场作为静态外力场,采用B样条曲线作为初始变形轮廓线,运用有限元方法对B样条变形轮廓的能量泛函极值问题进行求解,从而实现变形轮廓在外力场的作用下向离散数据点逼近.应用实例证明,该算法可以获得较好的曲线拟合效果.     

柱坐标熔焊机器人分层算法与成形效果分析

在对柱坐标熔焊成形设备介绍的基础上,提出适用于回转框架结构的自适应分层、填充算法,通过三次择优筛选,减少网格的无效判断次数;建立了叠层堆积的误差模型,结合截面轮廓曲率变化动态计算适应成形精度要求的分层厚度;以NURBS作为基函数对分层轮廓进行最小二乘拟合,通过遗传算法寻找最佳拟合权值优化拟合结果.结果表明,成形过程中焊枪运行平稳,悬臂摆振较小;采用柱坐标特有的回转结构进行圆弧填充,避免了各焊缝间的成形时间等待和折线轮廓带来的过堆积现象,最后通过实际案例验证了分层软件的稳定性与可行性.     

曲线拟合在数控加工中的应用：非圆曲线数控自动编程

一概述在数控加工中,常常遇到非圆曲线、列表曲线及自由曲面的零件,如凸轮、抛物线样板、叶片、摩托车车垫和电视机模具等。随着计算机技术的飞速发展和普及应用,就能在保证精度的情况下有效地编制这些零件的数控程序。曲线拟合有多种计算方法,如直线逼近、双圆弧逼近、三次样条函数拟合、圆弧样条函数拟合和B样条拟合等。其中转轴三次样条在型值点处具有一阶和二阶连续导数,性能稳定,拟合精度高,较其他样条函数有明显的优越     

高速数控机床平滑路径规划分析

高速数控机床切削速度大于60 m/min,加速度大于2g,对于小曲率及不连续切线加工,易导致冲击尖峰,产生机械振动,降低切削质量,缩短设备寿命。目前,通过路径平滑技术可消除刀具路径的不连续性,但该技术仅限于线性刀具路径。提出基于双回旋曲线倒角的路径平滑方法,该方法可将任意直线、弧组成路径转换为曲率连续路径,通过路径的弧长参数化,简化插值。通过数控激光切削机床测试可知,平滑圆角可在圆弧与圆弧之间或圆弧与直线之间拟合。与贝塞尔曲线圆角比较分析可知,该方法提高了进给速度,缩短了循环时间,且所得曲率轮廓更平滑。     

基于图像处理技术的刀具热变形测量研究

针对机床预热时刀具变形问题,设计基于图像处理的刀具热变形测量方案,以获得刀具轴向热误差随预热时间的变化关系。采用高速相机采集刀具热变形图像,利用MATLAB软件,通过Canny算法对图像进行边缘提取粗定位。采用亚像素拟合边缘检测方法对刀具边缘轮廓进行精确定位,即运用最小二乘法拟合出刀尖圆弧曲线,从而计算出刀具预热过程中的热变形量,为后续机床热误差补偿奠定基础。     

异型工件全局逼近NURBS曲线焊接轨迹生成的研究

单件小批量工件的自动化焊接中,焊接轨迹的生成过程操作复杂,为此以焊缝在平面内的焊接工件为研究对象,研发了一种异型工件自动焊接装置,提出了一种基于机器视觉的异型工件焊接轨迹在线生成的方法。通过图像识别并提取出异型工件外形轮廓,将最小二乘算法应用于NURBS曲线插补,实现了最小二乘NURBS曲线全局逼近拟合,在线生成工件轮廓的焊接运动轨迹。结果表明该算法具有较高的精度和效率,能快速在线生成各种工件外形轮廓的平滑焊接轨迹,避免了焊接过程中的抖动问题,保证了焊接质量。     

类样条光顺算法——各类盒形拉深件毛坯轮廓线的光顺处理

一、引言所谓光顺,包含两方面的意思,一是光滑,其次是顺眼。光滑是个局部的概念,只涉及到每一点及该点的一个小邻域;顺眼是个整体的概念,要求曲线没有多余的拐点,曲率变化较均匀。曲线光顺的方法很多,常见的有最小二乘法、能量法、回弹法、基样条法和圆率法等。后两种方法为选点修改,即保留好点,改动坏点;能量法是与坐标无关的几何处理;回弹法是由能量法推出来的。这些方法虽说各有自己的优点,但并不象最小二乘法那么简单、方便。最小二乘法是一种常见的、最有影响的光顺方法,它的基本思想是假设函数P(x)为     

高精度冰刀磨削加工激光在线测量技术北大核心

为了满足体育竞赛对高精度冰刀的需求,提出一种高精度冰刀磨削加工的激光在线测量技术。通过线激光传感器在线测量冰刀刀刃轮廓,对测量数据进行低通滤波、小波滤波及中值滤波的组合滤波处理,利用正弦函数对处理结果进行数据拟合,拟合结果与测量数据的误差在0.01 mm以内,重复测量误差在0.004 mm以内,利用项目研制的高精度数控冰刀磨床加工一段半径R=21 000 mm的冰刀圆弧,这段圆弧的粗糙度达到0.3μm、圆度达到4.1μm。采用激光传感器测量该段圆弧,验证测量数据处理的准确性,得出激光测量结果与标准曲线精度误差在0.007 mm以内,满足高精度冰刀在线测量与加工的要求。     

一种基于结构光视觉的焊缝跟踪特征提取方法

对基于结构光视觉的焊缝跟踪特征提取方法进行了研究.首先通过逐列分割结构光条纹灰度菠峰并计算其重心位置实现对结构光条纹中心线的提取,其中采用自适应阈值分割和波峰特征距离计算相结合的方法以保证提取的可靠性;其次利用逐点递增式的分段直线段最小二乘拟合提取了接头轮廓的形状特征,进一步利用预先定义的基元符号实现了接头轮廓的形状描述;最后在此基础上实现了对焊缝接头的识别和跟踪点的提取.分别进行了对接、搭接以及角接焊缝实验,验证了本方法的有效性.