NURBS曲线插补算法在圆弧插补中的分析与实现

NURBS曲线插补技术是目前高档数控机床研究的一个热点问题,针对传统插补方法中存在的精度低,速度慢的缺点,本文在分析NURBS曲线特点的基础上,提出了一种基于轮廓误差调整的圆弧曲线插补算法,实时修正插补参数,减小轮廓误差,并进行了仿真实现。通过与传统插补方法对比实验表明,该方法可以极大提高圆弧曲线的插补精度及插补效率,满足插补运算实时性的要求。     

数控系统中空间任意平面圆弧插补算法

以往的数控系统只能插补平行坐标平面的圆弧,本文根据坐标系旋转的原理,提出了一种可以插补任意平面圆弧曲线、且可以满足控制实时性要求的插补算法,以简化编程,提高加工精度。     

基于链式方程多重插补的机场场面数据补全

研究了一种基于链式方程多重插补的机场场面数据补全方法,主要用于解决机场场面数据长期存在的数据缺失问题。方法不仅可以处理单变量缺失值,也可以处理多变量缺失值,具有很强的灵活性和实用性。在上海浦东机场数据集上进行实验,将算法与两种传统的插补方法进行了比较,测试了不同缺失率下模型的性能,分析了连续变量和离散变量的插补效果,结果表明链式方程多重插补的方法具有更高的插补精度。     

五轴数控加工非线性误差分析及控制策略

理论分析与仿真结果表明:旋转轴线性插补可以完成复杂结构件的五轴联动加工,且速度变化平滑,但刀轴矢量形成的曲面偏离加工表面引起非线性加工误差。矢量插补虽然可以避免旋转轴插补运动产生的非线性误差,但速度波动大,甚至导致机床剧烈振动,引起伺服和系统报警。结合航空薄壁件加工试验对旋转轴插补运动产生的非线性误差进行了分析,并对矢量插补存在的问题给出了改进策略。     

Intelligent NURBS Interpolator Based on the Adaptive Feedrate Control

首先分析了NURBS曲线的特点和NURBS曲线插补的参数值的求取方法;其次,在可控弓高误差算法的基础上,提出了一种简单而实用的NURBS曲线的自适应插补算法,该算法充分考虑到了机床的实际加工能力,对曲线段进行提前预插补,提前预插补减速所需的最大插补周期数,实现了进给速度提前减速,能使加工进给速度自适应地随着曲率半径和曲率半径的变化率的变化而变化,使得加工运动更平滑;并且该方法还避免了因加工曲线终点的判断而带来的复杂计算;最后给出了快速求取插补点的三次NURBS曲线动态矩阵表示和曲线曲率的快速计算方法。     

基于PC的三维激光加工数控系统构架与关键问题研究

提出了以微步距硬件插补为核心的三维激光切割数控系统构架,分析了软件任务并构建了控制功能的实时调度模型,实现了Windows平台的实时性及多任务协调控制。开发了基于DDA精插补的微步距硬件插补模块,满足运动控制的速度与精度要求;构建了内核驱动模块实现中断响应与伺服控制;结合空间圆弧转接理论与前推–回溯算法开发了轨迹速度预测与平滑模块;提出了硬件分频调节法实现进给倍率的改变。该三维激光切割数控系统能够实现高速高精度运动控制,并且软硬件结合的开放式结构提高了系统的实时性以及功能的可扩展性。     

连续短线段空间圆弧转接与插补

针对连续短线段高速加工控制需求,研究了利用空间圆弧转接实现高速插补的方法。建立了圆弧转接数学模型,研究了转接的几何约束和运动约束、转接参数计算、空间圆弧插补等相关理论与算法,并详细分析了算法的使用范围、效率制约因素和计算量等工程实现相关问题。仿真和加工实验表明:该转接算法能显著提高加工效率,减小振动,改善工件表面质量。作为空间圆弧转接算法基础的空间圆弧插补算法对空间任意平面内圆弧插补具有实用价值。本文所有算法已经在自主研发的数控平台上进行了验证,应用效果良好。     

多轴液压联动实时插补控制算法

分析了液压系统位置控制的特点和难点,研究了多轴液压联动控制时运动轨迹滞后大、速度不平稳等问题,采用设置主、从变量并对主变量预估的方法,提出了多轴液压联动运动轨迹的实时插补控制算法,并进行了算法的误差分析,给出了算法编程实现的具体步骤。     

角速度可控的五坐标NURBS插补方法实现(英文)

在复杂形体零部件的高速高精数控加工方面,五坐标数控机床起着非常重要的作用。为了适应高速加工的需要,提出了一种用于机床五坐标加工的非均匀有理B样条(NURBS)插补指令。采用该插补指令进行数控加工时,为了获取实时加工过程中的刀位矢量,开放式控制器以相邻刀位矢量间的夹角为参数构造方位B样条曲线。构造映射插补过程中位置曲线弧长和方位矢量角度的多项式曲线,利用该曲线实现线性轴速度及旋转轴速度的同步控制。详细介绍了该插补指令的算法流程及其在开放式控制器中的实现过程。最后,通过加工实例验证了该插补指令的性能。     

CMOS图像传感器插补环节引入噪声及对噪声传播的影响

研究了CMOS图像传感器图像插补引入色差噪声及对噪声传播产生的影响,建立了问题分析模型,得到规律性的结论：插补本身引入色差噪声,在图像边缘处产生伪彩色及拉链效应,不同插补方法引入不同结构的噪声;插补将各彩色通道不相关噪声变为相关噪声;当输入噪声水平较低时插补产生的伪彩色占主导地位,但噪声变大时,噪声传播将占主导地位。本文结论对CMOS图像传感器设计具有指导意义。     

用于五坐标加工的样条插补控制器及其在开放式数控系统中的实现(英文)

为满足复杂形体件高速高精数控加工的需要,在自行研制的开放式数控系统中开发了具有曲线插补功能的五坐标机床控制器。介绍了该曲线插补功能的指令格式及数控文件的编制过程。在控制器内部生成的位置矢量插值曲线和方位矢量插值曲线二阶连续,且该两曲线中立于逆机床运动。通过配置相应的运动变换模块,该控制器可适应任意形式五坐标机床。位置样条曲线采用截断的泰勒级数展开式进行实时离散计算。通过建立位置样条曲线参数和方位样条曲线参数的对应关系,使得加工过程中平动轴和旋转轴协调运动。通过实际加工验证了该控制器的性能。     

多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法

针对目前多轴联动条件下S形加减速算法复杂,一条插补线段内最大进给速度不能实时可调的问题,提出了一种插补速度实时可调的前瞻控制算法。算法首先根据机床特性和线段夹角建立了小线段衔接处进给速度的约束条件,然后采用加速度跟随原理提出了最大进给速度连续可调的S形加减速控制方法,在此基础上设计了一种加速度自适应调整的前瞻处理算法。该算法在不降低轨迹插补精度的前提下,能以最大的速度通过线段的转接点,从而使整个线段插补过程具有高度的柔性和快速性,能满足现代数控系统对前瞻处理的实时性要求。结果表明该算法有效降低了机床运动时的振动,与传统速度规划算法相比,同等加工条件下,加工效率明显提高,工件表面质量也得到改善。     

开放式数控系统中五轴样条插补功能的实现方法(英文)

针对现行复杂曲面加工常采用的五轴联动线性插补方法速度精度较低且数控文件大等缺点,利用非均匀有理 B 样条(NURBS)曲线在表示空间曲线时具有的优势,提出了一种适合于五轴联动实时插补运算的双 NURBS 曲线指令格式。同时介绍了这种格式数控代码的生成过程。给出了在自行研制的开放式数控系统中实现其插补功能的方法。通过实例表明所提出的方法完全可以克服五轴线性插补方法的不足之处,并且是切实可行的。     

Realization Methodology of a 5-axis Spline Interpolator in an Open CNC System

By making use of the advantages of non-uniform rational B-spline （NURBS） curves to represent spatial curves, an instruction format with double NURBS curves suitable for 5-axis coordinated real-time interpolation is presented to replace the current 5-axis coordinated linear interpolation method defective in low-speed, low-accuracy and enormous numerical control （NC） files in sculptured surface machining. A generation procedure of the NC files with the presented format is introduced and the method to realize the interpolation in an open computer numerical control （CNC） system is developed by ourselves. These illustrated the feasibility of the proposed method and its capability of avoiding all the shortages of 5-axis linear interpolation method.     

数控加工运动的平滑处理

为了满足高速加工的要求,提出假设圆弧过渡法来处理两相邻运动矢量拐角处的速度,过渡小圆弧的半径能随加工精度的变化而自动地调整,通过限制加工小圆弧的最大速度来限制拐角处的速度,利用超前分析的方法,根据减速所需的最大距离提出了一种多程序段运动平滑算法,实现进给速度提前减速,从而防止刀具在拐角处发生过载,并有效地减少了工件形状在拐角处,或小半径圆弧的加工误差;用等效的梯形加减速方法实现了S型曲线加减速的分析,导出了S型曲线加减速实时精确的插补算法,从而克服了用查表法来近似计算速度的缺点。这些算法简单、有效,已在最新开发的高速铣床上得到应用。在高速加工时获得了高的加工精度。     

基于多体理论的数控机床精度可再生关键技术的研究

通过分析数控系统如何来控制机床的运动进给,构造了实现精度再生的系统模型。并将基于多体系统理论的几何误差补偿技术应用到数控系统中,开发了仿真补偿软件,达到了理想的补偿效果。