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。     

基STEP-NC的NURBS曲面插补技术的研究

为提高曲面的加工效率和精度,提出了一种基于STEP-NC的非均匀有理B样条曲面加工方法.基于STEP-NC的数控系统能够直接处理包括完整的非均匀有理B样条曲面几何信息和加工工艺信息的STEP-NC程序.详细讨论了非均匀有理B样条曲面插补算法的实现,并通过仿真试验,验证了该方法的有效性.     

基于STEP-NC的NURBS曲面插补技术的研究

为提高曲面的加工效率和精度,提出了一种基于STEP—NC的非均匀有理B样条曲面加工方法。基于STEP—NC的数控系统能够直接处理包括完整的非均匀有理B样条曲面几何信息和1力Ⅱ工工艺信息的STEP—NC程序。详细讨论了非均匀有理B样条曲面插补算法的实现,并通过仿真试验,验证了该方法的有效性。     

基于Steffensen迭代法的NURBS曲线插补算法

为了解决NURBS曲线参数插补及其实时性的问题,提出一种新的基于Steffensen迭代法的NURBS曲线参数快速求解方法。算法首先采用线性多步法进行精确的参数值预估,然后结合弓高误差、进给速度等加工条件进行自适应速度规划,再根据规划步长进行参数值迭代校正。算法不需求导,计算快速精确,满足加工精度和数控系统实时性要求。     

五轴NURBS插补中的速度前瞻控制方法

为提高五轴非均匀有理B样条的插补精度,减轻段间转接时对机床的机械冲击,提出了一种速度前瞻控制处理方法.采用曲率圆逼近的方法建立了插补误差计算模型,并推导出满足插补误差要求的最小曲率半径与进给速度间的关系.采用数值分析方法预先计算出减速点的参数值,对样条插补进行了加减速前瞻规划处理.实时插补时对样条曲线上曲率半径较小的地方进行减速处理,以提高插补曲线的逼近精度.实例证明,该方法能有效降低插补误差和段间转接时的加速度,具有良好的实时性,可以应用到实际的数控系统中.     

样条曲线插补速度规划算法的研究

设计了一种适合多种样条曲线（三次样条曲线,Bezier曲线和B样条曲线）插补算法,通过速度控制前瞻缓冲区设置,在保证加工精度的基础上,实现了系统在样条曲线插补过程中加减速处理,改善了插补速度曲线,并满足了机床加减速性能要求。     

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。     

一种实时快速NURBS插补算法研究与实现

非均匀有理B样条刀具轨迹参数u与弧长S之间没有精确解析表达式,且是非线性映射现象,为了减少速度波动,减轻在线插补计算量,提出了基于双圆弧引导曲线的快速非均匀有理B样条插补算法.利用步长参数和高斯积分对刀具轨迹进行采样,采样点是基于参数u与弧长S的坐标点,利用双圆弧拟合方法对采样点拟合成插补引导曲线,建立参数u和弧长S解析表达式.在插补时依靠建立的双圆弧引导曲线进行快速的非均匀有理B样条插补.仿真实验结果表明了所提方法的u可靠性和有效性.     

非均匀有理B样条曲线直接插补进给速度规划

在非均匀有理B样条直接插补算法中,为了提高插补实时性、克服前瞻规划算法的缺点,提出了基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法.该方法在插补前,通过建立进给速度预处理曲线来取代非均匀有理B样条曲线实时插补进给速度规划的前瞻算法.在速度规划过程中,为了防止进给加速度和加加速度超过机床性能要求,在曲线曲率变化较大的区域,采用基于逐点比较计算的方法规划每个参数点处的进给速度.通过MATLAB仿真表明所提方法具有较高的加工精度、良好的进给速度平滑效果和实时插补性能.     

五轴联动双NURBS曲线的生成与插补方法研究

针对现行复杂曲面加工常采用的五轴联动线性插补方法速度、精度较低且数控文件大等缺点,利用非均匀有理B样条（NURBS）曲线在表示空间曲线时具有的优势,提出了一种适合于五轴联动实时插补运算的双NURBS曲线指令格式,同时介绍了这种格式数控代码的生成过程及插补方法。通过实例表明所提出的方法可以完全克服五轴线性插补方法的不足之处。     

高精度数控机床非均匀有理B样条曲线插补控制研究

在复杂曲面数控加工中,经常应用非均匀有理B样条曲线。介绍了非均匀有理B样条曲线插补原理,分析了传统非均匀有理B样条曲线插补方法,即泰勒展开法,确认泰勒展开法在计算精度和时效性等方面存在不足。针对泰勒展开法存在的不足,提出采用割线法进行非均匀有理B样条曲线插补。介绍了割线法插补原理,分析了迭代运算初值及终止判定问题。通过对比确认,割线法求解时间短,精度较高,可以满足高精度数控机床非均匀有理B样条曲线的插补控制要求。     

一种双NURBS曲线的参数迭代插补算法

为提高非均匀有理B样条(NURBS)曲线插补的步长精度,给出了一种基于参数迭代的双NURBS曲线插补算法。先进行刀尖点曲线插补,基于NURBS的局部特性分析,利用插补步长与参数增量间的近似线性关系,通过迭代寻优,获取了精确步长所对应的插补参数;然后依据双NURBS曲线间的同步关系,计算出刀轴矢量曲线的插补参数,实现了面向五轴加工的刀具位姿插补。实验结果表明,该方法所得的步长精度优于Taylor展开插补法,并可保证刀轴矢量与工件表面法线方向的一致性,有利于获得更加光滑的加工表面。     

辛普森积分法在双NURBS曲线随动插补中的应用

提出一种精确计算插补步长的双NURBS曲线随动插补算法。首先由曲面数控加工的离散刀位数据分别拟合出刀尖点和刀轴点NURBS曲线,并建立两条曲线插补参数间的随动关系模型;然后采用辛普森积分法计算出曲线的总弧长,进行插补运动的加减速规划;再以刀尖点NURBS曲线为基准确定插补参数,采用辛普森法确定各插补周期的进给步长及插补点坐标;最后依据随动关系模型获得刀轴点NURBS曲线对应的插补参数,完成曲面加工刀路规划的刀具位姿插补。仿真实验表明,与同一参数插补法相比,参数随动法可以获得更加稳定的等距效果,便于实时控制插补过程中的刀轴位置和姿态。     

NURBS曲线高速高精度插补及加减速控制方法研究

为满足非均匀有理B样条曲线高速高精度插补加工的需要,针对目前参数曲线插补加减速控制方法的不足,提出了一种新的控制方法.该方法考虑了高速高精度加工中容易超限的弓高误差和机床所能承受的法向加速度等因素,使进给速度既符合加减速的要求,又能随曲线曲率自适应调整,因而可在提高轮廓加工精度同时,显著地减小加工过程对机床的冲击.同时,采取了改进、简化算法,实现了快速、实时自适应的非均匀有理B样条曲线插补的加减速控制.实例表明,该方法在实时插补过程中,满足了速度和加减速的要求,保证了插补加工的高速与高精度,且实现了速度的平滑过渡.     

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。     

基于自适应平滑速度和参数增量补偿的NURBS插补

为提高NURBS插补速度的平滑性以及针对传统插补参数计算方法精度低的问题,研究了曲率约束下的平滑进给速度规划和基于参数增量补偿的插补点参数计算方法。基于曲率约束获得自适应进给速度,依据自适应速度对曲线进行分段。改进了传统的S形加减速规划方法,对满足合并条件的相邻区间进行综合规划,并且对速度超限的问题做出调整。基于二阶Runge-Kutta法求取下一插补点参数的初始增量值,采用后向差分法简化计算。利用圆弧近似求取参数增量的补偿值,最终获得下一插补点的参数。通过仿真测试了所提方法的性能,速度曲线平滑且各指标满足约束条件,进给速度波动也更小。测试试验对比了所提方法与传统方法,研究结果证明了该算法的有效性。     

基于十字链叉的NURBS曲面插补算法及仿真分析

针对目前曲面插补算法存在的实时性不强,插补算法需要大量的额外空间,算法步骤繁琐以及对插补过程产生的大量数据点的数据处理问题,为了保证作为数控技术核心模块的曲面插补算法的高速、高精度性能,基于德布尔递推算法思想,重新推导出了适合于曲面插补的新的NURBS曲面表达式,在此基础上重新设计了曲面插补快速算法,并着重研究了新算法的实时性.另外,为验证新算法的正确性和有效性,提出并实现了十字链叉数据表达结构,对NURBS曲面插补点微细步长及插补质量进行了分析.建立了以VC6.0/MFC为平台的、集弓高误差、速度、加速度等功能分析于一体的算法仿真验证系统,并以汽轮机叶片为例进行了验证.研究结果表明,该算法可以满足曲面插补高速、高精度的性能要求.     

采用NURBS插补的G代码解释器设计

国产数控机床常利用小段直线插补逼近曲线模型,造成G代码冗长、对机械设备损伤大等问题,严重制约着数控技术的长远发展.非均匀有理B样条(NURBS)是一种优秀的插补技术,是计算机数控的一项支撑性技术.通过在实时Linux操作环境下对开放操作平台EMC2的G代码解释器重新编译,使其集成NURBS插补功能.实验证明:此解释器能直接构造曲线模型,具有良好的稳定性能.     

基于速度平滑控制的高效非均匀有理B样条曲线插补算法

为提高曲面加工的质量和效率,提出了一种基于冗余误差和速度平滑控制的非均匀有理B样条曲线插补算法.该算法先按照曲率大小将非均匀有理B样条曲线分段,再根据数控机床最大加速度调整分段.消除了曲率突变对加工的负面影响.同时为每个分段分别设置合适的编程进给速度,提高了加工效率.最后提出两段速度平滑控制方法,使速度过渡更为平滑.模拟试验证明了该算法的有效性.     

CNC参数曲线实时插补进给速度控制方法

通过分析数控加工中参数曲线的实时插补原理和进给速度控制原理,指出了Taylor展开算法和"参数-弧长"分段拟合算法用于参数曲线的实时插补具有理论上的局限性,并对CNC实时插补进给速度控制问题给出了本质描述,提出了基于牛顿迭代法的解决方案,给出了算法流程.仿真对比实验表明,该算法具有稳定性好、收敛快、运算量小、精度高等特点,满足实时运算要求,能够将进给速度波动率控制在理想水平.