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《国防科学技术大学》 2008年
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NURBS曲线刀具路径实时插补技术研究

孙海洋  
【摘要】: NURBS方法以其优良的性质在CAD/CAM中得到了广泛应用,并在STEP标准中被指定为描述工业产品几何形状的唯一数学工具。在数控加工领域中,研究NURBS曲线刀具路径实时插补技术,不仅能够为现有数控系统提供扩展功能,而且还可为下一代数控系统STEP-NC的开发提供核心技术支持。以此为背景,本文开展了数控系统NURBS刀具路径实时插补技术研究,主要完成了以下几个方面的工作: (1)研究了NURBS曲线快速求值求导计算方法。NURBS曲线插补通常需要同时计算曲线值和多阶导数值,此时传统de Boor算法综合效率较低,不利于实时计算。本文通过定义向量扩展运算方法,给出了B样条基函数快速求值算法,并实现了NURBS曲线快速求值求导计算。实例计算表明,该算法可提高NURBS曲线实时插补任务的计算效率,增强插补器实时性,提高曲线插补精度。 (2)研究了NURBS曲线插补进给速度精确控制方法。从进给速度波动产生原理分析入手,指出NURBS曲线实时插补时下一插补点的计算应以逼近插补段弦长为条件,而非弧长。以此为基础,提出了NURBS曲线插补进给速度精确控制方法。该方法采用主动控制方式,在计算量不增加或增加不大的情况下,可显著减小实时插补进给速度的波动率。 (3)研究了NURBS曲线实时插补进给速度极限分析方法。NURBS曲线实时插补进给速度极值受到了机床进给系统动力学特征和曲线几何特征的限制。通过建立直角坐标系数控机床进给系统的机电混合模型,给出了机床进给系统动力学约束条件下的速度极值解析曲线,即VLC曲线。同时还指出,当VLC曲线的最大弦高误差估计值满足NURBS曲线插补精度要求时,可不必再考虑插补弦高误差约束条件。这一结论有助于简化进给速度规划约束条件,并可为NURBS曲线实时插补进给速度规划方法研究提供理论分析依据。 (4)研究了直角坐标系下时间最短的NURBS曲线插补进给速度优化规划方法。该方法扬弃了传统的进给速度加减速段规划手段,采用最优控制思想,在机床进给系统动力学约束条件下,给出了时间最短的进给速度优化规划。所规划的优化进给速度曲线与NURBS曲线在其参数定义域内一一对应。这种基于全局信息的进给速度优化规划方法,可以为NURBS刀具路径实时插补提供时间最短的优化进给速度曲线。 (5)提出了一种基于进给速度引导曲线的NURBS曲线实时插补器结构设计及实现方法。该插补器采用具有高阶平滑特性的进给速度引导曲线,实现了实时插补进给速度规划。以此为基础,给出了基于进给速度引导的数控系统软硬件具体设计方法。试验表明:进给速度引导曲线能够很好地继承进给速度优化规划结果,使插补器可以在较短的周期内(200μs)完成NURBS曲线实时插补计算任务。 通过以上五个方面问题的研究,解决了NURBS曲线实时插补中的快速计算、进给速度波动抑制、进给速度极值曲线分析、进给速度优化规划以及实时NURBS插补器设计等问题。试验结果表明了本文方法的有效性,为NURBS曲线刀具路径实时插补提供了较为完整的解决方案。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TG659

【引证文献】
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【参考文献】
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4 刘光新;孙磊厚;刘军华;;自动穿经机剑带驱动系统设计仿真分析与优化[J];毛纺科技;2018年05期
5 秦霞;李德钊;邓华;;基于NURBS曲线的工业机器人位置插补算法研究[J];制造业自动化;2018年04期
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9 张冬梅;;超声振动钻削复合材料的表面质量研究[J];焦作大学学报;2017年02期
10 季国顺;俞武嘉;陈志平;;临界曲率值分割曲线尖角的NURBS曲线插补[J];机械工程学报;2018年19期
【同被引文献】
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7 吴大中;王宇晗;冯景春;杨建国;;五坐标数控加工的非线性运动误差分析与控制[J];上海交通大学学报;2007年10期
8 周凯,陆启建;自由曲面数控加工的直接插补控制方法[J];组合机床与自动化加工技术;1998年05期
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9 沈洪垚;自适应NURBS曲线插补关键技术及实现研究[D];浙江大学;2010年
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【二级引证文献】
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1 梁福生;面向Nurbs刀具轨迹的复杂曲面数控加工关键技术研究[D];吉林大学;2018年
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1 杜斌;高档数控国家科技重大专项课题通过技术终验收[N];中国工业报;2018年
2 合肥晚报 ZAKER合肥记者 乐天茵子;用数控“大脑”推动合肥制造前行[N];合肥晚报;2018年
3 记者 李智林;研和工业园区数控产业项目集中签约[N];玉溪日报;2018年
4 本报记者 张望;控制权争夺一波三折 华东数控“一女三嫁”乱局难平[N];21世纪经济报道;2015年
5 记者 张春红;连城数控:从“一穷二白”到世界前三[N];辽宁日报;2016年
6 证券时报记者 李雪峰;大股东与控股股东“掐架” 华东数控重组仍存疑[N];证券时报;2015年
7 北京商报记者 马元月 叶龙招;华东数控重大重组恐泡汤[N];北京商报;2015年
8 记者 邵好;高金科技高调反对 华东数控让壳悬乎[N];上海证券报;2015年
9 记者 邱和军 通讯员 曾健 孙振汉;“数控一代”推广应用全力提速[N];泉州晚报;2014年
10 本报记者 邱和军 实习生 李雪莹 通讯员 曾健;“数控一代”示范氛围加温[N];泉州晚报;2014年
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4 徐荣珍;面向高速加工的NURBS曲线插补及直线电机鲁棒控制技术研究[D];上海交通大学;2007年
5 葛荣雨;基于NURBS的空间分度凸轮廓面创成与品质评价技术研究[D];山东大学;2008年
6 余道洋;基于NURBS的复杂曲线曲面高速高精度加工技术研究[D];合肥工业大学;2014年
7 玄冠涛;凸轮轮廓NURBS重构与工作特性优化研究[D];山东农业大学;2014年
8 陈绍平;NURBS曲线及其在船舶型线设计中的应用研究[D];武汉理工大学;2002年
9 吴继春;曲面数控加工编程轨迹的NURBS拟合及插补算法研究[D];华中科技大学;2012年
10 冀世军;反求工程的NURBS曲面拼接与拟合技术研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
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1 林志炜;高速数控系统中NURBS曲线自适应插补的实现及其加减速控制策略研究[D];中国科学技术大学;2014年
2 刘新山;NURBS曲线插补技术研究及其仿真[D];吉林大学;2007年
3 岳云平;基于FPGA的高性能硬件NURBS曲线插补算法的研究和实现[D];合肥工业大学;2015年
4 王前;支持NURBS插补的数控系统的刀具半径补偿算法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
5 施国江;基于NURBS的双螺杆转子型线正反构型的研究[D];江南大学;2018年
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8 黄亮;五轴刀具路径双NURBS优化研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
9 肖钊;面向NURBS刀具路径生成的刀位点分段方法及其应用[D];湖南大学;2011年
10 于亚如;基于NURBS的的船体型线智能化设计[D];大连理工大学;2005年
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