基于NURBS曲面几何参数的五轴数控插补技术研究
发布时间：2023-04-15 00:33
五轴数控加工因其更好的表面加工质量和更高的加工效率在复杂自由曲面零件的制造领域正逐渐取代传统的三轴加工。但由于五轴数控加工实现复杂性较高、难度较大,在曲面五轴加工直接插补技术和曲面几何信息的完整描述等方面还存在一些尚待解决的问题,为此本文开展了 NURBS曲面五轴数控插补技术的研究工作。研究了 NURBS曲线曲面的数学描述,采用齐次坐标法简化了 NURBS曲线曲面上一点的计算及其偏导数的计算。分析了 NURBS曲面实体在IGES和STEP两种数据交换文件中的存储方式,在此基础上使用Visual C++开发了从上述两种数据交换文件中提取出描述NURBS曲面的基函数幂次、节点矢量、权因子、控制点坐标等几何参数的软件。提取的参数数据为后续插补计算提供数据来源。建立了一种NURBS曲面五轴数控直接插补的数学模型并给出了其算法实现。使用等参数线法对刀具路径进行规划,接着提出一种简化算法对刀触点坐标进行计算,保证了插补的实时性,最后结合具体机床结构完成逆运动学变换,生成能够控制机床运动指令值。以上述插补机理为基础,利用Visual C++软件编程实现了插补算法,它能够完成NURBS曲面参数的输入、...
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1 五轴数控加工的必要性
1.1.1 五轴数控加工概述
1.1.2 五轴数控加工的特点
1.2 数控系统插补的原理
1.3 曲面插补技术概况
1.3.1 传统曲面插补方法
1.3.2 曲面直接插补技术研究现状
1.4 本文研究的主要内容
2. NURBS曲线曲面的数学描述
2.1 NURBS曲线的定义及相关运算
2.1.1 NURBS曲线的定义
2.1.2 齐次坐标法对NURBS曲线上一点的运算
2.1.3 NURBS曲线的偏导运算
2.2 NURBS曲面的定义及相关运算
2.2.1 NURBS曲面的定义
2.2.2 NURBS曲面上一点的运算
2.2.3 NURBS曲面的偏导运算
2.3 本章小结
3. NURBS曲面几何信息提取研究
3.1 图形数据交换标准概述
3.1.1 IGES规范概述
3.1.2 STEP标准概述
3.2 IGES文件中NURBS曲面几何信息的提取
3.2.1 IGES文件存储格式
3.2.2 IGES文件中实体数据记录格式
3.2.3 IGES文件中NURBS曲面存储方式
3.2.4 IGES文件中NURBS曲面几何信息提取
3.3 STEP文件中NURBS曲面几何信息的提取
3.3.1 STEP文件存储格式
3.3.2 STEP文件中NURBS曲面几何信息的存储方式
3.3.3 STEP文件中NURBS曲面几何信息提取
3.3.3.1 STEP文件中NURBS曲面实体到C++类的映射
3.3.3.2 STEP文件中NURBS曲面实体几何信息提取
3.4 NURBS曲面几何参数提取程序的设计与开发
3.4.1 程序主界面设计
3.4.2 NURBS曲面文件的显示模块
3.4.2.1 AutoVue控件
3.4.2.2 AutoVue控件的注册与调用
3.4.2.3 NURBS曲面文件文本的显示
3.4.3 NURBS曲面几何参数参数提取验证
3.5 本章小结
4. NURBS曲面五轴插补方法的研究
4.1 NURBS曲面的五轴数控插补机理
4.2 基于等参数线法的刀具路径规划
4.2.1 五轴加工刀具路径计算相关模型
4.2.2 等参数线法的刀具路径规划
4.2.3 加工曲面曲率半径的计算
4.2.4 有效刀具半径的计算
4.2.5 走刀行距的计算
4.3 基于恒定进给速度的刀位点和姿态角生成
4.3.1 刀触点坐标的计算
4.3.2 刀具偏置
4.4 基于机床结构的逆运动学变换
4.5 插补算法优化及程序实现
4.5.1 插补点的直接计算
4.5.2 插补点计算的简化算法
4.5.3 插补点计算的程序实现
4.6 仿真验证
4.7 本章小结
5. 结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
本文编号：3790876
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
1. 绪论
1.1 五轴数控加工的必要性
1.1.1 五轴数控加工概述
1.1.2 五轴数控加工的特点
1.2 数控系统插补的原理
1.3 曲面插补技术概况
1.3.1 传统曲面插补方法
1.3.2 曲面直接插补技术研究现状
1.4 本文研究的主要内容
2. NURBS曲线曲面的数学描述
2.1 NURBS曲线的定义及相关运算
2.1.1 NURBS曲线的定义
2.1.2 齐次坐标法对NURBS曲线上一点的运算
2.1.3 NURBS曲线的偏导运算
2.2 NURBS曲面的定义及相关运算
2.2.1 NURBS曲面的定义
2.2.2 NURBS曲面上一点的运算
2.2.3 NURBS曲面的偏导运算
2.3 本章小结
3. NURBS曲面几何信息提取研究
3.1 图形数据交换标准概述
3.1.1 IGES规范概述
3.1.2 STEP标准概述
3.2 IGES文件中NURBS曲面几何信息的提取
3.2.1 IGES文件存储格式
3.2.2 IGES文件中实体数据记录格式
3.2.3 IGES文件中NURBS曲面存储方式
3.2.4 IGES文件中NURBS曲面几何信息提取
3.3 STEP文件中NURBS曲面几何信息的提取
3.3.1 STEP文件存储格式
3.3.2 STEP文件中NURBS曲面几何信息的存储方式
3.3.3 STEP文件中NURBS曲面几何信息提取
3.3.3.1 STEP文件中NURBS曲面实体到C++类的映射
3.3.3.2 STEP文件中NURBS曲面实体几何信息提取
3.4 NURBS曲面几何参数提取程序的设计与开发
3.4.1 程序主界面设计
3.4.2 NURBS曲面文件的显示模块
3.4.2.1 AutoVue控件
3.4.2.2 AutoVue控件的注册与调用
3.4.2.3 NURBS曲面文件文本的显示
3.4.3 NURBS曲面几何参数参数提取验证
3.5 本章小结
4. NURBS曲面五轴插补方法的研究
4.1 NURBS曲面的五轴数控插补机理
4.2 基于等参数线法的刀具路径规划
4.2.1 五轴加工刀具路径计算相关模型
4.2.2 等参数线法的刀具路径规划
4.2.3 加工曲面曲率半径的计算
4.2.4 有效刀具半径的计算
4.2.5 走刀行距的计算
4.3 基于恒定进给速度的刀位点和姿态角生成
4.3.1 刀触点坐标的计算
4.3.2 刀具偏置
4.4 基于机床结构的逆运动学变换
4.5 插补算法优化及程序实现
4.5.1 插补点的直接计算
4.5.2 插补点计算的简化算法
4.5.3 插补点计算的程序实现
4.6 仿真验证
4.7 本章小结
5. 结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
作者简介
本文编号：3790876
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