一种三次插值样条曲线的插补方法研究

针对复杂轮廓零件数控加工的实际需求,基于数据采样插补原理,对一种三次插值样条曲线的插补算法进行了研究.样条曲线进行参数化运算插补,先使用一系列首尾相接的微小直线段来逼近给定的插值样条曲线轮廓,再利用轨迹空间与参变量空间的对应关系,控制参变量,求取插补点坐标,得到整个离散化插补轨迹.此算法加工速度稳定性高,有利于高速高精地生成插补轨迹.     

面向高质量加工的圆弧平滑压缩插补算法

为实现离散小线段形式下圆弧的高速高精加工,在分析现有样条插补方法不足的基础上,提出一种圆弧平滑压缩插补算法。该算法根据双弓高误差限制,从由离散小线段构成的加工路径中识别出非连续微小线段加工区域和连续微小线段加工区域。对于非连续微小线段加工区域,直接在离散小线段上进行插补计算,以保证加工精度。对于连续微小线段加工区域,根据离散指令点的曲率值对曲率极值点和拐点进行拟合,将折线加工路径转化为平滑的二次有理Bézier曲线加工路径;然后,利用二次有理Bézier曲线特征识别出圆弧并转换为几何形式;最后,将相邻圆弧段合并后进行插补计算。实验结果表明,在离散小线段形式下,该算法可以有效降低速度的频繁波动,实现圆弧的高质量加工。     

高档数控机床B样条曲线高速实时插补研究

为了解决高档数控机床在B样条曲线加工时存在插补计算量大、型值点确定比较麻烦、控制精度不高等问题,提出了一种B样条曲线高速实时插补的方法。经具体实例在MATLAB 7.0上仿真,结果表明插补误差明显减小、控制精度显著提高,满足高速、高精度实时插补的要求。对应用该插补算法解决B样条曲线插补等问题具有重要的现实意义。     

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。     

用于加工弧面凸轮轮廓曲面的NURBS插补方法

在分析弧面凸轮轮廓曲面上加工刀痕产生的原因,以及对分度机构性能影响的基础上,提出了用NURBS样条插补凸轮从动件运动规律曲线的思想方法.通过对NURBS样条插补改进算法的深入分析,得出了进一步校正满足加工步长条件的NURBS样条参数增量的算式.同时对插补前弧面凸轮从动件运动规律曲线的修正、NURBS插补误差和插补过程的实现进行了计算与分析.结果表明,采用文中给出的方法,能显著提高弧面凸轮轮廓面的加工精度.     

基于DSP的位模式插补算法研究

传统的插补算法都是依赖于曲线的数学函数表达式,对于无法得到具体方程表达式的曲线就难以适用,而如果采用位模式插补算法,就可以有效地解决这个问题。本文首先对位模式插补算法的原理进行了分析,然后在通用的DSP芯片上通过实例对算法进行了验证,最后对存在的主要问题进行了讨论。实验结果表明:位插补算法简单、有效并且对插补数据的形式没有要求,在数控系统已经具备了较实用的直线插补和圆弧插补功能的基础上,位插补可以为比如样条插补、函数曲线插补提供一条途径。     

面向五轴加工的等距双NURBS刀具路径同步插补方法

针对由离散刀位点数据生成的五轴加工等距非均匀有理B样条曲线刀具路径中两条非均匀有理B样条曲线参数不同步的问题,建立了一种等距双非均匀有理B样条曲线参数的同步模型,实现等距双非均匀有理B样条曲线刀具路径插补过程中两条非均匀有理B样条曲线参数的同步运动。将三轴非均匀有理B样条曲线插补算法应用于五轴加工等距双非均匀有理B样条曲线刀具路径中的刀具中心点非均匀有理B样条曲线,根据参数同步模型将插补算法同步到刀轴点非均匀有理B样条曲线中。仿真表明,采用该算法能够使刀具始终沿着等距双非均匀有理B样条曲线刀路进行同步插补,参数同步插补精度主要集中在10-6 mm级数上,适用于复杂曲面的五轴加工。     

复杂曲面加工中等距双NURBS刀具路径高效插补方法

为降低复杂曲面加工中采用相同节点向量生成等距双非均匀有理B样条(NURBS)刀具路径的插补误差并提升插补实时性,提出一种基于改进协同进化遗传算法及三阶导出Newton型参数计算的双NURBS刀具路径插补方法。基于误差控制选取部分刀具中心点和刀轴点离散数据,并采用同一节点向量构造双NURBS曲线,利用协同进化遗传算法调整刀轴点曲线的权重值,以降低曲线的拟合误差从而提高插补精度。实际插补时,采用三阶导出Newton方法提高插补参数的计算精度,以进一步降低插补误差,减少参数计算时间。仿真实验表明,与其他方法相比,该算法能够有效降低插补误差、提升插补实时性。     

圆锥样条合成矢量插补及C机能刀补

提出了圆锥样条合成矢量插补及其数控加工C机能刀补算法。建立相对坐标系,基于相对坐标系中曲线始点差分值递推计算曲线坐标值,实现圆锥样条统一插补。构建矢量圆,利用矢量圆与圆锥样条的矢量合成构建圆锥曲线等距曲线,进而实现圆锥曲线等距曲线的矢量合成插补,控制刀位点进给。在此基础上,设计圆锥曲线数控加工衔接处尖角过渡的解决方法,实现圆锥样条数控加工C机能刀补。实验证明:算法鲁棒、有效,满足工程应用需要。     

高速高精度曲线重构与递推插补研究

为解决中高档计算机数控(Computer numerical control,CNC)中基于多项式基的Hermite样条曲线实时插补算法递推速度低且逼近精度较差的问题,文中利用指数函数e–t快速递推及收敛的优点,在代数指数混合空间构造新的样条曲线并给出基于该曲线的递推插补算法。应用该算法进行的插补试验中,与Hermite曲线相比,新样条曲线的递推速度提高1.7～2.1倍,同时逼近精度提高一个数量级。结果表明基于新曲线的插补算法在提高轮廓加工轨迹精度的同时,也提高加工效率,满足中高档计算机数控中样条曲线的构造要求。     

基于MCS-51的数控插补系统设计

介绍了一种数控插补模拟实现的控制系统.主机将数控代码转换成串口通信数据,再利用MSComm控件将编码数据从串口发送至下位机;从机控制系统使用教学中常用的MCS-51单片机,在主机的控制下,完成了直线和圆弧插补,实现了纵向和横向步进电机的两轴联动.叙述了步进电机驱动电路及其控制系统、从机与PC的串行接口等.研究结果表明,本系统适合教学演示、算法验证以及科学研究等场合的使用.     

An interpolation method for the open CNC system based on EPM

A typical open computer numerical control (CNC) system should own the capability of being redeveloped easily and effectively, and any improvements of interpolation algorithm or machining technique could be put into practice by users conveniently. However, this is not always available in the current open CNC systems. To solve this problem, an interpolation method based on external profile mode (EPM) is introduced to improve the universality and the performance of an open CNC system in this paper. The method is realized with a rough interpolation in the PC host and a fine interpolation in the slave motion controller. With this method, various interpolation algorithms can be easily realized in the rough interpolation when machining complex contours. Meanwhile, the machining parameters during each interpolation cycle can be wholly determined by the host, so a real-time adjustment of machining parameters can be accomplished during the interpolation. The working principal of EPM is presented in this paper, and the realization of interpolation algorithms with the proposed method is described. A look-ahead algorithm for determining the machining parameters of each segment is implemented based on the length of segments in the rough interpolation. An acceleration/deceleration strategy with confined jounce is proposed in the look-ahead algorithm. The experimental results of specific profile interpolation show that the interpolation method based on EPM can make the open CNC system more universality and high performance.     

分布式气象数据采集系统

提出了分布式气象数据采集系统的实现方案。阐述了PC机与单片机之间多机通讯的原理及实现方法。其中的单片机是针对应用最广泛的MCS-51系列中的8031单片机设计的。利用8031单片机串行口的多机通讯模式和PC机的奇偶校验位,构成分布式气象数据采集系统。分布式气象数据采集系统是一个多机系统,它以PC机为主机,以其奇偶校验位为多机通讯标志位,以单片机为从机。从单片机进行数据采集及初级处理,而PC主机则汇总数据并完成综合处理,同时还能根据情况随时向各个从单片机发出操作命令。采用的RS-422A标准串行接口代替了常用的RS-232C标准串行接口,它采用差动接收、差动发送的工作方式,提高了通讯可靠性。在软件上,把通讯数据分为数据帧和命令帧,按照主从机之间的通讯协议分别传送,这有利于程序的模块化设计。该方法可以推广应用于其他系统,对硬件电路设计及程序设计具有一定的参考价值。     

异型柱面数控车铣加工轨迹插补技术

针对异型柱面CNC车铣组合加工轨迹插补特点，引入并成功运用了曲面直接插补（SDI）思想，提出了异型柱面CNC车铣组合加工集成式CNC轨迹插补模式，成功地解决了异型柱面CNC车铣组合加工轨迹实时插补控制问题，研究了轨迹插补算法。算法简单、实用。     

基于直线插补的字体边缘识别技术

为了满足市场上对各种汉字加工的需要,在Windows系统下,通过对汉字边缘识别技术的研究分析,提出了基于BMP图形像素点的八方向边缘检测算法,成功地识别和提取了不同参数的字体外形轮廓信息,并采用逐点比较直线插补算法,提取了关键数据点的信息,最后开发了XY运动仿真平台控制软件,实现了字体运动轨迹的仿真及实际雕刻加工.研究结果表明,基于该技术的字体加工效果理想.     

2GSPS数字存储示波器插值算法

数字存储示波器在快时基档位工作时,由于实时采样率不够,仅能采集信号的少数样点,为了重构信号,必须进行插值。通过编程和仿真比较了三次样条插值、分段线性插值、三次插值、最邻近插值对几种不同波形的恢复结果,并计算和分析了相关的均方误差。考虑实际待测的信号的不可知性和复杂性,并权衡精度与速度,当待插信号的点数小于100点时,选用三次样条插值;当待插信号的点数不小于100点时,采用三次插值法。Matlab仿真表明,设计结果的各项性能指标均达到指定要求,设计过程简便易行。     

工具磨床分段型CNC控制软件的总体设计与后置处理

将分段型ＣＮＣ系统的结构思想应用于六坐标ＣＮＣ工具磨床上，提出从后置处理到伺服系统驱动的六坐标ＣＮＣ工具磨床的分段型ＣＮＣ软件结构，以提高伺服系统的实时性和简化下位插补程序的设计，设计了专用的后置处理，以完成分段型ＣＮＣ控制的关键部分，为使读磁盘数据时的暂停对加工精度影响的较小，用暂停指令Ｇ０４实现加工过程中的准停。     

轨迹规划中的B样条插值算法

研究了B样条插值在轨迹规划中的应用及其与轨迹规划中传统的插值算法相比较所具有的优势。并用计算机仿真实现了一维、二维空间中轨迹规划的B样条插值算法。最后对在将来在多轴控制器的各轴的规划中应用B样条插值逄法的若干问题作了初步的探讨。     

Three-Dimensional Implicit Curve Interpolation

An approach to 3D implicit curve interpolation in computer numerical systems (CNC) is presented. A 3D implicit curve is the intersection of two implicit surfaces. Geometric entities of 3D implicit curves are related to motion entities along the curve. The results are then used to develop real-time 3D implicit curve interpolation. An improved interpolation scheme has been proposed to augment the initial interpolation scheme to eliminate the cumulative point deviations. Simulations of implicit curve interpolation have been carried out to verify the effectiveness of the proposed algorithm. They also demonstrate that under typical machining conditions, the interpolation error for the improved scheme is well within the accuracy requirements of typical machines. The example has an application potential for tool-path interpolation when tool paths are obtained by intersecting an implicit design surface by drive cylinders. These show that the proposed algorithm is potentially useful for the machining of implicit surfaces.