自由型曲线曲面直接插补技术研究

发布时间：2017-05-24 08:16

  本文关键词：自由型曲线曲面直接插补技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着机械制造、自动控制、微电子、数据处理等技术的发展,传统的数控技术即将被新的、开放式的数控技术所取代。在数控系统中,插补功能的优劣直接影响了对CNC控制系统整体性能的评价。在现代制造业中,对曲面加工的需求和质量要求不断提高,而传统的以直线、圆弧为代表的插补技术,已经远远不能满足这一需求,因此,需要研究新的自由型曲线曲面插补技术,来改善零件的加工效率和加工质量,以适应现代数控技术的发展要求。 NURBS(Non-Uniform Rational B Spline)由于其良好的数学特性,被国际标准化组织规定为产品数据交换的一个国际标准,并且在CAD领域,NURBS已得到较好的应用。因此,研究以NURBS为代:表的自由型曲线曲面插补技术成为一种必然选择。 本文在深入研究NURBS曲线曲面构成方法及其性质的基础上,介绍了曲线曲面的参数矢量确定方法和控制点反算算法,对NURBS基函数迭代算式进行了简化处理,提出了一种具有实时前瞻功能的NURBS动态插补方法,该算法能够在满足精度要求的前提下,综合考虑电机性能和曲线曲率变化,使得加工步长平缓连续变化,并且能前瞻减速段的开始位置,在到达曲线终点之前及时减速,使加工过程中的机床震动小,防止零件过切。 在曲面加工中,刀具不可能遍历整个待加工曲面,而只能沿着曲面上的一些有限的曲线轨迹运动。因此,曲面加工中,需要确定刀具运动的这些曲线轨迹。文中介绍了常见的几种刀具轨迹生成方法,并对它们的应用条件和优劣进行了对比。针对常见的两种不同的曲面形状,文中采用了不同的方法进行处理。对于两轴半曲面,采用传统的固定导轨偏置距离的方法进行刀具轨迹规划;而对于三轴曲面,则根据精度要求,采用计算得到的刀轨来求得随着曲率变化而不断变化的参数步长值,在满足精度要求的前提下,达到一种刀具轨迹的最优化设计,在曲率大的地方,刀轨较密,曲率小的地方,刀轨较疏,能够最大程度的协调曲率与效率的关系,使其能够在最短的时间内,加工完整张曲面。 根据NURBS插补原理和文中介绍的插补方法,采用Visual C++软件编程实现了由输入型值点到输出刀位点的整个功能算法,利用Matlab验证了算法的可行性和正确性。
【关键词】：NURBS 插补 CNC
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 数控插补原理14-15
• 1.2 数控插补技术的发展现状15-16
• 1.3 自由型曲线曲面直接插补技术16-17
• 1.4 自由型曲线曲面插补技术的国内外研究现状17-19
• 1.4.1 国外研究现状17-18
• 1.4.2 国内研究现状18-19
• 1.5 本课题的研究意义及研究内容19-20
• 1.6 论文章节安排20-22
• 第2章 NURBS曲线曲面表示及其性质22-28
• 2.1 NURBS曲线介绍22-25
• 2.1.1 有理分式表示22-23
• 2.1.2 有理基函数表示23-24
• 2.1.3 基函数的简化处理24-25
• 2.2 NURBS曲面介绍25-26
• 2.3 NURBS曲线曲面的性质26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 NURBS曲线曲面的反算28-38
• 3.1 NURBS曲线的反算28-35
• 3.1.1 数据点的参数化及其节点矢量的确定28-29
• 3.1.2 三次NURBS曲线控制顶点的反算29-32
• 3.1.3 追赶法求解三对角方程组32-35
• 3.2 曲面的反算35-37
• 3.2.1 曲面反算中的参数方向与参数向量确定36
• 3.2.2 参数矢量的确定36-37
• 3.2.3 反算控制顶点37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 自由曲线插补技术38-49
• 4.1 具有实时前瞻功能的NURBS动态插补算法38-40
• 4.2 算法介绍40-44
• 4.2.1 电机性能判断40-42
• 4.2.2 精度判别42
• 4.2.3 步长调整与实时前瞻42-44
• 4.2.4 步长微调44
• 4.3 实验验证44-48
• 4.3.1 电机性能判断模块的影响45-46
• 4.3.2 传统的直线逼近插补与NURBS直接插补的性能比较46-47
• 4.3.3 实时性验证47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 自由曲面插补技术49-57
• 5.1 曲面插补49-52
• 5.2 两轴半自由曲面加工52-53
• 5.3 三轴自由曲面插补53-56
• 5.3.1 样条曲面的性质和构造过程53-55
• 5.3.2 刀轨偏移距离确定55
• 5.3.3 曲面全部刀轨偏移距离的计算过程55-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第6章 算法验证57-65
• 6.1 两轴半自由曲面插补57-59
• 6.2 三轴自由曲面插补59-64
• 6.3 本章小结64-65
• 总结与展望65-68
• 总结65
• 展望65-68
• 参考文献68-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73-74
• 学位论文评阅及答辩情况表74

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陆晓丽;洪荣晶;袁鸿;;基于NURBS的齿轮盘铣刀后刀面插补点计算[J];机械设计与制造;2011年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 余森楠;参数曲线曲面的曲率自适应实时插补技术研究[D];大连理工大学;2010年

2 郭福坤;多轴控制用新型数控系统的研究与应用[D];华南理工大学;2010年

3 华剑锋;多压头成形技术数据接口软件设计[D];武汉理工大学;2011年

4 常莹松;数控机床超声自动检测系统产品族控制技术研究[D];中北大学;2012年

5 徐元凡;基于STEP标准的自由曲线曲面插补技术研究[D];山东大学;2009年

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7 张银龙;金刚石车削光学自由曲面的刀具轨迹插补方法研究[D];吉林大学;2012年

8 王群;五轴联动双NURBS曲线插补算法研究[D];湖南大学;2012年

9 马妍;NURBS实时插补算法的研究及其仿真[D];长安大学;2012年

  本文关键词：自由型曲线曲面直接插补技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：390227