基于新型代数指数样条曲线的微段加工算法

针对曲线重构微段加工中采用的样条曲线计算稳定性差、运算速度慢,且在加减速的条件下不能直接递推插补计算而造成计算效率低的问题,在计算机数控中采用基于新型插补样条的实时曲线重构与插补算法进行连续微段加工.实验结果表明,重构的新样条曲线计算速度快且稳定,可进行直接递推插补.基于新样条曲线优越性质的微段加工,在充分发挥实时曲线重构与递推插补微段加工方法优势的基础上,可以进一步提高插补计算的效率,实现对任意曲面的高速高精度插补加工.     

连续微段样条曲线重构加工算法

针对复杂曲面在采用连续微段模式加工的过程中合成速度波动大导致加工效率降低的问题,提出了适用于微段加工的样条曲线重构新算法,该方法包含建立一种具有快速递推性质的样条曲线,及基于该曲线的速度规划和快速递推插补加工的方法。实验表明,算法在保证加速度连续的条件下,通过样条重构及速度规划减少了频繁加减速,提高了加工效率;快速递推则提高了插补计算的速度,插补点精确通过微段节点,保证了加工精度,提升了数控系统的性能。     

B样条曲线的实时插补

提出B样条曲线的一种恒步长插补算法,并分析了插补精度,该算法具有速度快、波动小的特点。     

椭圆曲线插补算法研究

基于数控系统脉冲增量插补和时间分割插补的不同特征，综述了多种椭圆弧插补运算的原理和算法，为数控加工椭圆曲线提供了有益的参考方案。     

数控系统高性能微段插补技术研究与应用

针对在复杂曲线曲面加工时,由CAM产生的连续微段在加工中由于频繁加减速所带来的加工精度和速度的矛盾问题.在CNC中采用微段插补技术对连续微段进行实时样条重构及递推插补以实现对曲面的高速高精度加工.给出的微段插补技术包括新设计的代数指数样条函数,结合速度规划给出的样条重构及样条曲线的递推插补算法.应用微段插补技术进行的样件数控加工实验中,在保证原曲线加工轮廓误差的同时,加工轨迹以μm级精度逼近原曲线,并且加工速度提高了5～5.4倍.实验结果表明,算法在加工轨迹的整体上实现了进给速度的平滑衔接,在加工过程中避免了频繁的加减速,机床运行平稳,加工精度高,表面质量好的同时提高了加工效率.     

时间分割法椭圆曲线插补算法

根据时间分割法的基本思路,提出了一种椭圆曲线的插补算法。该算法不权精度高,理论上可使所有插补占均落在曲线上,而且插补速度快,完全满足ＣＮＣ系统插补的实时性要求。     

基于环形补偿参数曲线插补算法

对于数控加工中参数曲线的加工,提出了一种新的插补算法,该算法利用泰勒展开对曲线方程进行重构,引入误差补偿思想,对插补过程中产生的误差反复补偿,从而满足目标要求,通过仿真和实际切削实验,表明该算法简单实用、通用性强、算法精度高,能够保证参数曲线的光滑性,有利于提高参数曲线加工质量和加工效率.     

五轴微段平滑插补算法

在五轴加工编程中,计算机辅助制造系统对曲面加工通常采用以折代曲,采用大量的微小G01直线段来加工曲面,在曲率半径较大的工件表面会出现明显折痕,严重影响工件表面的加工质量。为提高五轴数控加工工件的表面质量,提出一种五轴微段平滑插补算法。该算法考虑五轴加工中刀位数据的量纲差异,根据相邻数据点间的线性轴长度、线性轴的夹角和旋转轴角度变化量识别五轴数控加工程序中非连续微段和连续微段加工区域。对非连续微段加工区域按照原始直线段和旋转轴直接插补,从而保证加工精度。对连续微段加工区域,先通过五维变量获取节点参数,采用最小二乘法对指令点在允许的精度范围内进行修正;对修正后的指令点采用4点构造法计算二阶切矢,根据连续微段的指令点修正值,节点参数值和对应的二阶切矢值获取二阶连续的三次样条曲线;在二阶连续平滑的曲线上进行实时插补计算,控制机床进行五轴加工。试验结果表明:通过提出的五轴微段平滑压缩算法拟合后的路径要更加接近原始的曲面模型,平滑处理过的实际工件加工表面也要优于未进行处理的工件加工表面,提高了五轴自由曲面的表面质量。     

参数曲线的自适应实时前瞻插补算法

为实现数控加工中进给速度的平滑过渡,减少速度急剧变化时对机床的冲击,提出了一种参数曲线的实时前瞻插补算法。该算法根据加工弓高误差要求自适应地调整进给速度,同时找出速度敏感点。通过把前瞻距离分成两部分的方法,分析速度敏感点,找出最佳的加减速控制点,避免相邻速度敏感点间加减速过程的互相干涉,提早进行加减速控制,防止速度的急剧变化,从而在满足加工精度的同时也满足了机床的加减速性能。通过RT-Linux软数控下的实例,表明该算法能够适应曲线的各种变化,验证了其可行性。     

样条曲线脉冲增量插补控制

提出了一种基于ＤＤＡ插补原理的样条曲线脉冲增是插补控制算法,并讨论了播补精度、积累误羝及进给速度的影响因素和控制方法。理论分析和实验表明,本算法具有简单易行,计算快捷和插补精度高等特点。     

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。     

基于NURBS最小二乘逼近的微段平滑加工算法

在微段加工方式下,通常需要借助CAM(Computer Aided Manufacturing,计算机辅助)软件的后置处理将连续的加工路径离散化为大量微小直线段,并生成数控程序,数控系统则根据由微小直线段组成的加工路径进行插补和加工。但是,该方式具有加工程序量过大和需要频繁加减速来满足加工精度要求的两大不足。因此,为了实现微小直线段的高速平滑加工,提出了带权因子和一阶导数约束的NURBS曲线最小二乘逼近算法并加以了初步验证。算法的实质是将由微小直线段组成的加工路径拟合成一条连续的NURBS曲线,作为新的加工路径,然后利用NURBS实时插补对新的加工路径进行插补,实现微小直线段的高速平滑加工。经初步验证,算法有助于改善微段加工方式的加工质量和效率。     

一种优化的NURBS曲线插补算法

为弥补目前非均匀有理B样条插补算法的不足,提出一种优化的非均匀有理B样条曲线插补算法。算法采用插补前S曲线加减速方法,不仅优化了前瞻过程,而且在回溯过程中考虑了短样条的情况。算法对长样条和短样条非均匀有理B样条曲线能用统一的方法进行插补,通过引入环形缓冲区和预插补(非离线),提高了加工效率,同时合理地安排插补任务增强了系统的实时性。通过MATLAB仿真,验证了算法的有效性。     

基于双向扫描算法的小线段速度规划

为提高数控系统加工产品的速度,提出了基于双向扫描算法的小线段速度规划方法.以直线加减速为例,导出小线段加工过程中进给速度的关键约束条件,建立了小线段高速加工的衔接速度规划数学模型,提出一种以最大进给速度为目标的双向扫描算法,以获得路径段衔接点处的最优进给速度.该方法通过对加工路径的正反向扫描,得到满足小线段路径的几何特性和机床的物理限制等多种约束的衔接点进给速度可行域.仿真和加工结果表明,该方法能实现衔接点进给速度的高速衔接,大大提高了加工效率.     

自适应参数曲线插补算法研究

在现有参数曲线插补算法的基础上,基于预估-校正和牛顿迭代公式提出一种新的自适应参数曲线插补快速求解算法;研究指数加减速曲线的时间常数值和系统的柔性、加减速能力的关系,提出变时间常数的指数加减速控制算法。算法改善了传统指数曲线加减速控制中速度突变的缺点,能够在保证加工精度的前提下减少速度波动,并提高曲线的加工效率。仿真实验表明,该算法计算过程简单、切实有效,满足数控系统的强实时性要求并大大提高了其加工过程的速度平稳性和插补效率。     

一种参数预估-校正的NURBS曲线插补算法研究

提出了Milne-Simpson参数预估-校正的NURBS曲线插补算法.详细阐述了参数插补预估及校正机理.采用最大弓高误差、最大进给速度和最大法向加速度约束,以便实时调整插补进给步长,从而满足了NURBS曲线插补的高速和高精度要求.     

An accurate NURBS curve interpolation algorithm with short spline interpolation capacity

In this paper, a novel and accurate real-time non-uniform rational B-spline curve interpolation algorithm is proposed. This algorithm not only considers chord errors, feedrate fluctuations, jerk-limited, and acceleration/deceleration (Acc/Dec) capabilities of the machine, but also optimizes the look-ahead process. In the meanwhile, it improves machining efficiency by adding the circular buffer and pre-interpolation (non-off-line) and enhances the real-time performance by removing the time-consuming calculation from the interrupt service routine. Furthermore, the proposed interpolation algorithm can interpolate both the long spline and the short spline with uniform method. The advantages of the proposed method were confirmed by the simulation results.     

NURBS曲线实时插补算法研究

提出了一种包含插补误差和进给加速度实时监控的NURBS曲线实时插补算法,该算法有效的避免了曲线求导和曲率的复杂计算。运用参数的对分法预估下一插补点,极大限度简化了插补的实时计算,保证了算法的实时性。     

三次B样条曲线插补技术修正算法

提出一种修正的插补算法,理论上分析了三次B样条曲线递推公式的泰勒展开式一阶、两阶求导在插补周期一定的情况下插补增量只与插补速度有关,通过改变插补增量就可以达到修正三次B样条曲线的目的.经具体实例在MATLAB 7.0上验证该算法是正确的,可以提高插补运算效率,节约计算时间,实现样条曲线的快速插补.     

Fast NURBS interpolation based on the biarc guide curve

In parametric spline interpolation, the real-time parameter update is a crucial step which will directly affect the processing performance such as the feed rate fluctuation, the contour error, the online computational effort, etc. The use of Taylor approximation interpolation method to identify the next interpolate point will cause large feed rate fluctuation due to the accumulation error and the truncation error, which will affect the machining quality. As there is no accurate analytic expression between the parameter u and arc length S and the mapping between them is nonlinear, and in order to reduce the feed rate fluctuation and light computation requirement for online interpolation, the paper first samples the tool path with step parameter and Gauss integration, with the sampled points being in the coordinate system defined by parameter u and arc length S. Then, the sampled points are fitted into the guide curve with the use of the biarc fitting method, and the analytic expression between parameter u and arc length S is established. The biarc so derived can be used to realize a fast NURBS interpolation and the simulation results validate the reliability and effectiveness of the proposed method.