本文關鍵詞：多約束綜合控制的NURBS曲線插補算法及其刀補研究與實現(xiàn)

  更多相關文章： NURBS 插補算法 S型加減速控制 刀具半徑補償 開放式數(shù)控系統(tǒng)

【摘要】：隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展,NURBS方法作為國際標準化組織(ISO)確定的對工業(yè)產(chǎn)品幾何定義的唯一數(shù)學方法,憑借其在復雜幾何造型方面的諸多優(yōu)勢,越來越廣泛應用于CAD/CAM及計算機圖形學等領域。NURBS插補功能成為衡量高檔數(shù)控系統(tǒng)的一項重要指標。為了滿足高速高精的現(xiàn)代加工要求,NURBS曲線插補算法及其品質已成為數(shù)控系統(tǒng)研究開發(fā)的核心內容之一。目前,圍繞如何實現(xiàn)加工精度和加工效率的協(xié)調優(yōu)化控制是NURBS插補算法研究的大趨勢。插補算法的品質主要取決于插補精度與進給速度的合理匹配。為了滿足曲率不斷發(fā)生變化的曲線插補精度要求,需要采用自適應調節(jié)進給速度,然而采用變進給速度則不可避免會產(chǎn)生加減速運動。因此,就需要對變進給速度進行有效的加減速協(xié)調控制,以避免導致較大的加速度和加加速度,影響插補運動的平穩(wěn)性。另外,目前CAD/CAM軟件雖支持輸出NURBS格式的曲線形式,但考慮刀具半徑補償?shù)腘URBS曲線插補數(shù)控系統(tǒng)尚處于研究和發(fā)展階段。為此,本文綜合利用微分幾何原理、S型加減速控制方法、回溯和反向插補策略、開放式數(shù)控等理論及技術手段,以及VC++6.0、MATLAB等軟件,對NURBS曲線插補算法提出進一步優(yōu)化方案并探究其在實際加工中的刀具半徑補償功能。具體研究工作如下:(1)建立一種多約束綜合控制的NURBS曲線插補算法。該算法在分析和總結現(xiàn)有NURBS曲線插補算法的基礎上,綜合考慮曲線幾何特征、機床運動學和動力學性能等對插補的影響,并明確了各約束條件與進給速度的匹配方法。(2)建立基于S型加減速控制的運動模型。利用S型加減速控制方法,將回溯和反向插補策略應用到NURBS曲線插補算法中,實現(xiàn)對NURBS曲線插補加減速過程的合理控制,提高插補精度和機床運動的平穩(wěn)性。(3)探究NURBS曲線插補中的二維刀具半徑補償功能實現(xiàn)。根據(jù)NURBS的數(shù)學特性,結合現(xiàn)有的刀具半徑補償原理,研究NURBS曲線刀具半徑補償過程,并通過仿真軟件實現(xiàn)刀具半徑補償功能,進一步提高NURBS曲線插補的編程柔性和加工實用性。(4)仿真分析與實驗驗證。依托固高開放式機電實驗平臺,構建基于“PC+運動控制卡”開放式數(shù)控仿真實驗系統(tǒng)。采用VC++6.0軟件編程開發(fā)NURBS曲線插補器,完成插補運動仿真及實驗,并通過MATLAB對比分析實驗結果,驗證算法的有效性。綜上,本文的研究為NURBS曲線提供了一種高效高精的插補優(yōu)化算法并探究了其二維刀具半徑補償功能,對提升數(shù)控系統(tǒng)品質具有工程和理論參考價值。
【關鍵詞】：NURBS 插補算法 S型加減速控制 刀具半徑補償 開放式數(shù)控系統(tǒng)
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀綜述11-17
• 1.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢11-12
• 1.2.2 NURBS曲線插補研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 刀具半徑補償研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.4 目前存在的主要問題17
• 1.3 研究目標和主要內容17-18
• 1.3.1 研究目標17
• 1.3.2 研究內容17-18
• 1.4 小結18-19
• 第2章 NURBS相關理論基礎19-26
• 2.1 引言19
• 2.2 NURBS曲線定義及其性質19-21
• 2.2.1 NURBS曲線的定義19-20
• 2.2.2 NURBS曲線的主要性質20-21
• 2.3 德布爾算法21-23
• 2.4 NURBS曲線插補導矢計算23
• 2.5 基于數(shù)據(jù)采樣的NURBS插補原理23-25
• 2.6 小結25-26
• 第3章 多約束綜合控制的NURBS曲線插補算法研究26-39
• 3.1 引言26
• 3.2 自適應進給速度NURBS插補算法26-27
• 3.3 基于冗余誤差控制的NURBS插補算法27-28
• 3.4 多約束綜合控制的NURBS曲線插補算法28-32
• 3.4.1 相關約束與進給速度的匹配關系29-31
• 3.4.2 多約束綜合控制的進給速度規(guī)劃方程的建立31-32
• 3.5 基于回溯和反向插補的進給速度規(guī)劃32-36
• 3.5.1 基于S型加減速的運動過程32-34
• 3.5.2 基于回溯和反向插補的減速點確定34-35
• 3.5.3 S型加減速模式速度調整35-36
• 3.6 插補算法流程36-38
• 3.7 小結38-39
• 第4章 NURBS曲線刀具半徑補償研究39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 刀具補償功能及方法39-41
• 4.3 NURBS曲線的等距線41-42
• 4.4 NURBS曲線刀具半徑補償42-47
• 4.4.1 NURBS曲線刀補的原理42-43
• 4.4.2 刀補轉接類型及判定43-45
• 4.4.3 相關控制頂點的坐標計算45-47
• 4.5 仿真實例47-49
• 4.6 小結49-50
• 第5章 NURBS曲線插補的實現(xiàn)與分析50-65
• 5.1 引言50
• 5.2 基于開放式數(shù)控結構的方案設計50-52
• 5.3 硬件結構設計52-53
• 5.4 NURBS曲線插補軟件開發(fā)53-55
• 5.4.1 軟件界面設計53-54
• 5.4.2 軟件主要功能的實現(xiàn)54-55
• 5.5 插補算法仿真分析和實驗55-64
• 5.5.1 NURBS曲線插補算法仿真分析56-60
• 5.5.2 NURBS曲線插補實驗60-64
• 5.6 小結64-65
• 結論與展望65-66
• 參考文獻66-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 黃楚鵬;;數(shù)控機床和數(shù)控技術的發(fā)展及未來趨勢[J];科技視界;2014年33期

2 劉飛;王秋蓮;;機械制造系統(tǒng)能效評價的特點、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];中國機械工程;2013年11期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張海濤;NURBS曲線自適應插補與前瞻速度規(guī)劃方法研究[D];西安建筑科技大學;2009年

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本文編號：1117723