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(dá)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(biāo)。如何能有效實現(xiàn)加工質(zhì)量與加工效率的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制是現(xiàn)代高效NURBS曲線插補算法的永恒目標(biāo)。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(jìn)給速度、以及機(jī)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(nèi)的多目標(biāo)協(xié)調(diào)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(jìn)一步完善優(yōu)化并將其拓展到研拋加工中,對進(jìn)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(nèi)的多目標(biāo)協(xié)調(diào)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(biāo)協(xié)調(diào)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(jī)床加/減速能力、實時性等多目標(biāo)約束,特別確定了法向加速度與弓高誤差的關(guān)系以及匹配方法,進(jìn)一步增強了對加工質(zhì)量和加工效率的協(xié)調(diào)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(dá)到消除加工誤差的目的。該算法為柔性研拋加工質(zhì)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(chǔ)上,采用VC++、Matlab等工具開發(fā)了插補仿真分析軟件,并構(gòu)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(jìn)行了數(shù)字仿真、物理模擬實驗分析,算法正確,指令有