基于FIR滤波的NURBS插补算法研究

在考虑数控加工精度和加工效率的基础上,针对传统加减速控制中减速点预测不准的缺陷,提出了一种基于级联滤波器的NURBS插补算法。该插补算法根据速度敏感点将要加工的曲线进行分段处理,避免了插补过程中的爬行与过冲,提高了加工质量。基于弓高误差的速度自适应调整使得加工精度一直在允许的范围之内,基于滤波器的进给速度控制方案使速度过渡平稳,提高了插补的效率。最后对提出的NURBS插补算法进行了实验仿真,结果证明该算法的可行性。     

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。     

高速高精度数控加工中NURBS曲线插补的研究

针对复杂型面零件的高速高精度加工需要，深入研究了NURBS曲线直接插补方法。提出一种新的加减速控制方法，在提高轮廓精度的同时极大地减小了切削加工对机床造成的冲击；结合轮廓误差限、最大向心加速度的约束，自适应地控制进给速度的变化。对NURBS曲线插补算法进行了研究。并用C＋＋Builder5编程实现。插补实例表明该算法能保证高速、高精度。     

腰轮转子建模与高速高精度加工研究与分析

建立了腰轮转子数字化实体模型;提出了在腰轮转子加工制造过程中,采用三次NURBS样条曲线插补替代通常的微直线拟合插补;研究了腰轮转子摆线段三次NURBS曲线插补算法;为了解决NURBS曲线自适应速度控制存在的速度冲击问题,采用S曲线加减速控制策略重新规划进给速度;应用MATLAB软件模拟摆线段三次NURBS样条曲线插补算法并与微直线拟合插补算法进行了比较;最后在数控机床上对三次NURBS样条曲线插补算法进行了数控加工验证并与微直线拟合插补算法进行了比较,结果证明NURBS样条曲线插补算法具有更快的速度和更高的精度。     

全程S曲线加减速控制的自适应分段NURBS曲线插补算法

为满足现代数控加工的高速度、高精度要求,提出基于7段式S曲线加减速全程规划的NURBS曲线自适应分段插补算法。该算法根据NURBS曲线几何形状将其自适应分段,并计算曲线段各项参数值、对应S曲线加减速规划(速度规划为17种类型)中加减速类型和自适应调整速度曲线加减速时间。在固定插补周期下,与单独自适应算法、5段式S曲线加减速控制方法的仿真结果相比,在满足加速度与加加速度限制条件,且最大弦高误差不超过0.5μm时,该算法插补精度高于单独自适应算法,与5段式S曲线加减速控制方法近似,且其全程平均进给速度比5段式S曲线加减速控制方法平均进给速度提高21.7%,达到594mm/s。     

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.     

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。     

NURBS曲线插补技术在CNC中的应用

为了提高数控机床的加工精度和效率,在分析传统机床加工轮廓控制方案不足的基础上,提出了一种改进的NURBS曲线插补算法,该算法实现了基于S型速度曲线的加减速控制,并提出时间顺延法,加减速对称法等方法,合理解决了加减速点的预测问题,实现了在线实时自适应的加减速控制。     

基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线平滑插补算法研究

提出了一种基于进给速度敏感点识别的NURBS曲线插补算法,该方法对于兼容NURBS形式的高档数控系统至关重要。粗插补计算造成的轮廓误差与插补经过该点时的进给速度大小有关,敏感点则可根据插补微段逼近时的弓高误差来界定。进而,根据相邻敏感点之间的距离,通过增设安全缓冲区等方法,进行速度曲线自适应规划。整体进给速度曲线可以由各部分进给速度曲线连接而成。为评价算法的有效性,采用3次NURBS曲线在三种不同进给速度指令下进行仿真计算。仿真结果证明,该算法很好地将轮廓精度和进给速度的平滑性进行了系统考虑,能在相邻危险点复杂分布的情况下执行柔性的插补控制。     

NURBS曲线S形加减速双向寻优插补算法研究

由于非均匀有理B样条(Non-uniform rational B-splines,NURBS)曲线的弧长与参数之间无精确解析关系,并且进给速度总是受到非线性变化的曲线曲率的约束,因此基于S形加减速进行NURBS曲线插补时,减速点难以准确预测。传统算法通常是沿曲线单方向插补,不仅未考虑曲率对进给速度的持续限制,而且加减速分类与计算公式复杂。为此,提出运动路程未知情况下不依赖于弧长精确计算的正向和反向同步加速的插补新算法,实时动态地求解曲线段内最大进给速度和正反向插补会合点,从而实现处处满足全部速度约束条件的最优插补。该算法无需求解高次方程与繁琐的加减速模式分类,并可保证以确定的速度通过曲率极值点和曲线终点。通过两个插补实例证明算法简明高效,适应性好,能够满足高速高精度数控要求。     

一种预判插补时间的S形加减速插补算法

在分析S形加减速控制7段模型的基础上,为实现加速度和加加速度限制下插补后位移、速度、加速度同步为零,提出了一种预判S形加减速各段插补时间的算法,并对算法的实现进行了详细的论述。对任意位移、速度组合线段进行测试表明:算法正确、运算效率高,适合插补前加减速控制。     

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。     

临界曲率值分割曲线尖角的NURBS曲线插补

为兼顾插补含尖角NURBS曲线的精度与速度,提出尖角分割且速度修正插补算法。由插补弦高误差限、法向加速度及其导数约束,得满足插补精度及机床动力学性能的临界曲率;用大于临界曲率的局部极大曲率及临界曲率分割NURBS曲线为是否包含尖角的若干子段;用S曲线加减速算法规划各子段进给速度,并用段间速度及位移协调关系修正各段加速度及其导数,使各段加减速时间为整数倍插补周期。在相同约束条件下,分别用曲率单调无速度修正、尖角分割无速度修正及尖角分割有速度修正算法,规划一条含大曲率尖角NURBS曲线插补速度,并用一阶泰勒级数展开算法插补该曲线。对比结果表明尖角分割且有速度修正算法可稳定得到较高插补精度,因此该算法可用于含大曲率尖角NURBS曲线高速度高精度加工。     

Development of a real-time look-ahead interpolation methodology with spline-fitting technique for high-speed machining

Methodologies for converting short line segments into parametric curves were proposed in the past. However, most of the algorithms only consider the position continuity at the junctions of parametric curves. The discontinuity of the slope and curvature at the junctions of the parametric curve might cause feedrate fluctuation and velocity discontinuous. This paper proposes a look-ahead interpolation scheme for short line segments. The proposed interpolation method consists of two modules: spline-fitting and acceleration/deceleration (acc/dec) feedrate-planning modules. The spline-fitting module first looks ahead several short line segments and converts them into parametric curves. The continuities of the slope and curvature at each junctions of the spline curve are ensured. Then the acc/dec feedrate-planning module proposes a new algorithm to determine the feedrate at the junction of the fitting curve and unfitted short segments, and the corner feedrate within the fitting curve. The chord error and acceleration of the trajectory are bounded with the proposed algorithm. Simulations are performed to validate the tracking and contour accuracies of the proposed method. The computational efforts between the proposed algorithm and the non-uniform rational B-spline (NURBS)-fitting technique are compared to demonstrate the efficiency of the proposed method. Finally, experiments on a PC-based control system are conducted to demonstrate that the proposed interpolation method can achieve better accuracy and reduce machining time as compared to the approximation optimal feedrate interpolation algorithm.     

数控机床NURBS曲线插补运动误差分析与仿真

介绍了NURBS曲线插补算法,并指出实现NURBS曲线插补的关键是,在插补周期内由进给步长求得曲线参数的增量.分析了数字伺服运动误差产生的原因,建立了伺服系统差分方程.在不同的进给速率和曲率半径条件下,对工件轮廓误差进行了仿真.仿真结果显示,数控机床NURBS插补的轮廓误差与进给速度及给定曲线的曲率半径有关.在大的进给速率或小的曲率半径条件下,伺服滞后所引起的轮廓误差是不可忽视的因素.     

Real-time NURBS curve interpolator based on section

Parameter interpolation is more capable of modern computer numerical control (CNC) than traditional linear/circular interpolation with higher speed and higher precision. Most of non-uniform rational B-spline (NURBS) interpolation algorithms were developed based on the chord error and machines capability, where interpolation points are calculated beforehand to overcome acceleration/deceleration (acc/dec) and jerk problem, which needs large memory. In this paper, a NURBS interpolator based on feedrate section is proposed. Instead of a single interpolation point, this interpolator aims to feedrate section, which makes it possible to run on a digital signal processor or field programmable gate array (FPGA) whose memory is limited. Experiment on FPGA showed the performance of interpolation. A mould experiment verifies the feasibility of application.     

NURBS曲线实时插补进给速度控制的研究

数控技术标志着现代制造业的核心,数控插补模块是数控技术中最为重要的模块之一。NURBS曲线是自由曲线的一种,由于其NURBS曲线的诸多优越性,使其能够很好的应用到数控领域中。NURBS曲线插补及加减速控制的精度和速度是CNC系统的重要指标。通过分析NURBS曲线的插补原理,提出了基于Taylor展开公式逼近NURBS样条参数。同时考虑速度波动于曲率的关系,弦误差与插补周期的关系,根据弓高误差调节进给速度,能够将进给速度波动控制在理想水平。     

CNC系统中NURBS曲线实时插补算法研究

提出了一种基于德布尔递推算法的NURBS曲线实时插补方法。该算法显著减小了计算时间，从而能够适应伺服驱动系统的高采样频率要求。通过一个实际插补例子，对算法的实时性、实际进给速度和误差等方面进行了分析，证明能够满足实际加工的要求。     

混合型加减速前瞻规划的多节NURBS曲线插补策略

为满足复杂型面零件的高速高精加工要求,将造型功能强大的NURBS曲线插补方法作为指定加工曲线的路径给定。为解决伺服系统中指令的不连续及起始速度（或加速度）超越伺服电机的极限,导致实际机械系统无法跟上所给命令的问题,采用了混合多节NURBS曲线前加减速前瞻运动规划。该方法在汲取了传统方法与直接卷积方法两者优点的同时,有效地规避了传统方法中无法降低转角误差和直接卷积方法中加工时间过长的缺点。仿真结果表明,所提出的策略能够使整个插补过程具有高度的柔性和连续性,进而能够满足高速高精加工的要求。