插补方式对自由曲面精加工质量的影响

各种复杂的自由型曲线和曲面被广泛应用在矿山设备、汽车、航空航天等多个领域,自由曲面一般采用数控方式进行加工。针对曲面数控精加工表面质量不易满足要求的问题,文中对比研究了不同的插补方式对自由曲面表面加工质量的影响。应用3次NURBS曲线反求的方法,对一组已知的离散型值点进行拟合,计算出该拟合曲线的节点矢量和控制顶点,并在MATLAB中生成相应的NURBS曲线;按照FANUC数控系统的格式要求编写直线插补、直线-圆弧插补和NURBS插补3种不同插补方式的数控加工程序;调用3种不同的数控加工程序在数控机床上对经过预处理的工件进行精加工,然后使用表面粗糙度仪对精加工完成的曲面轮廓进行测量,获得相应的粗糙度值。对比分析直线插补、直线-圆弧插补和NURBS插补等3种不同插补方式刀具路径实际加工完成的曲面轮廓粗糙度值,结果表明NURBS插补刀具路径可以明显改善曲面精加工轮廓的光顺性,改善表面加工质量。NURBS插补能够适应数控高速加工的要求,很好地满足自由曲面高速高性能数控加工的需求。     

五轴联动刀具路径NURBS插补技术

针对复杂曲面五轴加工直线圆弧插补的不足,对五轴加工NURBS插补算法进行相关研究,同时对NURBS插补过程中插补点的曲率分析计算,推导出插补误差与进给速度的关系,实现用进给速度对插补误差自适应地调整。最后,针对双转台五轴数控机床,基于IMSPOST开发了具有NURBS插补的专用后置处理器,实现了NC 程序的输出。实验结果表明：该技术方法提高了刀具运动平稳性和加工精度,优化了加工精度与加工效率,为五轴NURBS插补加工提供了理论指导。     

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。     

五轴联动刀具路径非均匀有理B样条曲线插补技术

针对复杂曲面五轴加工直线圆弧插补的不足,对五轴加工非均匀有理B样条曲线(non uniform rational B spline,NURBS)插补算法进行相关研究,同时对NURBS插补过程中插补点的曲率分析计算,推导出插补误差与进给速度的关系,实现用进给速度对插补误差自适应地调整。最后,针对双转台五轴数控机床,基于IMSPOST开发了具有NURBS插补的专用后置处理器,实现了NC程序的输出。实验结果表明:该技术方法提高了刀具运动平稳性和加工精度,优化了加工精度与加工效率,为五轴NURBS插补加工提供了理论指导。     

柱面座標运動系统数字程序控制機床的立體曲面插補原理和裝置

1.在机械制造中,许多“类柱形”的立体成形表面——例如轮机葉片靠模等的立体成形表面是在柱面坐标运动系统的机床上加工的。当对这类机床进行数字程序控制时,为了得到所需的表面成形运动,需要给出刀具运动轨迹上的许多基点的数据,因而在程序编制中,不仅需要大量的计算,而且将这样多发数据入程序载体——例如纸带或者磁带,亦将会使它的尺寸增大到难以使用的程度。 2.为了解决在立体曲面加工时的程序编制问题,文章提出了刀具轨迹基点的轴向插补方法。应用这中方法可以使立体曲面加工时所需要的程序载体的尺寸顯着减少。同时,由于用这种方法所插补的曲面与“类柱形”表面的性质非常相似,插补的误差也较小,但插补装置的结构却非常简单和经济。因而它提供了在柱面坐标系统的机床上,应用数字程序控制加工“类柱形”成形表面的实际可能性。 3.文章導出了这种立体曲面插补方法的原理,举出了它的主要逻辑线路,最后并对这种曲面插补的精度、使用范围、以及结构的简化等方面做了讨论。     

自由曲面超精密车削加工路径优化设计

加工路径优化设计是提高自由曲面超精密车削表面质量和形状精度的关键技术．采用NURBS插补模型进行自由曲面的描述,提出柱面坐标加工模型进行自由曲面超精密车削加工分析,借助矢量数学对刀位点进行刀具参数的优化补偿,并采用螺旋投影驱动方式实现加工路径的规划．对各种类型自由曲面进行加工实验,表面粗糙度达到5．16nm,路径优化设计后加工形状精度提高近10倍实验结果表明,提出的路径优化设计方法可以高效可靠地加工光学质量表面的自由曲面。     

基于离散刀位点的复合刀具路径生成方法研究

针对自由曲线曲面高精度数控加工,给出基于离散刀位点的复合刀具路径生成方法.通过插补优先级设置、误差分析、优化分段和拟合计算等手段研究由直线、圆弧和B样条曲线3种插补方式的合理组合而构成的复合刀具路径算法,以实现在误差允许范围内刀具路径的简化和光顺.实例计算和分析结果表明通过该方法生成复舍刀具路径具有结构精简,光顺程度高,适合于曲面的高速加工.     

螺旋锥齿轮空间曲面NC加工插补误差分析

基于空间曲面共轭原理，建立螺旋锥齿轮的齿面矢量方程，由空间坐标系的变换，确定出刀具相对工件的位置和姿态，实现刀具与工件的相对运动，在综合考虑齿面形状、刀具形态及机床结构等因素的基础上，分析了五坐标螺旋锥齿轮面NC过程插补误差，建立考虑齿面NC插补误差的螺旋齿轮数控加工方法，计算结果与加工实验结果基本一致。     

NURBS曲线机床动力学特性自适应直接插补

提出了一种具有机床动力学自适应能力与曲线前瞻控制能力的NURBS曲线插补算法．算法通过分析加工曲线的几何特征与机床的动态特性,获取曲线插补的前瞻控制信息;并用于指导实时插补．整个插补分两个阶段,首先通过曲线性态与机床特性,运用遗传算法,获取曲线中特殊点的信息,作为曲线插补的前瞻控制信息;然后依据此信息,在实时插补中对插补速度进行校验调整,实现高速曲线插补．该算法较目前同类算法有三个优点：具有机床适应性,能在不同的机床上均可加工出高质量的工件;加工轮廓精度高,进给速度可随曲线曲率自适应调整,保证了插补的轮廓精度;速度波动小,既保证了加工件的表面质量,又避免对机床造成过量冲击．     

关于NURBS曲线插补算法的研究与改进

在分析NURBS曲线现有插补算法的基础上,着重研究了三次NURBS曲线实时插补技术。针对部分算法的不完整或效率低,提出了一种简单快捷的插补算法。采用NURBS曲线的矩阵表达式,将整个插补过程分解为插补预处理和实时插补。在插补预处理中完成了大量的计算,预处理的计算结果直接应用于实时插补,使插补算法满足了NURBS曲线插补的实时性要求,再辅以必要的轮廓误差控制,实现了加工速度自适应于加工路径的NURBS曲线直接插补。     

自由曲面数控加工刀具路径的自适应算法

基于ＮＵＲＢＳ曲面造型理论，以加工质量和效率为目标，提出了确定参数方向经济步长的方法，并构造了生成自由曲面数控加工等参数平行扫描路径的自适应算法。     

基于约束条件的三次NURBS曲线插值研究

综合目前NURBS曲线插值方法,提出了一种新的三次NURBS曲线插值方法.该方法给出了求在型值点处曲率和切线方向约束条件下的三次NURBS曲线插值的方法,为以后通过NURBS曲线生成NURBS曲面奠定基础,并为工程设计人员进行NURBS曲线插值提供理论依据.     

基于齿面参数化表示的准双曲面齿轮的设计

为了能将拟合齿面模型用于准双曲面齿轮的设计，采用加工仿真方法获得了齿面上离散型值点坐标数据，完成了齿面非均匀有理B样条的曲面拟合．依据准双曲面齿轮的主动设计原理，解决了在已知齿面的NURBS表示、齿面接触迹线和传动比函数的条件下来设计未知齿面的关键技术，给出了基于离散化齿坯模型的加工仿真算法，将齿面的接触分析问题转化成一个优化问题，从而构建了齿面接触分析模型，并在其中采用啮合点法线与啮合点间连线之间的夹角趋于0的条件替代了法线重合条件，研究结果表明，齿面的NURBS表示模型可以作为面向准双曲面齿轮设计与制造过程的统一模型，以该模型为基础，可以完成齿面设计、数控机床刀位数据生成和坐标测量路径规划等一系列重要工作。     

增压器叶轮的造型及五坐标数控加工方法

针对叶轮零件五坐标数控加工的技术难点，采用非均匀有理Ｂ样条方法（ＮＵＲＢＳ）进行叶片及叶轮造型，曲线及曲面求交，加工刀具轨迹求解，并开发了后置处理、加工仿真等模块，以ＤＮＣ方式控制数控机床进行加工，建立了一个集成系统。     

STL实体模型数控加工路径规划算法探讨

针对数控加工中STL模型的刀具路径规划一直存在损失模型精度的问题,提出了在STL切片的基础上,对切片数据进行三次分段NURBS曲线插值,通过刀触点计算出刀位点来实现加工路径规划的算法,并且给出了算法的应用实例。实验表明,规划算法是有效和可行的。     

NURBS曲线形状微调

针对非均匀有理B样条(NURBS)曲线形状微调的一种新方法。插值NURBS曲线控制点构造一条B样条曲线,通过调整插值B样条曲线的控制点来调整NURBS曲线的形状。此外,用权点表示控制点,通过调整权点可以交互地修改NURBS曲线的形状。实验结果表明,该方法在解决NURBS曲线形状调整的效率上十分有效。     

加工轨迹C2连续优化算法研究

数控编程中,加工轨迹直接影响零件的质量和切削过程的效率。对加工轨迹的几何形状进行优化显得尤为重要。采用具有高阶连续特性的非均匀有理B样条曲线替代传统的直线、圆弧来描述切削轨迹。基于ObjectARX开发平台,应用遗传算法与参数化建模思想,对NURBS刀具轨迹进行基于控制点的优化,产生曲率过渡平滑,控制点精简的切削轨迹。     

利用NURBS进行复杂形体的设计

从ＮＵＲＢＳ的有理基函数形式出发，对复杂形体的设计方法进行了讨论。综合ＮＵＲＢＳ的具体特点，提出了曲线曲面的设计及修改的一般过程，并导出了各种设计方法相应的数学表示形式及计算方法，全面地给出了基于ＮＵＲＢＳ的造型方法，展示了其优越的几何设计能力。     

基于网格的NURBS曲线下面积的并行计算

为了解决NURBS曲线下面积计算中计算量大的问题，研究并实现了高性能网格环境下并行计算方法．本算法采用Romberg积分和MPI技术相结合的方法，做到通信量最小．经测试，计算用时与网格上并行计算处理器数目成正比．