连续时间周期化的NURBS曲线插补及其速度规划

根据机床动力学性能,提前预测NURBS曲线插补时的速度极小值点,以这些点为基准将曲线分段,同时估算每条子曲线的长度.利用捷度阶跃式7段S型加减速规律对每条子曲线进行连续时间域下的速度规划,以插补总时间周期化为原则对连续时间域下的加减速各阶段运行时间做周期化离散处理.为了减小子曲线间衔接速度的波动,提出连续时间域运行时间重新规划的方法.为了减小NURBS曲线实时插补时的速度波动率,提出利用反向二次插补法进行实时插补计算,该方法不需要迭代计算且计算精度较高.仿真实验结果表明,连续时间域重新规划和周期化离散处理方法能够实现捷度满足机床性能要求的S型加减速速度规划,且实时插补阶段的速度波动率能够达到10-6级.     

一种实时前瞻的自适应NURBS插补算法

在考虑速度稳定性和加工误差精度的基础上,设计了一个非均匀有理B样条曲线(Non-Uniform Rational B-Spline,NURBS)的实时自适应插补系统.开发的插补系统能够在大部分的插补过程中保持进给速度稳定,并且根据曲线的形状,自适应地调整进给速度,通过一个实时的前瞻加减速处理模块,在速度变化敏感区对加减速进行处理,同时满足了机床加减速能力的要求.通过NURBS曲线插补仿真计算的例子,显示了开发的实时自适应插补系统能够满足高速高精度插补的要求,验证了所设计的实时前瞻自适应NURBS插补算法的可行性.     

B样条曲线在口腔修复体高速数控加工中的应用

口腔修复体的CAD/CAM技术要求有高速数控加工设备实现。该文研究了口腔修复体的表面特征,提出了应用三次均匀B样条插补算法实现高速数控加工要求。引入B样条曲线的"重叠拼接"概念,研究了重叠型值点数与曲线光滑性的关系;提出了考虑曲线曲率变化确定速度"规划单元"长度的解决方案;讨论了跨单元插补、规划单元终点处理的特殊问题。该文成果已经应用于自行研制的口腔修复体数控加工设备上。实验结果表明,该算法在速度和精度上能够满足口腔修复体的加工要求。     

高速高精度数控系统速度平稳控制策略

针对加工段长度限制达不到指令进给速度的复杂情况,对传统的S型曲线加减速方法进行优化,得到半边S型加减速控制方法.对连续多段加工的不同情况,提出加速度连续衔接的方法,在保证加速度连续的同时,提高加工速度.通过仿真验证该方法对速度控制的效果.结果表明:该方法可以使速度曲线更加平滑,且能提高加工的整体效率,适合高速高精度数控加工的速度控制.     

实轴空间综合约束下的数控加工速度前瞻策略

为了避免数控高速加工中由高曲率区域引起的机床驱动轴的运动突变、机床振动和工件过切,提出了基于实轴空间综合约束的数控加工速度前瞻控制策略.该方法应用切削运动的S形曲线速度规划方案,对机床实轴运动数据进行速度、加速度、冲击约束检测,整体提前寻优确定S形速度前瞻的过程参数,并提出了速度规划节点分离法对切削路径进行分段独立S形曲线速度的规划.仿真和试验表明,采用该方法进行速度前瞻处理时,可使加工速度平滑连续,不仅消除了各驱动轴运动突变引起的冲击振动,而且有效地解决了五轴数控加工中的速度控制问题,因此降低了曲面轮廓误差,满足了高速高精度的加工要求.     

NURBS曲线插补的离散比例积分器速度规划算法

传统NURBS(Non-uniform rational B-spline,NURBS)曲线插补算法忽略了弧长与曲线的参数关系,造成无法在线对速度进行实时调节,针对这个问题,该文提出一种NURBS曲线插补的离散比例积分器速度规划算法.该方法分2个步骤实现速度规划:①使用数值方法计算NURBS曲线弧长及给定速度的运行时间;二、使用具有加减速的对称性和信号转换功能的离散比例积分器,完成对NURBS曲线插补的在线速度规划.在离散比例积分器的速度规划方法中,起始段、结束段的轨迹速度能够得到实时控制,系统以不超过机床要求的加速度运行.实验结果表明,该文速度规划算法能有效地满足系统约束,保证机床平稳运行.另外,相较于其他算法,该文算法在插补精度、插补实时性及速度波动率性能方面优于现有方法,说明该文方法的有效性和先进性.     

车削加工表面残余应力离散度的实验研究

在干切削和使用冷却润滑液切削的状态下,对45#钢进行粗、精车削,采用数理统计方法,对加工表面残余应力的离散性进行研究.实验结果表明:工件表面残余应力的离散是不可避免的;同一加工表面的残余应力具有一定的离散性,不同工件、不同加工条件下残余应力的离散程度不一样;粗加工表面的残余应力离散程度比精加工表面的大,干切削加工表面残余应力的离散程度大于湿切削;工件的残余应力离散程度都在一个有限的范围,因而可以通过制定残余应力公差来指导工件的加工和检测,以保证工件表面残余应力的控制精度.     

CFRP复杂型面构件的孔隙率超声检测方法

针对碳纤维复合材料(CFRP)复杂型面构件给出一种孔隙率超声自动检测方法;首先对已知孔隙率的CFRP试块进行超声测量,利用相位展开法求得不同孔隙率条件下的相速度,通过相速度与孔隙率之间的内在联系建立CFRP超声检测模型.针对CFRP复杂型面构件先利用超声测距原理采集其表面的坐标信息,根据曲面反求获得其CAD模型,检测路径规划生成探头运动点位;基于多自由度机械手的喷水耦合超声透射法采集超声信号,结合己建立相速度模型计算CFRP复杂型面构件的孔隙率.为验证本文方法的有效性,通过对已测CFRP复杂型面构件进行试片剖切和抛光,利用显微照相法检测其孔隙率.实验结果表明:2种方法的检测结果吻合良好.     

高速切削的刀位路径规划与控制策略

从4个方面对高速切削路径规划进行了研究，在走刀方向的选择上提出以曲面平坦性为评价准则，以确定不同的走刀方向选取方案。对于曲率变化大的曲面，建立曲面最优进给方向图，以确定最优走刀方向；曲率变化小的曲面，以单条刀轨平均长度为原则，通过优化算法确定走刀方向。 研究了高速切削刀轨生成过程中加工策略的选择、插补、干涉处理等问题，选择适用于高速切削的层切法和行切法，提出 了相应的插补方法，并提出了一种新的适合高速切上干涉处理思路。讨论了几种加减速模式，选取更适合高速切削特点的柔性加减速模式。采用CC插补提高表面质量，考虑机床工作性能，对进给速度、加速度进行优化校验。     

S型速度规划下NURBS曲线双向插补算法

为了避免NURBS曲线单向插补算法中加速度突变过大、减速点定位不准确、低速拖尾补偿等弊端,提出一种S型速度规划下的双向插补算法.基于曲线预插补点自适应速度集合筛选出减速终点;利用正反插补的互逆性简化了S型速度规划计算;详细论述了实时插补流程;在双向插补交叉区域,设计一种基于加速度微小突变的简易迭代方法修正预插补参数.通过MATLAB仿真实验表明该算法计算量小,插补点速度和加速度平稳,插补曲线满足加工误差要求.     

针对半步偏差法的插补速度的优化

随着制造业的快速发展,为了适应目前数控雕刻的发展,针对插补技术提出优化,变单步进给为多步进给,提高插补计算速度,也进一步提高产品的加工效率。分析直线插补算法存在加工精度不高的问题,针对这种情况通过研究提出了改进思路,在加工直线的前提下,通过大量的数学计算与数据分析,提出三角形插补算法,三角形算法的核心思想是变单步进给为连续多步进给,综合看三角形插补算法能大大提高插补的速度。     

任意三维抛物线的一种高速插补方法

基于参数方程的矢量表示方法，导出了一种ＣＮＣ系统中任意三维抛物线的高速插补算法．该算法不仅理论上可使所有插补点均落在抛物线上，而且由于实时插补过程中只有加法运算，插补速度极高，因而适用于任何硬件环境．误差分析表明，只要合理选择参数增量，总能保证插补的弓高误差满足加工精度要求．本算法可应用于二维抛物线的插补计算     

一种椭圆插补的改进算法

针对现有基于圆心角分割的椭圆插补算法插补公式复杂,影响数控插补加工的实时插补速度的问题,在时间分割插补算法原理的基础上,提出一种基于圆心角分割的椭圆插补改进算法,推导出改进的插补公式,得到具体的算法流程.通过实例计算与分析表明,在同一NC平台上,该改进算法能够达到基于圆心角分割的椭圆插补类似算法的插补精度,并具有更好的实时性.     

连续微线段柔性加减速自适应前瞻规划算法

针对目前数控加工代码大多是连续微线段的情况,提出一种新型的自适应前瞻规划算法.首先,采用简化的S曲线加减速减少计算时间,提高加工过程的平稳性,并采用二分法求解段内可达到的最高速度;然后,采用识别速度敏感点的方法分割前瞻区间,实现自适应动态规划,进一步优化前瞻区间的终点速度,提高加工效率;最后,通过模拟实验验证算法的可行性.结果表明:相较于传统规划算法与其他前瞻规划算法,文中前瞻规划算法可显著提高加工效率.     

高速切削加工技术的特点及应用要求

高速切削加工是一种高效、高质、高精度低能耗的新型加工方法.高速切削加工技术的有效运用,对机床、刀具、控制系统、编程、工艺流程、设计系统等都有更高的要求.     

模具高速铣削加工的技术特点及应用

模具高速铣削加工具有传统加工无可比拟的优势,是模具制造的发展方向。从机床结构、切削刀柄和刀具、加工工艺、数控编程等方面阐述了模具高速铣削的技术特点以及在模具加工行业的应用。     

高速数控加工轨迹拐角的速度平滑方法

基于梯形速度曲线的升降速控制方法,提出一种矢量过渡法来平滑处理高速数控加工的拐角轨迹和速度.通过超前分析,根据减速所需的最大距离求出开始过渡时的速度,并同时对相邻加工段进行插值;通过相邻加工段插值求出的位移相加,合成过渡时的曲线轨迹,进而求得过渡时的速度.实验结果表明,该算法能获得很好的速度响应和加工质量.     

非均匀有理B样条在线拟合高速平滑插补法

针对连续小线段加工平均速度低、路径不连续和振动冲击大等问题,提出了一种基于非均匀有理B样条曲线拟合的小线段平滑实时插补方法.通过分析连续小线段路径的几何特性及加工工艺,提出了连续小线段的相邻段长度比准则和相邻段临界夹角准则来选择满足要求的数据点集;根据凹凸性准则对可拟合点集分段后拟合为参数曲线,通过直线和参数曲线混合插补实现连续小线段的高速平滑加工.仿真和试验结果表明,该方法能够有效地提高加工速度,减小加工过程中的振动,同时保证加工精度.