一种简化计算的S型加减速NURBS插补算法

针对目前NURBS曲线插补中加减速控制方法不足的问题,实现了加工过程中进给速度的平滑过渡,提出了一种新的NURBS曲线插补方法,包括速度规划和实时插补两个方面。速度规划采用了一种基于曲率自适应的简化计算的S型加减速方法,并结合"双向插补"的思想实时预测减速点,防止产生过大的弓高误差;实时插补则利用Muller插值和Newton迭代法计算了下一周期的插补参数,进而求出了下一时刻到达的空间坐标点。最后与已有插补方法进行了仿真分析比较。研究结果表明,该方法能保证加速度连续和加加速度有界,有效减少弓高误差和进给速度波动,提高机床运行的平稳性。     

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。     

基于de Boor算法的NURBS曲线插补和自适应速度控制研究

以NURBS曲线deBoor递推插补算法为基础，针对NURBS曲线速度处理的特殊性，建立了一种NURBS曲线自适应速度控制模型，该模型分为速度自适应控制和插补前加减速处理两部分。以deBoor算法为基础对整个插补周期的弓高误差以及切向和法向加速度进行实时监控，分析了误差产生的原因并进行了相应的速度控制；以插补前直线加减速为例引入NURBS反向插补的概念，解决了NURBS曲线减速区长度计算问题。实验结果表明，该模型满足实际的NURBS曲线插补的需要。     

一种实时前瞻的NURBS曲线加减速控制方法

结合NURBS曲线加减速机制,依据插补精度与进给速度的关系,提出了一种实时前瞻的NURBS曲线加减速控制方法。在保证给定弓高误差的基础上,通过对速度尖点的划分,将NURBS曲线划分为若干段,并对各个分段进行相应的速度规划处理。在速度规划过程中,选择相应的加减速曲线,重新计算并修正加减速时间段,得到相应的速度和加加速度,从而得到平滑的速度过渡曲线。通过仿真比较,验证了所提出的实时前瞻的五段S曲线加减速控制算法的正确性、有效性和实时性。     

基于分数次幂多项式的NURBS曲线快速插补方法研究

为减小NURBS曲线插补过程中对机床产生的柔性冲击,针对目前常用的S型速度控制策略中加加速度不连续以及速度变化相对缓慢的问题,在满足加加速度最大值限制的前提下,提出了一种基于分数次幂多项式的速度控制方法。结合加工路径曲率变化设计了前瞻算法计算加减速位移,自适应确定减速点。仿真结果表明,该方法可以快速提高进给速度,实现加加速度的平滑过渡。     

基于干涉预处理的NURBS曲线前瞻插补算法

鉴于直接自适应插补容易在加工过程中引起较大的速度波动,而按曲率极值点对NURBS曲线进行分段插补造成加减速过程中加速度和加加速度超限,提出一种基于干涉预处理的非均匀有理B样条曲线前瞻控制插补算法。首先对曲线进行自适应处理,得到各自适应插补点的运动参数;然后找出其中加速度或加加速度超限的点(即危险点),并对这些点的速度进行前瞻控制,根据前瞻控制信息对相邻危险点进行干涉处理,最终得到用来对曲线分段的危险点信息和相应的控制策略;最后根据各危险点之间的干涉类型对曲线进行实时插补。仿真实验表明,该算法能够在保证加工精度的前提下,实现进给速度的平滑过渡,并且能够保证加速度和加加速度不超限。     

同周期控制NURBS曲线高速高精度插补算法研究

为实现对NURBS曲线的高速高精度加工,基于同周期控制思想,提出了一种同周期控制NURBS曲线插补算法(即数控系统的插补周期与伺服系统的控制周期同步).通过软件系统的模块化设计,将费时、复杂的运算经过合理设计安排到预处理模块;同时,为进一步提高算法运算速度和指令高速传输,在算法处理方面采用计算简单并能确保速度曲线平滑的移动平均加减速控制算法对曲线进行加减速处理;在硬件通讯方面采用双端口RAM作为传输接口.最后搭建系统实验平台并对同周期控制NURBS曲线高速高精度插补算法进行实验研究.实验结果表明同周期控制NURBS曲线插补算法可以实现高速高精度加工的插补控制.     

NURBS曲线实时插补进给速度规划技术研究

为了解决NURBS实时插补进给速度规划过程中所存在的计算量大,实时性不高等问题,提出了离线进给速度规划方法。该方法在非实时周期内完成速度规划任务,并生成进给速度曲线。为了满足机床动力学约束,在规划过程中充分考虑了机床最大加速度和最大加加速度约束。仿真分析表明,该方法能够大幅减小实时插补周期的计算任务量,提高插补的实时性;同时,所规划的速度曲线满足机床动力学要求,具有良好的进给速度平滑效果,有利于提高插补精度。     

基于细菌觅食算法的自适应NURBS曲线插补

制造业对加工过程中进给速度和加速度的平稳变化有着严格要求,为减小速度突变时对机床及刀具产生的冲击,确保加工精度符合要求,提出一种基于细菌觅食算法优化的非均匀有理B样条(NURBS)曲线S型加减速约束插补方法,该方法利用细菌觅食优化算法对NURBS曲线的控制点变量个数及关键位置信息进行优化,构建出更为平滑的NURBS曲线,减小计算负荷,并依据所构图形对弓高误差的要求,确定出每个插补点的进给速度,寻找确定速度改变点及速度波动位置,进而确定加减速度关键点,进行S型加减速控制,从而保证加工时速度稳定过渡,加工曲线平滑精确。该方法通过仿真及实验得以验证。     

基于NURBS曲线的加减速控制方法研究

针对目前参数曲线加减速控制的不足,研究了基于NURBS曲线的插补前抛物线-直线-抛物线的S形加减速自适应控制方法,将高速加工中容易超限的弓高误差、机床所承受的加速度等参数均考虑在内,而且合理地解决了插补前加减速控制中的减速点预测困难的问题。采取优化、简化等快捷算法,实现了实时自适应的NURBS等参数曲线插补的加减速控制,并用实例进行了验证。     

数控系统的直线和S形加减速离散算法

提出了一种新的直线和S形加减速控制算法,给出了直线和S形加减速的速度迭代公式。程序段长度不能满足理论上加减速计算的时间分割条件,即理论减速点和实际减速点不重合,这导致在减速阶段结束时需要低速运行一段时间。在插补开始时根据加速度重新计算速度,以保证该速度运行时能够保证插补路径的长度刚好是直线段的整数倍。以此速度重新计算加速度和加加速度,并将其用于加减速运动,可以避免处理"尾巴"。根据采样次数决定加减速,可以避免预测减速点。     

插补前加减速运动时间周期化等效变换算法

针对数控系统插补前加减速控制计算得到的运动时间不是插补周期的整数倍的问题,提出了基于连续时间速度曲线与位移等效变换原理,生成满足插补周期整数倍特征的周期化离散速度曲线的方法,并以梯形加减速为例,详细推导了起止速度为任意正实数情况下不同加减速阶段的各个插补周期的进给速度计算公式。该方法无需改变插补周期,易于与传统伺服运动控制系统兼容。插补实例表明,提出的方法能够生成匀速运动速度严格等于指令速度的速度曲线,保证以指定的速度通过线段终点,且具有较高的运动效率与插补精度。     

Interpolation of parametric CNC machining path under confined jounce

Aiming at reducing the computer numerically controlled (CNC) machining vibration and increasing machining quality, an interpolation method for parametric tool paths with confined jounce, jerk, acceleration, and speed is proposed. An acceleration/deceleration profile with confined jounce, jerk, acceleration, and speed is proposed, and it is shown that this profile is time optimal to change the speed from one value to another under the given constraints. For a given parametric tool path, the velocity function is obtained by first computing the critical points of the tool path where the radius of curvature reaches extremal values, then determining the feasible maximal speeds at the critical points, and finally using the jounce confined acceleration/deceleration profile to connect the speeds at the adjacent critical points. A vibration experiment is conducted, which shows that vibration of the CNC machine decreases significantly for motions under confined jounce than that under confined acceleration and jerk. Simulation for two real CNC models are given to show the feasibility of the method.     

基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法

为了提高离散小线段的加工效率和质量,提出一种实时柔性加减速控制算法。该算法由三部分组成：前瞻处理部分利用加减速可行性判断条件,保证加减速可达和实时前瞻;速度规划部分在保证速度和加速度连续变化的条件下,实时计算下一插补周期的进给速度;动态修调部分对当前速度规划结果进行调整,及时响应加工中机床参数的改变。实验结果表明,该算法能够实现数控系统的实时柔性加减速控制,支持动态修调,满足实际加工的要求。     

基于加减速时间控制的S形速度规划新算法研究

针对使用S形曲线加减速控制的7阶段模型时参数设定复杂以及使用困难的问题,提出了基于加减速时间控制的5阶段S曲线柔性加减速控制方法。S形曲线加减速控制的7阶段模型可以解决直线加减速方法中加速度、速度不连续导致的冲击问题,但是其规划参数的设定复杂,使用过程中容易出错。通过对原有的S形曲线加减速控制的7阶段模型进行分析,建立了加减速时间与加速度、加加速度的函数关系,在保证速度控制平稳运行的前提下,使参数设定大大简化,使用更为方便;同时,解决了基于加减速时间控制的规划方法无法适用的问题。仿真结果表明,利用基于加减速时间控制的5阶段模型控制方法可以在保证加速度、速度曲线连续,提高系统柔性的前提下,使参数设定更为简单直观,具有较高的实际应用价值。     

基于牛顿迭代法的S形加减速时间算法研究

S形加减速控制涉及求解多元高次方程或者不等式,且要求求解出来的最终解是非负数,为此根据时间最优原则和速度、加速度的限制条件,把S形加减速控制中所涉及的五元非线性方程组分解为2个二元非线性方程组和1个一元线性方程。采用牛顿迭代法和迭代修正的方式逐步求解出符合要求的加减速时间,进而求出速度曲线,进行插补运算。仿真与实验结果证明,该算法简明高效、运行稳定,能够满足高速高精数控要求。     

基于前瞻算法的高效非均匀有理B样条曲线插补器

根据计算机数字控制系统的实际性能和非均匀有理B样条曲线的几何特性,设计了一种能够实现加速度平滑过渡的高效非均匀有理B样条曲线插补器。首先,该插补器利用快速插补计算模拟实际加工过程,找到加速度不连续的点;然后,采用S曲线加减速方法向后逆求减速点,并通过约束速度和加速度的方法,预估S曲线加减速第三阶段起点,不仅提高了所求减速点位置的精度,还实现了减速点处加速度的连续性。仿真结果表明,该插补器能在保证加工精度的前提下,以较高效率实现加速度的平滑过渡。     

LOOK-AHEAD ALGORITHM FOR VELOCITY CONTROL BASED ON PARAMETERIZED CURVE INTERPOLATOR

To avoid suffering gouge and transient overshooting in high speed cutting machining, a novel parametefized curve interpolator model with velocity look-ahead algorithm is proposed. Based on a prearrangement step interpolation algorithm for parameterized curves and considering high curvature points, parameterized curve tool path is divided into acceleration segments and deceleration segments by look-ahead algorithm. Under condition of characteristics of acceleration and deceleration stored in control system, deceleration before high curvature points and acceleration after high curvature points are realized in real-time in high speed cutting machining. Based on new parameterized curve interpolator model with velocity look-ahead algorithm, a real cubic spline is machined simulativly. The simulation results show that velocity look-ahead algorithm improves velocity changing more smoothly.