面向切削、研拋的高效NURBS曲線插補算法研究.pdf

1、NURBS是一種具有強大形狀控制能力的參數(shù)曲線曲面重要描述方法,已被ISO確定為自由型曲線曲面零件幾何表達的唯一形式。NURBS曲線插補已成為衡量高檔數(shù)控系統(tǒng)的一項重要功能指標。如何能有效實現(xiàn)加工質量與加工效率的協(xié)調優(yōu)化控制是現(xiàn)代高效NURBS曲線插補算法的永恒目標。目前,NURBS曲線插補算法存在的不足主要表現(xiàn)在:一是切削加工中雖已考慮了弓高誤差、進給速度、以及機床加/減速性能的綜合控制,但還缺乏包括弓高誤差冗余在內的多目標協(xié)調控制,

2、也未充分考慮實時性和可靠性以及加工參數(shù)間的匹配;二是研拋加工中尚非常缺乏考慮加工駐留時間的NURBS有效插補算法。因此,非常必要對目前切削加工中使用的NURBS曲線插補算法進一步完善優(yōu)化并將其拓展到研拋加工中,對進一步提升數(shù)控切削和數(shù)控研拋的控制系統(tǒng)性能具有重要的理論和工程意義。為此,本文利用微分幾何理論、開放式數(shù)控實驗平臺、VC++等手段,探索切削加工的包括弓高誤差冗余在內的多目標協(xié)調控制高效NURBS曲線插補算法和柔性研拋中考慮加工

3、駐留時間的高效NURBS曲線插補算法,具體研究工作如下:
　　1)建立了一種可實現(xiàn)多目標協(xié)調控制的高效NURBS曲線插補算法并定義了其G代碼指令格式。該算法能同時滿足最大弓高誤差、弓高誤差冗余、機床加/減速能力、實時性等多目標約束,特別確定了法向加速度與弓高誤差的關系以及匹配方法,進一步增強了對加工質量和加工效率的協(xié)調控制能力。
　　2)提出了一種基于加工誤差模型,將柔性研拋中加工駐留時間的控制融入到NURBS曲線插補過程中

4、的高效插補算法并定義了其G代碼指令格式。該算法在實現(xiàn)NURBS曲線高效高精插補控制的同時還能達到消除加工誤差的目的。該算法為柔性研拋加工質量的提高和其他需要控制加工駐留時間的加工方法提供了參考。
　　3)基于以上研究的基礎上,采用VC++、Matlab等工具開發(fā)了插補仿真分析軟件,并構建了基于“PC+運動控制卡”模式的開放式數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺,對所建立的高效NURBS曲線插補算法分別進行了數(shù)字仿真、物理模擬實驗分析,算法正確,指令有