四元数球面Bézier样条插补算法的研究

为了简化五轴CNC数控系统中的刀具定向运动的编程工作,提出一种基于四元数球面Bézier样条插补算法.该算法根据建立的刀具运动的空间数学模型,实时插补计算出刀具路径点和刀具定向矢量.实验结果表明,该算法不仅保证了刀具平移运动和旋转运动的同步协调性,而且有效的提高了加工精度,满足了五轴高速高精的加工要求.     

基于实时插补的五轴加工非线性误差控制

五轴联动加工线性插补运动时,因旋转轴的影响,机床控制点的运动将使刀具中心偏离编程轨迹,产生非线性误差.以刀具工作台混合型五轴机床为例,在分析该类型五轴加工中非线性误差形成理论基础上,提出一种基于实时插补的非线性误差控制方法,在基于进给速度规划的轨迹插补之后,对插补中相邻插补点之间的非线性误差进行控制.最后通过仿真分析对该方法进行了验证.     

数控加工中刀具补偿的应用

在数控机床的加工过程中,可以清楚看出刀具（或电极丝、激光等,以下统称为刀具）中心的运动轨迹与工件已加工轮廓不重合,这是因为工件轮廓是刀具以运动包络的方式形成的。刀具的中心（底端面与轴线相交点）称为刀具的刀位点,刀位点的运动轨迹即代表刀具的运动轨迹。     

非球头刀单触点宽行加工刀具运动优化方法

将非球面刀具的单触点宽行加工复杂曲面问题归结为刀具曲面包络特征线在运动变换下逼近设计曲面的曲面拟合问题,提出复杂曲面非球面刀具单触点宽行加工的通用刀具运动优化方法—曲面包络逼近原理.该方法基于曲面自然活动标架理论,推导了由刀具曲面和设计曲面运动不变量参数描述的、通用规范的刀具相对工件运动的速度方程和运动变换矩阵;分别以加工效率和加工精度最优为目标,建立了能确保刀具相对工件运动连续光滑的刀位优化的泛函极值模型.最后通过一个圆锥面刀具和一个圆环面刀具的数控加工复杂曲面的仿真实例,论证了文中方法的精确性、有效性和通用性.     

通用RTCP算法的研究与设计

由于旋转运动的影响,五轴加工时会产生非线性运动误差.RTCP(旋转刀具中心点)功能可使数控系统自动对控制轴进行实时线性补偿,从而保证插补点始终位于编程轨迹上.在深入分析五轴机床运动结构的基础上,设计一种集成了RTCP功能的插补算法,并给出了算法的理论误差分析以及仿真实验结果.实验结果表明该算法可以有效减小非线性误差,且简单易行,还能充分满足实时性要求,可广泛应用于现代CNC系统中.     

快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践

快速刀具伺服系统(fast tool servo, FTS)是实现非圆截面和非轴对称表面零件加工的关键部件. 加工过程中,FTS应克服时变切削力负载和自身参数的非线性, 驱动刀具完成高频高精度跟踪运动. 为了解决FTS的快速精密跟踪控制问题, 根据刀具运动参考轨迹已知的特点, 应用自抗扰控制原理和前馈控制策略, 针对基于剪应力和正应力电磁驱动的两种直线执行机构, 分别设计了采用线性和非线性扩张状态观测器的自抗扰控制器, 并利用传递函数和描述函数方法, 分析了线性控制器的跟踪精度和动态刚度特性, 探讨了非线性控制系统的极限环问题. 两种基于自抗扰控制的快速刀具伺服系统已应用于发动机椭圆截面活塞的精密车削和二维正弦微结构表面的超精密车削,满足了加工需求. 研究与应用结果表明: 自抗扰控制思想独特、算法易于工程实现, 具有很好的工程应用价值.     

数控加工刀具变形误差补偿技术研究

在数控铣削加工的研究中,刀具变形引起的加工误差对工件的加工精度影响较大.研究了一种考虑切屑厚度影响的切削力模型,建立了由切削力引起的刀具变形加工误差的分析模型.为了提高加工精度,提出了一种线性迭代误差补偿算法,方法主要对由切削力引起的刀具变形产生的切削误差进行循环迭代补偿.通过应用数控加工中心,方案进行了验证,对补偿后...     

基于Web的数控曲面磨床几何误差补偿技术

以误差补偿技术的网络化应用为目的展开研究,选取SMART-CNC数控曲面磨床为研究对象,运用多体理论,建立了磨床的运动模型,获得了与精密刀具轨迹相对应的逆变刀具路线或逆变数控指令的求解方法,在此基础开发了基于网络的误差补偿软件,构建了网络化误差补偿服务系统。仿真试验结果从理论上证明了本文建模方法的正确性和网络化应用方案的可行性。     

大数据环境下刀具仓储与采购智能协同研究

刀具是柔性制造企业中重要的工具资源,信息化是柔性制造企业的显著特征。论文在大数据环境下,利用刀具信息管理系统与其他如ERP、CAM、PDM等信息系统沉积的数据,分析了刀具消耗与生产计划存在的线性回归关系,并研究刀具库存与采购的智能协同阈值的发现公式,根据生产计划预测刀具的消耗,科学配置刀具的库存量以加快资金周转提高经济效益。     

手眼系统中刀具刀头位姿标定与视觉引导

在服务机器人的日常任务中要求机械手抓取不同的目标,且根据目标的放置位姿的不同需要从相应角度进行抓取,但机械手与手持目标的位姿关系往往难以精确和直接地测量。以刀具作为手持目标,利用eye-in-hand手眼系统抓取该目标后,在线标定手眼与手持刀具刀头的位姿关系,首先给出了摄像机调焦前后焦距标定的计算方法,再将调整焦距视为摄像机沿光轴的平移运动,通过调焦前后摄像机获取的两幅图像,标定出刀具在摄像机和机械手坐标系下的位姿,同时给出了刀具刀头到期望加工点的导向矢量计算方法。     

数控加工中的刀具补偿

一、刀具补偿的提出用立铣刀在数控机床上加工工件（如图1所示），可以清楚看出刀具中心运动轨计与工件轮廓不重合，这是因为工件轮廓是立铣刀运动包络形成的。立铣刀的中心称为刀具的刀位点（4、5坐标数控机床称为刀位矢量），刀位点的运动轨计即代表刀具的运动轨迹。在数控加     

加工中心的刀具选用

加工中心所用的刀具是由通用刀具（又称工作头或刀头）和与加工中心主轴前端锥孔配套的刀柄等组成。在应用中,要根据加工中心机床的要求、夹具的要求、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具。刀具选择总的原则是：刀具的安装和调整方便,刚性好,耐用度和精度高。在保证安全和满足加工要求的前提下,刀具长度应尽可能短,以提高刀具的刚性。 在加工中心机床上,各种刀具分别装在刀库中,按程序的规定进行自动换刀。因此必须采用标准刀柄,以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的刀具能迅速、准确地装到机床主轴上。…     

线性二次型最优控制在倒立摆系统中的实现

线性二次型最优控制是一类以线性系统为被控对象,以二次型泛函指标为性能指标的最优控制问题,由于特殊的指标形式和系统对象的线性性质,使所讨论的带有等式约束的动态优化问题可以获得基于Riccati方程表达的线性状态反馈,文中给出了一种利用线性二次最优控制理论实现小车倒立摆平面运动的控制方法,并在此基础上建立了相应的数学模型,同时,利用MATLAB工具进行了计算机仿真,仿真结果表明,该方案可以得到较为满意的结果。     

嵌入式系统的线性升温控制器设计

针对软化点测试实验过程中对温度的控制要求,提出一种基于嵌入式系统的线性升温控制器设计方案。该方案针对2种不同线性控温要求均采用了以温升速率的变参数PID控制器设计为主的方法,并通过引入温度的长周期积分调节解决了温升曲线全程线性化的问题。该文依据此设计方法并结合沥青软化点测试环境中的控温要求,设计了水温线性控制器实物电路,通过实验进一步验证了该方法的可行性。     

虚拟轴数控机床刀具运动状态的实时规划

提出了虚拟轴数控机床的递阶控制方法, 并着 重介绍了递阶控制的第一级——刀具运动状态实时规划所涉及的切削路径生成、刀具运动路 径计算和刀具运动姿态规划三个关键问题的求解过程, 为虚拟轴机床数控系统的研究开发奠 定了必要的理论与技术基础．     

摄像机自标定的线性理论与算法

文中提出一种新的摄像机线性自标定的算法和理论。与文献中已有的方法相比,该文方法的主要优点是对摄像机的运动要求不苛刻,如不要求摄像机的运动为正交运动。该方法的关键步骤是确定无穷远平面的单应性矩阵（Homography)。文中从理论上严格证明了下述结论：摄像机作两组运动参数未知的运动M1＝{（R1,t^11),(R1,t^12)},M2={(R2,t^21),(R2,t^22)},若下述两个条件满足：（1）T1＝{t^11,t^12},T2={t^21,t^22}是两个线性无关组（即本组内的两个平移向量线性无关）;（2）R1,R2的旋转轴不同,则可线性地唯一确定摄像机的内参矩阵和运动参数。另外,在四参数摄像机模型下,严格证明了一组运动可线性地唯一确定摄像机的内参数矩阵和运动参数。模拟实验和实际图像实验验证了本文方法的正确性和可行性。     

在GPU上实现基于高斯映射的通用刀具扫描体建模

以针对数控加工仿真的需要,以高斯映射理论为基础、GPU为主要硬件平台,提出一种基于并行计算的快速通用刀具空间扫描体建模方法.首先结合通用刀具的数学模型,利用高斯映射理论分析刀具平动时的扫描体建模原理;然后分析刀具做任意空间运动时的刀具表面点法向量和对应的接触映射,推导求解扫描体包络边界的表达式;再根据GPU上的通用计算方法和GPU图形绘制管线设计基于GPU实现刀具空间扫描体建模的算法流程,并利用C++、Open GL和Open GL着色语言GLSL实现了该方法.通过刀具扫描体建模实例,验证了文中方法的正确性与实时性.     

线性滑轨的应用与安装技术

一、前言 随着数控机床技术的发展和零件加工领域的细分,人们对现代数控机床提出了更高的要求:高速、高效、高精度.顺应时代发展的需求,线性滑轨应运而生.线性滑轨又称直线滚动导轨,简称线轨,由钢珠在滑块与滑轨之间作无限滚动循环,负载平台能沿着滑轨轻易地以高精度做线性运动.     

潜艇水平面操纵运动模型误差仿真分析

潜艇水平面运动模型是对潜艇水平面操纵运动进行仿真模拟的基础,运动模型选择的合适与否将直接影响潜艇操纵运动仿真的精确性和实时性。为此,以某型潜艇为研究对象,编制潜艇水平面线性与非线性操纵运动仿真程序,通过仿真并与实艇试验数据比较,分析了两种操纵运动模型的仿真误差,结果表明潜艇水平面操纵运动非线性模型误差远小于线性模型误差,与线性模型相比较,水平面非线性操纵运动模型具有更高的使用价值。     

潜艇垂直面操纵运动模型误差仿真分析

研究潜艇操纵运动性能优化问题,潜艇垂直面运动模型是潜艇垂直面操纵运动稳定性的基础,运动模型建立的精确与否将直接影响潜艇操纵运动精确性和实时性。为此,以某型潜艇为研究对象,编制潜艇垂直面线性与非线性操纵运动仿真程序,通过仿真并与实艇试验数据比较,分析了两种操纵运动模型的仿真误差,结果表明潜艇垂直面操纵运动模型中的非线性项的影响非常小,由于解算线性模型的速度要比非线性模型快得多,证明垂直面线性操纵运动精确性对垂直面内的自动操纵有很大提高,说明垂直面线性操纵运动模型很有使用价值。