高速加工数控系统NURBS曲线前瞻直接插补关键算法研究与实现
发布时间：2021-04-10 16:52
传统的基于连续微段的插补方式在复杂曲线曲面高速加工中遇到瓶颈。随着现代制造业中对精度和效率要求的提高,NURBS（Non Uniform Rational B-Spline,非均匀有理B样条）曲线直接插补技术应运而生。NURBS曲线直接插补技术不仅能有效提高零件的表面质量和加工效率,还能降低数据传输和存储的负担,是数控加工领域的一项先进技术。本文对高速加工数控系统NURBS曲线直接插补关键算法开展研究,研究的主要内容如下:首先,研究了NURBS曲线的数学基础。给出了NURBS曲线的两种表示形式,为满足数控系统的实时性要求,使用预处理矩阵法进行NURBS曲线的求值求导。针对插补点参数求解问题,提出了基于FV迭代的NURBS曲线插补点参数预估校正求解算法,有效控制了速度波动率,同时减小了计算量。然后,建立了一种NURBS曲线直接插补的速度约束模型。推导了NURBS曲线曲率对速度的约束;对加减速控制算法开展研究,为平衡加减速柔性与计算实时性,使用S形加减速控制算法,推导了算法的求解流程。在此基础上探讨了两种约束之间的关系,建立了一种NURBS曲线直接插补的速度约束模型。接下来,提出了一种考虑...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．２中点法计算ＮＵＲＢＳ曲线的弓高误差??．
?？?ｐ??图３．２中点法计算ＮＵＲＢＳ曲线的弓高误差??中点法的原理如图３．２所示。首先计算出相邻两插补点连线的中点Ｍ，，以及这??两个插补点参数平均值对应的点，然后将这两个点的距离｜?ｉ＾；?｜作为当前插补周??期的弓高误差??Ｓｉ＝＼Ｍ￣Ｎｉ＼?＝?Ｃ（＾ｄ＾±Ｌ）－Ｃ＾）?＋?Ｃ＾？）?（３．１）??中点法的优点在于不涉及ＮＵＲＢＳ曲线复杂的求导计算，求解十分简便；缺点在??于其计算精度较低，而且不能直观反映出弓高误差与插补步长、曲线曲率之间的关系。??（２）圆弧近似法??近似圆弧??４、?ＮＵＲＢＳ?曲线??＼?．丨?／？、仏?？??＼?＊?／??＼?？?／??Ｐｉ＼?１?／??＼?丨／??、＇、?；?／??、＼?？?／??＼?ｉ?／??＼?Ｓ?／??＇丄／??图３．３圆弧近似法计算ＮＵＲＢＳ曲线的弓商误差??圆弧近似法的原理如图３．３所示。首先计算当前插补点乃处的曲率半径ｐ，：??ｐ－?（３２）??然后用半径为／＞，的圆弧对ｆ与ｆ＋１之间的曲线段进行近似。设插补周期长度为７＼当??２３??
如Ａ，雌匀ＰｆＪ，艇）?（）??因此，给定最大弓高误差Ｊｍａｘ、最大法向加速度為＿ｘ和最大法向加加速度Ｊ，，ｍａｘ，??由式（３．８）可以得到ＮＵＲＢＳ曲线上的曲率约束速度曲线，如图３．４所示。??２４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于规划单元的连续微小直线段在线规划算法[J]. 张勇,叶佩青,汤佳骏,张辉. 计算机集成制造系统. 2017(11)
[2]非均匀有理B样条曲线的高精度低速度波动插补算法[J]. 魏栋,张树有,刘晓健. 浙江大学学报(工学版). 2016(11)
[3]李克强在国务院常务会议上表示 用先进标准倒逼“中国制造”升级[J]. 李之南. 质量探索. 2016(04)
[4]基于Steffensen迭代法的NURBS曲线插补算法[J]. 刘念,赵东标,杨剑波. 机械与电子. 2016(04)
[5]基于Hamming法的新型NURBS曲线插补算法研究[J]. 金荣益,竺韵德,李国平. 机电工程. 2016(04)
[6]用先进标准倒逼“中国制造”升级[J]. 张馨元. 中国招标. 2016(14)
[7]NURBS曲线曲率极值点快速分析与定位算法研究[J]. 尹涓,罗福源,游有鹏. 机械科学与技术. 2015(10)
[8]基于牛顿迭代法的S形加减速时间算法研究[J]. 杨亮亮,许守金,史伟民,葛宏伟. 中国机械工程. 2015(07)
[9]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)
[10]反向插补的NURBS曲线前瞻插补算法[J]. 孙树杰,林浒,郑飂默. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(09)
博士论文
[1]微小线段高速加工的轨迹优化建模及前瞻插补技术研究[D]. 金永乔.上海交通大学 2015
[2]高平稳数控运动控制算法与系统软件开发方法研究[D]. 何均.南京航空航天大学 2010
[3]NURBS曲线刀具路径实时插补技术研究[D]. 孙海洋.国防科学技术大学 2008
[4]高性能数控系统若干关键技术的研究[D]. 冷洪滨.浙江大学 2008
硕士论文
[1]基于Cardinal样条曲线的微小线段间平滑过渡算法的设计与实现[D]. 袁家兰.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2018
[2]连续微线段高速加工数控系统路径与速度前瞻规划算法研究[D]. 朱长峰.浙江大学 2018
[3]数控系统柔性加减速控制方法研究及软件开发[D]. 李晓辉.浙江大学 2007
[4]基于机床动力学特性的连续小直线段高速插补算法[D]. 李黎.华中科技大学 2006
[5]CNC数控系统加减速控制方法研究与实现[D]. 商允舜.浙江大学 2006
[6]高速加工插补算法的动力学行为分析与评价[D]. 何莹.华中科技大学 2005
本文编号：3129993
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．２中点法计算ＮＵＲＢＳ曲线的弓高误差??．
?？?ｐ??图３．２中点法计算ＮＵＲＢＳ曲线的弓高误差??中点法的原理如图３．２所示。首先计算出相邻两插补点连线的中点Ｍ，，以及这??两个插补点参数平均值对应的点，然后将这两个点的距离｜?ｉ＾；?｜作为当前插补周??期的弓高误差??Ｓｉ＝＼Ｍ￣Ｎｉ＼?＝?Ｃ（＾ｄ＾±Ｌ）－Ｃ＾）?＋?Ｃ＾？）?（３．１）??中点法的优点在于不涉及ＮＵＲＢＳ曲线复杂的求导计算，求解十分简便；缺点在??于其计算精度较低，而且不能直观反映出弓高误差与插补步长、曲线曲率之间的关系。??（２）圆弧近似法??近似圆弧??４、?ＮＵＲＢＳ?曲线??＼?．丨?／？、仏?？??＼?＊?／??＼?？?／??Ｐｉ＼?１?／??＼?丨／??、＇、?；?／??、＼?？?／??＼?ｉ?／??＼?Ｓ?／??＇丄／??图３．３圆弧近似法计算ＮＵＲＢＳ曲线的弓商误差??圆弧近似法的原理如图３．３所示。首先计算当前插补点乃处的曲率半径ｐ，：??ｐ－?（３２）??然后用半径为／＞，的圆弧对ｆ与ｆ＋１之间的曲线段进行近似。设插补周期长度为７＼当??２３??
如Ａ，雌匀ＰｆＪ，艇）?（）??因此，给定最大弓高误差Ｊｍａｘ、最大法向加速度為＿ｘ和最大法向加加速度Ｊ，，ｍａｘ，??由式（３．８）可以得到ＮＵＲＢＳ曲线上的曲率约束速度曲线，如图３．４所示。??２４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于规划单元的连续微小直线段在线规划算法[J]. 张勇,叶佩青,汤佳骏,张辉. 计算机集成制造系统. 2017(11)
[2]非均匀有理B样条曲线的高精度低速度波动插补算法[J]. 魏栋,张树有,刘晓健. 浙江大学学报(工学版). 2016(11)
[3]李克强在国务院常务会议上表示 用先进标准倒逼“中国制造”升级[J]. 李之南. 质量探索. 2016(04)
[4]基于Steffensen迭代法的NURBS曲线插补算法[J]. 刘念,赵东标,杨剑波. 机械与电子. 2016(04)
[5]基于Hamming法的新型NURBS曲线插补算法研究[J]. 金荣益,竺韵德,李国平. 机电工程. 2016(04)
[6]用先进标准倒逼“中国制造”升级[J]. 张馨元. 中国招标. 2016(14)
[7]NURBS曲线曲率极值点快速分析与定位算法研究[J]. 尹涓,罗福源,游有鹏. 机械科学与技术. 2015(10)
[8]基于牛顿迭代法的S形加减速时间算法研究[J]. 杨亮亮,许守金,史伟民,葛宏伟. 中国机械工程. 2015(07)
[9]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)
[10]反向插补的NURBS曲线前瞻插补算法[J]. 孙树杰,林浒,郑飂默. 计算机辅助设计与图形学学报. 2014(09)
博士论文
[1]微小线段高速加工的轨迹优化建模及前瞻插补技术研究[D]. 金永乔.上海交通大学 2015
[2]高平稳数控运动控制算法与系统软件开发方法研究[D]. 何均.南京航空航天大学 2010
[3]NURBS曲线刀具路径实时插补技术研究[D]. 孙海洋.国防科学技术大学 2008
[4]高性能数控系统若干关键技术的研究[D]. 冷洪滨.浙江大学 2008
硕士论文
[1]基于Cardinal样条曲线的微小线段间平滑过渡算法的设计与实现[D]. 袁家兰.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所) 2018
[2]连续微线段高速加工数控系统路径与速度前瞻规划算法研究[D]. 朱长峰.浙江大学 2018
[3]数控系统柔性加减速控制方法研究及软件开发[D]. 李晓辉.浙江大学 2007
[4]基于机床动力学特性的连续小直线段高速插补算法[D]. 李黎.华中科技大学 2006
[5]CNC数控系统加减速控制方法研究与实现[D]. 商允舜.浙江大学 2006
[6]高速加工插补算法的动力学行为分析与评价[D]. 何莹.华中科技大学 2005
本文编号：3129993
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