组合曲面的NURBS插补技术的研究

在分析组合曲面构成原理的基础上,将组合曲面分解为若干组合曲线,以非均匀有理B样条为工具,利用NURBS强大的造型功能表示分解得到的组合曲线,然后对组合曲线进行插补加工。通过对所有分解的曲线的加工达到加工曲面的目的,最后引入误差的控制。通过限定误差的大小来自动调节插补步长的大小,从而调节插补的速度,以达到高速高精度组合曲面加工的目的。     

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.     

受切向约束的空间曲线造型算法

研究了空间过型值点处受三维切向约束的三维空间曲线,提出了一种受切向约束的空间曲线造型算法,达到G1光滑,并且在剪切变形最小意义下,曲线是光顺的.由于不涉及到反求运算,计算速度很快,可在CNC插补运算中得到运用.在算法的实现中选择了三维圆柱曲面,把曲线型值点选定在了圆柱曲面上,并将曲线投影到该圆柱曲面.研究成果对数控加工、检具设计等应用领域具有实用意义.     

通用A型犁体样板曲线计算程序

加工犁面的模具,需事先制作样板,在犁面未用数学曲面表示前,描绘样板曲线所需数据多采用人工测绘方法。有了曲面的数学公式以后,可依此编制程序在电子计算机上计算,很快地得出所需的全部样板曲线数据,且可利用电子计算机运算快、精确性高的特点,寻求和调整参数,为研究提供方便,加快研究速度。     

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。     

NURBS曲面造型与数控加工

以NURBS为数学模型,对曲面造型及加工系统进行了研究.在对各种算法分析、研究和改进的基础上,完成了一个集CAD/CAM于一体具有多种功能的曲面造型及加工系统,合理地将NURBS的主要核心配套技术和各种算法运用于NURBS造型系统中,通过交互方式成功实现了对多种曲线曲面(直线、圆弧、二次曲线、自由曲线、平面、二次曲面、旋转面、直纹面、雕塑曲面、截线面曲面、自由曲面、复杂组合曲面等)的造型生成.     

线面共轭法计算回转刀具廓形及其包络面

线面共轭法是一种简化的计算方法,用于计算加工一些特殊曲面如螺旋面、铲磨面的回转刀具廓形及其包络面.根据被加工曲面上的一条已识曲线和拟定的加工运动,文中提出了计算回转刀具廓形及其被加工曲面的数学模型.     

大型水轮机叶片数控加工的曲面建模研究

本文研究水轮机叶片曲面数控加工的曲面建模及建模时的光顺问题,针对能量法在光顺曲线和曲面网格中的应用,提出了一种决定权因子的简便、有效方法,并给出了具体应用说明。     

基于虚拟样机的转摆摆工作台运动特性仿真

为解决高速走丝电火花线切割机床加工空间曲面的难题,采用工件运动而电极丝保持垂直的方式是个很好的加工办法。本文介绍了五轴联动线切割加工系统结构特点和工作原理,运用三维造型软件Pro/E对加工系统的核心部件转摆摆工作台的零部件进行建模并完成装配,通过Mechanism/Pro接口程序导入Adams中建立了虚拟样机;进行了运动特性仿真,得出工作台运动关键点的速度、加速度和位移曲线。仿真结果表明,机构设计方案能够满足工程实际,为试验样机的设计提供了重要参考。探索出一条利用现有设备辅以研制的附加装置加工复杂曲面的新途径。     

关于数控铣床的编程特点和坐标系统的理解

铣削是机械加工中最常用的方法之一,数控铣床不仅使用于加工箱体、壳体零件,更使用于加工各种复杂的曲线、曲面以及模具型腔等平面或立体零件。对于非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削加工,数学处理比较复杂,一般要借助计算机CAD/CAM软件来实现.两坐标联动数控铣床用于加工平面零件轮廓;三坐标以上的数控铣床用于加工难度较大的复杂工件的立体轮廓,而且换上孔加工刀具,能同样方便地进行数控钻、镗、锪、铰及攻螺纹等孔加工。     

数控系统小线段高速加工中的“拐点问题”

在数控系统的连续小线段高速插补中,由于线段终点速度不为零及插补的离散特征,线段最后插补点与终点不能自然重合,若强行把终点作为最后插补点,可能带来速度冲击.为解决这一问题,本文提出了一种全新的处理方法,在确保没有速度冲击的前提下,允许插补点不通过线段终点,简化了插补算法.该方法产生的最大轮廓误差仅取决于最大加速度及插补周期,在实际系统中进行误差控制十分方便.     

自由曲面CNC高速高精加工

介绍了在ＣＮＣ系统上实现自由曲面加工运动轨迹直接插补控制的原理、方法与取得的成果，使ＣＮＣ系统具有对工程曲面的直接加工和工艺参数的修改适应能力与高速高精加工性能，直接使用类ＡＰＴ的高级语言，大大简化零件程序信息和加工辅助工作，使曲面精加工经济而高效．     

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。     

切线法数控加工中PVT算法的研究

该文针对自主研发的＂切线法数控成型非球面机床＂能够达到设计加工精度,结合强大的能够处理复杂多轴联动并进行插补运算的PMAC运动控制器,提出了在以PMAC自身拥有PVT插补模式为基础上的改进PVT算法,并给出PVT算法的数学模型。通过将改进PVT算法用Matlab语言表述并进行仿真和将其运用到自主研发机床中,结果表明：改进PVT算法有效避免速度不单调导致加工精度降低的问题。     

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.     

高速加工中的速度规划与段间连接

在复杂型面高速加工中,针对离散速度控制的特点,采用基于时间分割的前加减速算法对前瞻处理后的路径进行离散速度规划;在满足周期性、速度、加速度和定位要求的前提下,对速度规划后的残余长度在减速段进行平摊处理;对于无法进行平摊的残余长度,给出了空间直线与圆弧相互连接的计算公式.结果表明,该方法能够满足复杂型面高速加工的插补精度和加工效率要求.     

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.     

一种非均匀有理B样条在线拟合高速平滑插补方法研究

针对连续小线段加工的平均速度低、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。仿真和实验结果表明,该方法能够有效的提高加工速度,减小加工过程中的振动,同时保证加工精度。     

参数曲面上投影曲线的直接插补算法

用传统方法加工复杂曲面时,由于计算机数控系统的轨迹控制能力不强,过分依赖数控编程,因而带来很多问题．针对这种情况,文中针对参数曲面上以投影方式形成的空间曲线轨迹,提出了一种直接插补算法．应用该算法,可以实现对参数曲面局部加工区域内生成的刀轨的直接插补运算．该算法的实现提高了数控系统的轨迹控制能力．文中最后给出了一个曲面局部加工实例来对算法进行验证．仿真结果表明,给出的算法简单、可行而且有效．该算法也可以推广应用于曲面的整体加工．