义齿数控加工轨迹优化及其前瞻速度控制算法研究
发布时间：2020-12-31 20:35
近年来在义齿制造领域,数控义齿加工逐渐兴起,以高效精准便捷快速的特点逐渐取代传统手工制作。数控义齿加工需要经过对牙齿形貌获取建模、根据CAD/CAM软件生成数控加工轨迹、最后加工成形。在数控加工中直接使用CAM生成的数控轨迹会存在加工效率较低、振动较大等问题,影响加工质量。本课题主要研究义齿加工过程中的轨迹优化和前瞻速度控制问题,以提高义齿修复体加工的效率和稳定性,通过对义齿加工轨迹进行分析,并以此为基础对轨迹数据进行预处理、轨迹优化、前瞻速度控制等工作,最终设计出优化程序,得到优化的加工轨迹和速度。本文的主要研究内容有:（1）通过分析义齿加工轨迹特点,提出采用三阶B样条曲线轨迹与直线轨迹相结合的轨迹优化方法;设计预处理算法剔除或合并原始轨迹中的异常点;提出断点判断规则,将轨迹分类为直线轨迹段和曲线轨迹段;给出S型速度控制的分类条件和数学模型。（2）研究直线轨迹的优化和前瞻速度算法。建立直线轨迹过渡模型,采用类抛物线轨迹对直线转接处进行平滑过渡;求解单一过渡段速度控制函数;结合前瞻控制设计连续段速度控制方法;利用MATLAB对程序进行仿真分析。（3）研究B样条曲线轨迹优化和前瞻速度算法...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多种义齿修复体形貌
a)全局优化 b)局部优化图 1-3 两种轨迹优化后加工路径图1.3.1.1. 全局优化国内外研究现状全局优化考虑多段线段连接，建立优化曲线，在满足精度要求的情况下使用曲线轨迹代替直线轨迹，主要使用多项式曲线、B 样条或 NURBS 曲线进行轨迹拟合。对于多项式曲线拟合的研究较少，其中李浩等[5]使用三次多项式曲线拟合直线轨迹，并给出拟合体征点条件，该方法相对简单计算便捷，但不适用于相对复杂的轨迹，容易产生拟合误差较大的情况。更多的研究者将 B 样条曲线或者 NURB曲线作为研究对象，相比于多项式曲线，B 样条或 NURBS 都可以通过改变控制点和节点向量来获得不同的光滑连续曲线，自由度更好。对于 B 样条曲线，较早的一些研究主要关注拟合方法对误差的影响，如 BORGES C 等[6]将 Gauss-Newton 法应用于拟合计算解决精度问题；PARK H[7]对最小二乘法提出改进，依据曲线复杂程度选取型值点，减少计算量；TSAI M-S[8]采用了连续 Bezier 曲线拟合并给出光顺条件。国内的学者也做了一些研究如刘晶等[9]研究包含未知点的曲线拟合问题
图 1-4 线段拐角 B 样条曲线过渡[24]6]使用二次 NURBS 圆弧曲线构造线段转接路径，采用形加减速控制算法进行速度规划，在满足精度要求的情SENCER B 等[27]使用五次 B 样条角平滑算法，所提出过渡和最佳曲率几何，在不违反轴加速度限制的情况下HANG L 等[28]采用多周期过渡的方法对拐角进行插补，利用机床各驱动轴最大加速能力。该方法在直线段和变点，在粗加工中可以作为简化算法有效提高加工效影响加工质量，产生振动。速度控制研究现状控制是在速度控制的基础上添加前瞻算法，通过预先规划来达到轨迹速度连续。利用前瞻算法提前读入一方法进行速度预估，由于将未到达的轨迹点加入计算减速保证速度连续变化。国内外对前瞻速度控制研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]High Accurate Interpolation of NURBS Tool Path for CNC Machine Tools[J]. LIU Qiang,LIU Huan,YUAN Songmei. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(05)
[2]基于三次多项式曲线的轨迹平滑压缩算法[J]. 李浩,黄艳,马岩蔚. 组合机床与自动化加工技术. 2016(06)
[3]NURBS曲线参数插补的实时前瞻算法[J]. 唐潍,蔡光辉,秦衡峰. 计算机应用研究. 2016(02)
[4]面向连续短线段高速加工的圆弧转接前瞻控制算法[J]. 张君,张立强,张凯. 中国机械工程. 2015(15)
[5]高速数控加工中NURBS曲线拟合及插补技术的研究[J]. 杨萍,杨明泰,张阳阳. 中国机械工程. 2015(12)
[6]基于S曲线加减速的NURBS插补控制方法研究[J]. 岳磊,赵国勇,刘晨希,安红静. 组合机床与自动化加工技术. 2015(05)
[7]高速嵌入式数控系统速度前瞻控制算法的研究[J]. 王耀庭,张秋菊,成津赛. 机械科学与技术. 2014(12)
[8]一种优化轨迹段间衔接速度的自适应前瞻控制[J]. 潘海鸿,杨增启,陈琳,董海涛,黄炳琼,谭华卿. 机械工程学报. 2015(05)
[9]基于三次多项式加减速的NURBS插补前瞻控制算法[J]. 张力,杨东升,王允森,李海英. 组合机床与自动化加工技术. 2014(03)
[10]多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法[J]. 史中权,叶文华. 航空学报. 2014(02)
博士论文
[1]基于NURBS的复杂曲线曲面高速高精度加工技术研究[D]. 余道洋.合肥工业大学 2014
[2]面向五轴加工轨迹的曲率连续光顺及其插补方法研究[D]. 石璟.上海交通大学 2014
[3]口腔修复嵌体造型关键技术研究[D]. 张长东.南京航空航天大学 2013
[4]曲面数控加工编程轨迹的NURBS拟合及插补算法研究[D]. 吴继春.华中科技大学 2012
[5]自适应NURBS曲线插补关键技术及实现研究[D]. 沈洪垚.浙江大学 2010
[6]修复牙牙弓线提取及磨牙冠数控加工关键技术研究与实现[D]. 王奇峰.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]面向连续短线段高速加工的平滑转接及前瞻控制研究[D]. 张君.上海工程技术大学 2016
[2]针对小线段加工的NURBS自适应插补算法的研究[D]. 王文莉.山东大学 2015
[3]义齿高效数控加工刀轨优化技术的研究与实现[D]. 雷伟军.南京航空航天大学 2014
[4]基于Look-Ahead技术的CNC轨迹规划的研究[D]. 李建华.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：2950272
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多种义齿修复体形貌
a)全局优化 b)局部优化图 1-3 两种轨迹优化后加工路径图1.3.1.1. 全局优化国内外研究现状全局优化考虑多段线段连接，建立优化曲线，在满足精度要求的情况下使用曲线轨迹代替直线轨迹，主要使用多项式曲线、B 样条或 NURBS 曲线进行轨迹拟合。对于多项式曲线拟合的研究较少，其中李浩等[5]使用三次多项式曲线拟合直线轨迹，并给出拟合体征点条件，该方法相对简单计算便捷，但不适用于相对复杂的轨迹，容易产生拟合误差较大的情况。更多的研究者将 B 样条曲线或者 NURB曲线作为研究对象，相比于多项式曲线，B 样条或 NURBS 都可以通过改变控制点和节点向量来获得不同的光滑连续曲线，自由度更好。对于 B 样条曲线，较早的一些研究主要关注拟合方法对误差的影响，如 BORGES C 等[6]将 Gauss-Newton 法应用于拟合计算解决精度问题；PARK H[7]对最小二乘法提出改进，依据曲线复杂程度选取型值点，减少计算量；TSAI M-S[8]采用了连续 Bezier 曲线拟合并给出光顺条件。国内的学者也做了一些研究如刘晶等[9]研究包含未知点的曲线拟合问题
图 1-4 线段拐角 B 样条曲线过渡[24]6]使用二次 NURBS 圆弧曲线构造线段转接路径，采用形加减速控制算法进行速度规划，在满足精度要求的情SENCER B 等[27]使用五次 B 样条角平滑算法，所提出过渡和最佳曲率几何，在不违反轴加速度限制的情况下HANG L 等[28]采用多周期过渡的方法对拐角进行插补，利用机床各驱动轴最大加速能力。该方法在直线段和变点，在粗加工中可以作为简化算法有效提高加工效影响加工质量，产生振动。速度控制研究现状控制是在速度控制的基础上添加前瞻算法，通过预先规划来达到轨迹速度连续。利用前瞻算法提前读入一方法进行速度预估，由于将未到达的轨迹点加入计算减速保证速度连续变化。国内外对前瞻速度控制研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]High Accurate Interpolation of NURBS Tool Path for CNC Machine Tools[J]. LIU Qiang,LIU Huan,YUAN Songmei. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2016(05)
[2]基于三次多项式曲线的轨迹平滑压缩算法[J]. 李浩,黄艳,马岩蔚. 组合机床与自动化加工技术. 2016(06)
[3]NURBS曲线参数插补的实时前瞻算法[J]. 唐潍,蔡光辉,秦衡峰. 计算机应用研究. 2016(02)
[4]面向连续短线段高速加工的圆弧转接前瞻控制算法[J]. 张君,张立强,张凯. 中国机械工程. 2015(15)
[5]高速数控加工中NURBS曲线拟合及插补技术的研究[J]. 杨萍,杨明泰,张阳阳. 中国机械工程. 2015(12)
[6]基于S曲线加减速的NURBS插补控制方法研究[J]. 岳磊,赵国勇,刘晨希,安红静. 组合机床与自动化加工技术. 2015(05)
[7]高速嵌入式数控系统速度前瞻控制算法的研究[J]. 王耀庭,张秋菊,成津赛. 机械科学与技术. 2014(12)
[8]一种优化轨迹段间衔接速度的自适应前瞻控制[J]. 潘海鸿,杨增启,陈琳,董海涛,黄炳琼,谭华卿. 机械工程学报. 2015(05)
[9]基于三次多项式加减速的NURBS插补前瞻控制算法[J]. 张力,杨东升,王允森,李海英. 组合机床与自动化加工技术. 2014(03)
[10]多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法[J]. 史中权,叶文华. 航空学报. 2014(02)
博士论文
[1]基于NURBS的复杂曲线曲面高速高精度加工技术研究[D]. 余道洋.合肥工业大学 2014
[2]面向五轴加工轨迹的曲率连续光顺及其插补方法研究[D]. 石璟.上海交通大学 2014
[3]口腔修复嵌体造型关键技术研究[D]. 张长东.南京航空航天大学 2013
[4]曲面数控加工编程轨迹的NURBS拟合及插补算法研究[D]. 吴继春.华中科技大学 2012
[5]自适应NURBS曲线插补关键技术及实现研究[D]. 沈洪垚.浙江大学 2010
[6]修复牙牙弓线提取及磨牙冠数控加工关键技术研究与实现[D]. 王奇峰.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]面向连续短线段高速加工的平滑转接及前瞻控制研究[D]. 张君.上海工程技术大学 2016
[2]针对小线段加工的NURBS自适应插补算法的研究[D]. 王文莉.山东大学 2015
[3]义齿高效数控加工刀轨优化技术的研究与实现[D]. 雷伟军.南京航空航天大学 2014
[4]基于Look-Ahead技术的CNC轨迹规划的研究[D]. 李建华.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：2950272
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