基于曲线长度自调整速度方程的非均匀有理B样条插补算法

针对非均匀有理B样条(NURBS)曲线加工过程中速度规划复杂、效率低以及机床震颤剧烈的问题,提出一种高效规划进给速度的NURBS插补算法。预处理过程计算出待加工NURBS曲线插补参数及误差速度,根据误差速度曲线分析加工路径的加减速情况,并基于加/减速区间长度自动调整三次多项式速度方程,实现平滑的速度与加速度曲线;实时插补过程采用基于Adams-Moulton方法计算初始参数,然后采用二分法对参数进行寻优,将插补过程中速度波动控制到加工要求精度范围内,从而降低机床的振动。通过MATLAB仿真,验证了所提算法加减速规划的高效性和参数计算的精确性,表明该算法在复杂曲线曲面加工领域可以提高机床加工效率与精度。     

面向高速加工的样条曲线实时插补算法

数控加工追求更高的加工效率和光洁的加工表面,但大多数样条曲线插补算法是根据进给速度、最大合加/减速度和合加加速度来设计的,并没有考虑如何充分利用单轴的最大加减速能力。提出一种时间近似最优的样条曲线实时插补算法,它面向数控系统对高速加工的需求,在考虑机床动态性能的基础上,充分利用单轴的最大加减速能力,以达到理论上近似最优的加工效率。同时该算法通过预处理求速度限制曲线、速度曲线反向链接和平滑处理三个步骤求出满足加工精度以及机床单轴的最大加速度、加加速度等约束条件的加工速度曲线,能有效提高加工表面的粗糙度。仿真结果表明,该算法在有效提高加工效率的同时,能实现对减速点的精确定位,得到光滑的加工速度曲线。     

基于干涉预处理的NURBS曲线前瞻插补算法

鉴于直接自适应插补容易在加工过程中引起较大的速度波动,而按曲率极值点对NURBS曲线进行分段插补造成加减速过程中加速度和加加速度超限,提出一种基于干涉预处理的非均匀有理B样条曲线前瞻控制插补算法。首先对曲线进行自适应处理,得到各自适应插补点的运动参数;然后找出其中加速度或加加速度超限的点(即危险点),并对这些点的速度进行前瞻控制,根据前瞻控制信息对相邻危险点进行干涉处理,最终得到用来对曲线分段的危险点信息和相应的控制策略;最后根据各危险点之间的干涉类型对曲线进行实时插补。仿真实验表明,该算法能够在保证加工精度的前提下,实现进给速度的平滑过渡,并且能够保证加速度和加加速度不超限。     

NURBS曲线插补过程中运动平滑处理

由于不能通过积分方法在短时间内精确计算NURBS曲线的长度,使得在数控加工过程中实时计算减速距离、判断最终减速段开始点变得非常困难。基于插补的实际情况,给出一种实时计算减速距离的方法,在此基础上,实现了基于梯形速度曲线的速度平滑处理以及基于S形速度曲线的加速度平滑处理。模拟结果表明,该方法在NURBS曲线实时插补过程中,在保证误差的基础上,满足了插补周期和加减速的要求,且实现了速度以及加速度的平滑过渡。     

NURBS曲线高速高精度插补及加减速控制方法研究

为满足非均匀有理B样条曲线高速高精度插补加工的需要,针对目前参数曲线插补加减速控制方法的不足,提出了一种新的控制方法.该方法考虑了高速高精度加工中容易超限的弓高误差和机床所能承受的法向加速度等因素,使进给速度既符合加减速的要求,又能随曲线曲率自适应调整,因而可在提高轮廓加工精度同时,显著地减小加工过程对机床的冲击.同时,采取了改进、简化算法,实现了快速、实时自适应的非均匀有理B样条曲线插补的加减速控制.实例表明,该方法在实时插补过程中,满足了速度和加减速的要求,保证了插补加工的高速与高精度,且实现了速度的平滑过渡.     

非均匀有理B样条曲线直接插补进给速度规划

在非均匀有理B样条直接插补算法中,为了提高插补实时性、克服前瞻规划算法的缺点,提出了基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法.该方法在插补前,通过建立进给速度预处理曲线来取代非均匀有理B样条曲线实时插补进给速度规划的前瞻算法.在速度规划过程中,为了防止进给加速度和加加速度超过机床性能要求,在曲线曲率变化较大的区域,采用基于逐点比较计算的方法规划每个参数点处的进给速度.通过MATLAB仿真表明所提方法具有较高的加工精度、良好的进给速度平滑效果和实时插补性能.     

NURBS双向插补中改进的误差圆整策略研究

介绍了目前复杂曲线加工的现状,以及利用NURBS曲线进行复杂曲线加工的优势,同时提出了对NURBS曲线双向插补过程中正反向减加速阶段以及匀速阶段一种改进的误差圆整的算法.对NURBS曲线进行实时的双向插补时,在双向的加速度到达最大之前,插补数据正向输出,反向储存,经过这个阶段以后,需要对剩余的弧长进行正向速度规划和插补,包括S曲线加减速算法中的减加速阶段,匀速阶段,加减速阶段,经过前一阶段插补,三个阶段对应的时间T3、T4、T5已经计算获得,然而,无法保证T3、T4、T5的总和是插补周期T的整数倍,即存在圆整误差问题.传统的圆整误差算法满足了位移补偿要求,而将位移误差控制在可允许范围即1e-5mm之内,仅仅满足了插补速度平滑衔接的必要条件,还要考虑插补过程的加速度.因此,提出了一种NURBS双向插补中改进的误差圆整策略,并对其进行仿真.仿真结果表明该算法可以实现速度加速度满足了机床的约束且位移误差控制在了允许范围之内的同时,插补进入匀速阶段以后加速度可以过渡为零,并且大大提高了整个插补过程速度过渡的平滑性.     

NURBS曲线敏感点速度平滑插补算法研究

NURBS插补相对于传统直线和圆弧插补具有极大优势,但其存在敏感点区域插补速度波动剧烈而引起超出机床加工运动能力范围的问题。为了提高NURBS曲线插补运动学性能,改善其加速度和加加速度轨迹突变问题,提出一种NURBS曲线几何特性的敏感点区域速度平滑的插补算法。其通过搜索G1或G2不连续的断点和具有大曲率的关键点,在这些敏感点处分别利用FIR级联滤波器进行S型加速度的平滑速度规划,而后采用断点处速度近似调整的方法,来对其运动学特性进一步改善。仿真和实验结果表明,该算法在敏感点处平滑速度规划和运动学性能良好。     

基于Muller法的NURBS曲线插补算法

在分析NURBS曲线插补原理的基础上,提出了一种基于Muller法的NURBS曲线实时插补算法。该算法首先进行速度控制,由最大进给速度约束、最大弓高误差约束和最大法向加速度约束得到希望进给步长,保证了加工精度。然后利用Muller法迭代计算满足进给步长要求的插补参数,避免了传统方法的复杂求导运算。该算法稳定性好,运算量小,能够对速度波动进行有效控制,并且能够满足实时插补的要求。     

基于S型加减速的自适应前瞻NURBS曲线插补算法

为实现加工过程中进给速度和加速度的平滑过渡,减小其突变时对机床的冲击,更好地保证加工精度,提出一种基于S型加减速的前瞻自适应非均匀有理B样条曲线插补算法.该算法根据弓高误差的要求,确定出各插补点的自适应进给速度及位置参数,然后找出速度改变点及其等速区间.为避免相邻速度改变点间加减速过程的互相影响,分别在插补前瞻距离和预前瞻距离内,根据设备允许的最大加速度、加加速度以及S型加减速算法对各速度改变点参数进行分析,筛选出决定加减速过程的关键点,再进行S型加减速控制,使进给速度和加速度得以平滑过渡,从而满足机床加减速能力的要求.仿真结果表明,该算法能够满足高速高精度的要求,验证了其可行性.     

基于分数次幂多项式的NURBS曲线快速插补方法研究

为减小NURBS曲线插补过程中对机床产生的柔性冲击,针对目前常用的S型速度控制策略中加加速度不连续以及速度变化相对缓慢的问题,在满足加加速度最大值限制的前提下,提出了一种基于分数次幂多项式的速度控制方法。结合加工路径曲率变化设计了前瞻算法计算加减速位移,自适应确定减速点。仿真结果表明,该方法可以快速提高进给速度,实现加加速度的平滑过渡。     

基于细菌觅食算法的自适应NURBS曲线插补

制造业对加工过程中进给速度和加速度的平稳变化有着严格要求,为减小速度突变时对机床及刀具产生的冲击,确保加工精度符合要求,提出一种基于细菌觅食算法优化的非均匀有理B样条(NURBS)曲线S型加减速约束插补方法,该方法利用细菌觅食优化算法对NURBS曲线的控制点变量个数及关键位置信息进行优化,构建出更为平滑的NURBS曲线,减小计算负荷,并依据所构图形对弓高误差的要求,确定出每个插补点的进给速度,寻找确定速度改变点及速度波动位置,进而确定加减速度关键点,进行S型加减速控制,从而保证加工时速度稳定过渡,加工曲线平滑精确。该方法通过仿真及实验得以验证。     

一种简化计算的S型加减速NURBS插补算法

针对目前NURBS曲线插补中加减速控制方法不足的问题,实现了加工过程中进给速度的平滑过渡,提出了一种新的NURBS曲线插补方法,包括速度规划和实时插补两个方面。速度规划采用了一种基于曲率自适应的简化计算的S型加减速方法,并结合"双向插补"的思想实时预测减速点,防止产生过大的弓高误差;实时插补则利用Muller插值和Newton迭代法计算了下一周期的插补参数,进而求出了下一时刻到达的空间坐标点。最后与已有插补方法进行了仿真分析比较。研究结果表明,该方法能保证加速度连续和加加速度有界,有效减少弓高误差和进给速度波动,提高机床运行的平稳性。     

基于de Boor算法的NURBS曲线插补和自适应速度控制研究

以NURBS曲线deBoor递推插补算法为基础，针对NURBS曲线速度处理的特殊性，建立了一种NURBS曲线自适应速度控制模型，该模型分为速度自适应控制和插补前加减速处理两部分。以deBoor算法为基础对整个插补周期的弓高误差以及切向和法向加速度进行实时监控，分析了误差产生的原因并进行了相应的速度控制；以插补前直线加减速为例引入NURBS反向插补的概念，解决了NURBS曲线减速区长度计算问题。实验结果表明，该模型满足实际的NURBS曲线插补的需要。     

NURBS曲线S形加减速寻回实时插补算法

针对高速高精加工中传统的NURBS算法沿曲线方向进行单一插补时,曲线的弧长与参数之间无精确的解析关系、进给速度又总是受到非线性变化的曲线曲率约束,导致基于S型加减速进行NURBS插补时,曲线长度的实时计算以及对减速点的预测十分困难,无法获得曲线余下部分的速度约束信息,而且在进行实时插补的过程中可能出现计算负荷过大、导致数据饥饿的现象,影响整个系统的实时性。针对以上问题,提出了一种寻回插补实时算法。该算法不依赖于曲线弧长的精确计算,采用正向与反向同步插补的方法。在前瞻插补模块中先对曲线进行逆向插补,确定正反向插补的校验点,以及正向插补所需的相关信息;在实时插补模块中,通过对比校验点的速度,判断是调用逆向插补的数据还是继续进行正向插补,从而实现满足速度约束条件的最优插补。该算法无须求解高次方程并可以保证以确定的速度通过曲率极值点和曲线终点,很好地保证了插补过程中的实时性。通过插补实例证明了算法简单高效、适应性以及实时性好,能够满足高速高精度数控加工的要求。     

五轴联动刀轴矢量平滑插补算法

针对现有刀具姿态控制方法不能保证加工中刀轴矢量平滑变化,造成旋转轴速度、加速度的不连续以及加工精度低、表面不光滑等问题,在分析刀轴矢量变化与旋转轴速度、加速度平滑性间关系的基础上,提出一种能够保证加工中旋转轴速度、加速度连续的刀轴矢量平滑插补算法.该算法先依据给定首末刀轴矢量建立局部旋转坐标系;在已建立的局部旋转坐标系中采用倾斜角和射影角来表示刀具姿态曲线;依据刀具姿态曲线的二阶连续性对倾斜角和射影角表达式进行求解.算法仿真和实际验证结果表明,本算法能够保证加工中刀具姿态曲线经过程序给定刀轴矢量,在产生较小刀具姿态误差的同时,保证加工中旋转轴速度、加速度连续.     

综合多约束条件优化连续轨迹前瞻算法

针对现有连续轨迹插补算法在加工过程中会出现法向加速度和轨迹误差超限现象,导致加工效率及加工精度低等问题。为此,提出一种基于综合多约束条件(Comprehensive multi-constraints, CMC)和前瞻技术的优化连续轨迹前瞻算法。该算法先用弓高误差和法向加速度作为约束限制圆弧加工的最大进给速度;综合运动矢量关系、系统动力学性能和轨迹段长等约束条件,计算获得最优的轨迹段间衔接点速度;根据速度前瞻控制与非对称S曲线加减速控制实现对轨迹段间衔接进给速度的平滑处理。试验验证结果表明,所提出的前瞻插补算法输出的法向加速度和轨迹误差不超过系统给定的最大值、合速度平滑过渡、运动轴速度不存在突变,且全程范围内插补输出的轨迹误差最大值小于系统给定的最大弓高误差值;在保证加工效率的同时,提高加工平滑性及加工精度。     

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。     

NURBS曲线S型加减速反向修正插补算法研究

为了克服传统算法中减速点难以确定,轮廓误差较大的缺点,提出了反向修正插补算法。将分段后的曲线逐段取出,利用S型加减速算法进行速度规划,并对速度敏感点进行校正,在速度校验点处反向提取存储值进行正向插补,并根据速度波动率构造插补函数,基于Newton-Leibniz公式计算插补参数。仿真实验表明该方法在速度敏感点处速度、加速度、加加速度不超限,使插补误差保持在规定的范围之内,保证了加工质量。     

NURBS插补中的速度规划与参数计算

为满足数控机床高速度、高质量加工的需求,提出一种新的非均匀有理B样条曲线插补算法。该算法包括速度规划和参数计算两部分。速度规划部分采用五段S曲线加减速控制方法,能够保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生激烈的震颤;参数计算部分应用抛物线插值结合牛顿迭代的方法计算插补参数,将实时插补时产生的进给速度波动控制到理想水平,从而进一步减小机床震颤。仿真实验表明,该算法能够减小机床振动,实现高质量加工。