【摘要】：隨著樣條插補(bǔ)在數(shù)控系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用,高速高精加工已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)領(lǐng)域的新要求。一些高檔的商用數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了多種樣條曲線的插補(bǔ)功能。相比傳統(tǒng)的微小線段和圓弧段插補(bǔ),樣條插補(bǔ)可以減小CAD/CAM與CNC系統(tǒng)之間的通信負(fù)擔(dān),而且避免高速加工中加速度和加加速度的頻繁變化,提高加工質(zhì)量。但是,西方發(fā)達(dá)國家一直在高檔數(shù)控系統(tǒng)出口方面,對我國進(jìn)行限制。因而,研究基于樣條插補(bǔ)的高質(zhì)量加工的關(guān)鍵技術(shù)對于我國自主研發(fā)高檔數(shù)控系統(tǒng)具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文根據(jù)樣條曲線插補(bǔ)和速度規(guī)劃的基本理論,針對復(fù)雜工件的高速、高精、高質(zhì)量加工問題,圍繞樣條插補(bǔ)的三個關(guān)鍵技術(shù):曲線擬合、實時插補(bǔ)和速度規(guī)劃,開展了以下的研究工作:(1)樣條曲線擬合條件和擬合方法。為了提高列表曲線的加工速度和加工質(zhì)量,提出了用Akima曲線將連續(xù)數(shù)據(jù)點擬合成光滑的樣條曲線進(jìn)行加工的方法。課題重點研究了Akima曲線的擬合準(zhǔn)則和擬合方法,即首先用雙弦高誤差準(zhǔn)則和切線誤差準(zhǔn)則來來識別出可以擬合成Akima曲線的連續(xù)加工區(qū)域,然后用五點Akima算法將連續(xù)的微小線段擬合成光滑的樣條曲線進(jìn)行插補(bǔ)。仿真和實驗結(jié)果表明,本文提出的Akima曲線插補(bǔ)算法可以平滑加工路徑,提高加工精度。而且Akima曲線的數(shù)學(xué)計算比較簡單,所以Akima樣條擬合插補(bǔ)算法可以提高列表曲線的加工效率和質(zhì)量。(2)逼近弦長的實時樣條曲線插補(bǔ)技術(shù)。針對目前常用的Taylor系列展開法在實時樣條曲線插補(bǔ)時,進(jìn)給速度波動難以避免的問題,提出了用實際進(jìn)給弦長逼近理論進(jìn)給弦長的策略進(jìn)行實時插補(bǔ)的方法,并分別采用牛頓迭代法、弦截法和拋物線插值結(jié)合牛頓法來實時計算插補(bǔ)參數(shù)。實驗證明,本課題提出的實時插補(bǔ)算法穩(wěn)定性好,運(yùn)算精度高,能夠滿足實時插補(bǔ)的要求,且能夠?qū)崟r插補(bǔ)產(chǎn)生的進(jìn)給速度波動控制在理想的水平。(3)柔性加減速控制算法。針對數(shù)控系統(tǒng)高速加工中,由于速度、加速度和加加速度不平滑引起數(shù)控機(jī)床振動,影響數(shù)控系統(tǒng)加工速度、加工精度和加工質(zhì)量的問題,提出了能夠?qū)崿F(xiàn)加加速度連續(xù)變化的四次多項式速度規(guī)劃算法和線性三角函數(shù)速度規(guī)劃算法,并對目前常用的五段S曲線加減速算法、三次多項式算法和三角函數(shù)算法進(jìn)行了簡化。仿真插補(bǔ)和實驗表明了四次多項式速度規(guī)劃算法和線性三角函數(shù)速度規(guī)劃算法能實現(xiàn)柔性加減速控制,適用于高質(zhì)量加工。(4)基于前瞻的樣條曲線插補(bǔ)方法。為了在速度規(guī)劃時,提高插補(bǔ)的實時性,本課題提出兩種基于前瞻的樣條曲線插補(bǔ)方法。針對列表曲線,提出了基于前瞻的Akima曲線擬合插補(bǔ)算法,通過前瞻來保證加工精度;針對NURBS曲線、B樣條等參數(shù)曲線的加工,則提出了基于兩次前瞻的速度規(guī)劃算法,同時考慮了加工精度、加速度和加加速度的約束。仿真和實驗結(jié)果證明了這兩種方法可以減小機(jī)床振動,提高加工質(zhì)量。本文圍繞基于樣條插補(bǔ)的高質(zhì)量加工關(guān)鍵技術(shù)展開。對于列表曲線的加工,提出了Akima樣條曲線的擬合準(zhǔn)則和擬合方法,并實現(xiàn)了基于前瞻的Akima曲線擬合插補(bǔ)算法;獨立提出了用實際進(jìn)給弦長逼近理論進(jìn)給弦長的策略進(jìn)行實時插補(bǔ)的方法,實現(xiàn)了用牛頓迭代法、弦截法和拋物線插值結(jié)合牛頓法來實時計算插補(bǔ)參數(shù)的方法,并介紹了應(yīng)用領(lǐng)域;簡化了常用的加減速控制方法,然后提出了能夠?qū)崿F(xiàn)速度、加速度和加加速度平滑變化的四次多項式加減速控制算法和線性三角函數(shù)速度規(guī)劃算法,實現(xiàn)了基于兩次前瞻的速度規(guī)劃方法。仿真和實驗結(jié)果證明了上述算法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(沈陽計算技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.7
【圖文】：

圖 1-2 SIEMENS 840D 三種樣條曲線比較曲線中，對 NURBS 曲線插補(bǔ)的研究最廣泛。規(guī)定的 CAD/CAM 的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。因為 N次解析曲面和自由曲線，而且 NURBS 曲線的將 NURBS 插補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控加工領(lǐng)域，會術(shù)的整體水平。Yeh 和 Su 等[29]采用了最小二NUBRS 曲線，然后進(jìn)行樣條插補(bǔ)。Wang 和 Y測試識別出連續(xù)的加工區(qū)域，然后擬合成 N在進(jìn)行實時NUBRS曲線插補(bǔ)時，一般存在三個需要通過迭代計算來保證加工精度，這個過程展開法實時樣條插補(bǔ)時，會造成速度精度的丟S 曲線的求導(dǎo)運(yùn)算，比較耗時；(3) 由于 NURB此其擬合條件往往比較復(fù)雜。線的研究方面，Tsai 等[32]提出了一種基于前

圖 3-1Akima 曲線和普通三次樣條曲線對比kima 樣條曲線方程之前，首先需要對數(shù)據(jù)點進(jìn)行參數(shù)五點 Akima 算法來估算數(shù)據(jù)點處的一階導(dǎo)數(shù)，最后才參數(shù)化數(shù)化后，應(yīng)該能夠反映樣條曲線的性質(zhì)。累積弦長法法。但是這種方法只適用于參數(shù)曲線是直線的情況。曲線插補(bǔ)的需要，本課題采用了 Lee[107]提出的向心參的參數(shù)。這種方法利用累計弦長的平方根來計算參數(shù)011 1110| |1,2 1| |i ii i ni iiuP Pu u i nP P

圖 3-8Akima 樣條擬合加工的蝴蝶輪廓到的僅有微小線段的插補(bǔ)算法的插補(bǔ)步數(shù)是 3840，而經(jīng)過插補(bǔ)算法的插補(bǔ)步數(shù)是 3510。這是因為當(dāng)加工連續(xù)的 Ak度可以在更長時間內(nèi)保持編程速度 F，從而避免了頻繁的kima 樣條曲線擬合滿足條件的加工區(qū)域后，不僅機(jī)床的以在一定程度上減小機(jī)床振動，可以滿足高質(zhì)量加工的需先介紹了列表曲線和 Akima 樣條曲線的特征，然后重點擬合成 A 樣條曲線的條件和方法。Akima 樣條曲線的擬過雙弦高誤差測試來識別出連續(xù)的加工區(qū)域，通過切線誤 Akima 樣條的加工段。實驗部分首先對比了 Akima 樣條曲效果，說明了用 Akima 曲線擬合列表曲線的數(shù)據(jù)點能夠廓的實際狀態(tài)；然后通過實際的加工測試，說明用 Akim

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 譚偉明;空間橢圓的變換插補(bǔ)法[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2000年07期

2 章仁義,吳焱明;空間橢圓插補(bǔ)方法研究[J];機(jī)械工藝師;2001年07期

3 吳光琳,林建平,李從心,阮雪榆;參數(shù)曲面的快速實時插補(bǔ)[J];機(jī)械制造;2002年01期

4 鮑莉,鮑劍斌,張洛平,仲志丹;插補(bǔ)與誤差分析[J];礦山機(jī)械;2002年09期

5 王琨琦,王潤孝,孫林麗;橢圓曲線的比較積分插補(bǔ)方法研究[J];西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報;2005年01期

6 范進(jìn)楨,秦貴林,張海英;時間分割插補(bǔ)法插補(bǔ)圓弧算法的改進(jìn)[J];機(jī)械工程師;2005年07期

7 張文潔;一種新的插補(bǔ)方法的探索[J];機(jī)械設(shè)計與制造;2005年06期

8 余競;一種選擇性隨機(jī)缺失數(shù)據(jù)的檢驗和插補(bǔ)方法[J];統(tǒng)計與決策;2005年17期

9 徐海銀;李丹;李端鈴;何頂新;;隱曲線的線性和旋轉(zhuǎn)插補(bǔ)[J];中國機(jī)械工程;2005年21期

10 施群,王小椿;步進(jìn)伺服系統(tǒng)高效插補(bǔ)控制算法研究[J];電氣傳動;2005年03期

相關(guān)會議論文 前5條

1 余予;李俊;任芝花;張志富;;標(biāo)準(zhǔn)序列法在日平均氣溫缺測數(shù)據(jù)插補(bǔ)中的應(yīng)用[A];第八屆全國優(yōu)秀青年氣象科技工作者學(xué)術(shù)研討會論文匯編[C];2014年

2 呂強(qiáng);;編寫數(shù)控車、銑床加工多邊形插補(bǔ)程序的方法[A];數(shù)控技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集[C];1999年

3 安金剛;;離線插補(bǔ)技術(shù)在運(yùn)動控制中的應(yīng)用[A];全國第十二屆空間及運(yùn)動體控制技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

4 鄭金興;張銘鈞;孟慶鑫;;變插補(bǔ)周期的數(shù)控進(jìn)給速度控制算法研究[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第五屆制造業(yè)自動化與信息化技術(shù)交流會論文集[C];2006年

5 谷永山;王銳;韋穗;;基于兩幅視圖的縱向插補(bǔ)方法[A];第十五屆全國圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 王允森;基于樣條插補(bǔ)的高質(zhì)量加工關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院(沈陽計算技術(shù)研究所);2015年

2 葉偉;數(shù)控系統(tǒng)納米插補(bǔ)及控制研究[D];北京交通大學(xué);2010年

3 梅鵬;中國群死群傷火災(zāi)數(shù)據(jù)插補(bǔ)及快速損失評估研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

4 孟書云;高精度開放式數(shù)控系統(tǒng)復(fù)雜曲線曲面插補(bǔ)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

5 劉巍;ARGO稀損數(shù)據(jù)插補(bǔ)與三維海洋要素場重構(gòu)研究[D];西南交通大學(xué);2012年

6 周勇;高速進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)特性分析及其運(yùn)動控制研究[D];華中科技大學(xué);2008年

7 郝永江;復(fù)雜參數(shù)曲線曲面加工控制與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉艷玲;調(diào)查數(shù)據(jù)無回答的插補(bǔ)方法及模擬比較[D];天津財經(jīng)大學(xué);2012年

2 余威;氣象相似性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及缺失氣象要素數(shù)據(jù)的插補(bǔ)[D];西南大學(xué);2015年

3 李玲雪;缺失偏態(tài)數(shù)據(jù)下異方差模型的統(tǒng)計推斷[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 李永杰;基于PH曲線五軸數(shù)控插補(bǔ)策略的研究[D];遼寧科技大學(xué);2015年

5 李靜華;基于PMM插補(bǔ)法的線性回歸模型系數(shù)估計量的模擬研究[D];天津財經(jīng)大學(xué);2015年

6 王錦霞;基于質(zhì)譜篩選差異表達(dá)蛋白的統(tǒng)計學(xué)方法研究[D];大連海事大學(xué);2016年

7 趙偉;針對回歸模型的缺失數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法模擬分析[D];天津財經(jīng)大學(xué);2014年

8 駱新珍;基于DA插補(bǔ)法的線性回歸模型系數(shù)估計量的模擬研究[D];天津財經(jīng)大學(xué);2014年

9 肖哲;基于STM32的嵌入式數(shù)控插補(bǔ)控制器的研究與實現(xiàn)[D];湖北工業(yè)大學(xué);2016年

10 王偉;基于判別分析的多重插補(bǔ)影響因素研究[D];河北經(jīng)貿(mào)大學(xué);2015年

本文編號：2758805