数控系统高性能微段插补技术研究与应用

针对在复杂曲线曲面加工时,由CAM产生的连续微段在加工中由于频繁加减速所带来的加工精度和速度的矛盾问题.在CNC中采用微段插补技术对连续微段进行实时样条重构及递推插补以实现对曲面的高速高精度加工.给出的微段插补技术包括新设计的代数指数样条函数,结合速度规划给出的样条重构及样条曲线的递推插补算法.应用微段插补技术进行的样件数控加工实验中,在保证原曲线加工轮廓误差的同时,加工轨迹以μm级精度逼近原曲线,并且加工速度提高了5～5.4倍.实验结果表明,算法在加工轨迹的整体上实现了进给速度的平滑衔接,在加工过程中避免了频繁的加减速,机床运行平稳,加工精度高,表面质量好的同时提高了加工效率.     

连续微段样条曲线重构加工算法

针对复杂曲面在采用连续微段模式加工的过程中合成速度波动大导致加工效率降低的问题,提出了适用于微段加工的样条曲线重构新算法,该方法包含建立一种具有快速递推性质的样条曲线,及基于该曲线的速度规划和快速递推插补加工的方法。实验表明,算法在保证加速度连续的条件下,通过样条重构及速度规划减少了频繁加减速,提高了加工效率;快速递推则提高了插补计算的速度,插补点精确通过微段节点,保证了加工精度,提升了数控系统的性能。     

高速高精度曲线重构与递推插补研究

为解决中高档计算机数控(Computer numerical control,CNC)中基于多项式基的Hermite样条曲线实时插补算法递推速度低且逼近精度较差的问题,文中利用指数函数e–t快速递推及收敛的优点,在代数指数混合空间构造新的样条曲线并给出基于该曲线的递推插补算法。应用该算法进行的插补试验中,与Hermite曲线相比,新样条曲线的递推速度提高1.7～2.1倍,同时逼近精度提高一个数量级。结果表明基于新曲线的插补算法在提高轮廓加工轨迹精度的同时,也提高加工效率,满足中高档计算机数控中样条曲线的构造要求。     

基于曲线重构的微段插补算法

针对传统微段加工中由于频繁加减速产生的机床振动大、加工效率低及微段节点处速度方向不连续的问题,在计算机数控中采用微段曲线重构技术,对连续微段进行实时样条重构,以实现对曲面的高速高精度插补加工.应用微段插补技术进行的样件数控加工实验中,在保证原曲线加工精度的同时,提高了加工速度.实验结果表明了算法的有效性.     

基于代数三角基的Quasi-Hermite曲线的构造与研究

数控系统的插补算法中常采用的Hermite样条曲线,由于算法递推速度低且逼近精度较差,限制了它在中高档数控系统实时插补中的应用.通过研究数控系统的样条曲线构造特点及其和CAD/CAM系统的样条曲线之间的关联,采用最佳平方逼近,并结合幅值、相位、摄动量的优化,在代数三角混合空间Γn=span{1,cos t,sin t,…,cos nt,sin nt}中,构造了一组高精度的基函数,生成了Quasi-Hermite曲线.应用该算法进行的数控系统插补实验中,不仅新样条曲线的递推插补运算速度提高了14.5%,而且逼近精度达到了10-4数量级,结果表明,基于新曲线的插补算法在提高了轮廓加工轨迹精度的同时,也提高了加工效率,满足了中高档数控平台中样条曲线的构造要求.     

三次NURBS样条曲线插补加工螺旋转子建模与加工研究

提出在螺旋转子加工制造过程中,采用三次NURBS样条曲线插补替代通常的微直线段插补;建立了螺旋转子端面摆线段三次NURBS样条曲线方程.在Pro/E软件上比较了三次样条插补曲线和理论摆线之间的精度误差.最后通过在立式加工中心上比较了采用三次NURBS样条插补和采用微直线段插补的加工精度和加工效率,采用三次NURBS样条插补加工取得了理想的效果.     

腰轮转子建模与高速高精度加工研究与分析

建立了腰轮转子数字化实体模型;提出了在腰轮转子加工制造过程中,采用三次NURBS样条曲线插补替代通常的微直线拟合插补;研究了腰轮转子摆线段三次NURBS曲线插补算法;为了解决NURBS曲线自适应速度控制存在的速度冲击问题,采用S曲线加减速控制策略重新规划进给速度;应用MATLAB软件模拟摆线段三次NURBS样条曲线插补算法并与微直线拟合插补算法进行了比较;最后在数控机床上对三次NURBS样条曲线插补算法进行了数控加工验证并与微直线拟合插补算法进行了比较,结果证明NURBS样条曲线插补算法具有更快的速度和更高的精度。     

基于TMS320F2812的三次B样条曲线实时插补

为提高数控系统实时插补的准确性、加工速度和加工精度,采用在每个插补周期中保持进给速度不变的三次B样条曲线参变量非均匀变化实时插补算法.利用数字信号处理器(DSP)进行三次B样条曲线实时插补,可缩短插补计算时间;通过设定DSP的定时器中断来实现各轴控制脉冲的发送,可实现最大限度地减少折线状的插补轨迹的目的.结果表明,该算法能使所有的插补点都在理论曲线上,可以保证运动控制系统的高速高精度要求.     

一种三次插值样条曲线的插补方法研究

针对复杂轮廓零件数控加工的实际需求,基于数据采样插补原理,对一种三次插值样条曲线的插补算法进行了研究.样条曲线进行参数化运算插补,先使用一系列首尾相接的微小直线段来逼近给定的插值样条曲线轮廓,再利用轨迹空间与参变量空间的对应关系,控制参变量,求取插补点坐标,得到整个离散化插补轨迹.此算法加工速度稳定性高,有利于高速高精地生成插补轨迹.     

三次B样条曲线插补技术修正算法

提出一种修正的插补算法,理论上分析了三次B样条曲线递推公式的泰勒展开式一阶、两阶求导在插补周期一定的情况下插补增量只与插补速度有关,通过改变插补增量就可以达到修正三次B样条曲线的目的.经具体实例在MATLAB 7.0上验证该算法是正确的,可以提高插补运算效率,节约计算时间,实现样条曲线的快速插补.