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。     

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。     

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。     

渐开线齿形的计算机辅助设计

应用数控技术加工齿轮,在模具加工中经常使用电火花数控线切割机床,因它不需要专用刀具,能加工硬度极高的材料,以及齿轮切削机床难加工的小模数内齿轮。这对于单件特殊要求的齿轮加工,不仅能获得较高的精度,而且能缩短生产周期,降低生产成本。 但目前数控机床的性能,多数只能作直线和圆弧插补,不能直接作渐开线插补,因此需用圆弧来近似代替渐开线齿形。而要计算出满足精度要求的代圆数据,需要进行繁     

逐点比较法插补跨象限圆弧的电路设计

用逐点比较法插补圆弧时,一般来说,程序是按象限划分的。一段程序只能加工一个象限内的圆弧。加工跨两个或三个象限的圆弧,就需要编两段或三段程序。加工一个圆就需要编四段程序。这样,不仅增加了程序量和纸带的长度,而且,每逢换程序时,要停刀读纸带,从而影响了加工精度和光洁度。也可以用一段程序加工跨几个象限的圆     

基于数据拟合提高非球曲面面形精度的方法

介绍了采用LVDT在线测量非球曲面的原理,并给出最小二乘数据拟合处理方法;通过试验加工球面和非球面元件,利用LVDT测量头进行在位检测,评估面形精度,经数据拟合插补和误差控制,并采用激光干涉仪测量验证后表明,该算法可以应用于高精度非球面测量及加工误差补偿程序,以提高非球曲面加工精度.     

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。     

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。     

基于Loop算法递归复杂曲面的数控插补技术

利用Loop算法对实际的复杂曲面的初始网格进行了递归重构,并把递归后的模型导入UG加工模块中进行处理,获得了相应的数控加工代码。然后对之进行了数控仿真与加工参数对表面质量影响的研究。结果表明:该插补算法数控插补精度很高,完全能满足复杂曲面超精密加工的要求。     

横向剪切干涉检测非球面波前数值模拟

横向剪切干涉检测方法用于非球面加工过程中检测是经济且高效的方法。从数值模拟的角度,分析了基于像差最小原则的非球面度;模拟了非球面波前的横向剪切干涉图,并利用基于Zernike多项式拟合的最小二乘法进行了波前重建数值模拟,给出了数值模拟结果,为该方法的实际应用提供了理论依据。     

回转复杂曲面零件在线精密测量技术

针对复杂曲面零件的面形测量难题,提出以超精密机床作为栽体,利用高精度触发式测头,采用接触式的轮廓测量方法,检测曲面零件的子午面曲线,再与理论曲线相比较得出被测零件的面形精度.测量试验分析表明:该测量方法的检测精度高,通用性强,在实际加工和检测应用中具有很高的实用价值和应用前景.     

非球面零件超精密加工技术

介绍了非球面零件超精密切削、超精密磨削、超精密抛光（研磨）、等离子体的CVM、复制等技术的超精密加工方法．     

非球面研磨阶段检测技术的优化

研磨阶段非球面的面形误差将由几十微米收敛到几个微米,适当的测量方法决定了该阶段误差的收敛速度和精度,而非圆对称离轴非球面加工研磨阶段的检测无疑更具难度。本文基于双四阶B样条函数的概念,提出了NURBS曲面拟合模型并用于指导非球面的研磨,同时给出应用实例,验证了该方法的有效性。     

非球面曲面光学零件超精密车削工艺研究

介绍了用金刚石单点车削(SPDT)的方法在"Nanosys--300非球面曲面超精密复合加工系统"数控机 床上加工非球面曲面类光学零件时对加工工艺的要求。     

非球面光学零件补偿加工自动编程系统

非球面光学零件加工的自动编程系统采用双圆弧伸缩步长法对工件曲线进行分段拟合,并且通过求工件曲线的等距线进行刀具半径补偿,另外系统可以实现工件的轮廓误差的补偿加工。     

非球面加工先进技术

较系统的介绍了非球面零件超精密加工各方面的技术，并结合正研制的 Nanosystem300非球面复合加工系统，着重强调了非球面机床研制过程中应注意的问题。     

飞机机身-机翼接头精加工条件评价技术

 在飞机机身部件数字化对接装配过程中,为保证机身-机翼接头配合面与连接孔精加工的安全性,在加工前安排机身-机翼接头的在线三坐标测量工序。具体阐述了基于专用数控机床的机身-机翼接头测量方法,提出了被测孔与平面理想几何要素的稳健最小二乘拟合方法,并给出了基于被测孔、面拟合方位的机身-机翼接头可加工性评价模型。仿真结果表明：接头孔与平面的稳健拟合方法具有较高的精度和较强的抗粗差能力,机身-机翼接头的可加工性检验能揭示不合理的飞机机身、机翼位姿所带来的加工安全隐患,从而避免精加工过程破坏机身-机翼接头。     

面向自适应加工的精锻叶片前后缘模型重构

针对精锻叶片前后缘数控加工在加工边界出现"台阶"等问题,提出面向自适应加工的模型重构方法。首先,根据精锻叶片的特点给出前后缘加工工艺方案。其次,根据工艺方案建立在机测量模型并进行路径规划。在此基础上,依据前后缘实际几何型面参数以及理论模型各截面前后缘圆弧圆心和半径允差,提出重构模型圆弧圆心及半径搜索算法;根据各截面的测量点拟合线、理论截面线以及搜索的圆弧圆心和半径,建立重构前后缘模型。最后,通过对比重构模型与理论模型的偏差以及数控加工试验证明该方法能够有效地减小锻造叶片叶身实际型面与前后缘在衔接处的"台阶"缺陷问题,为复合制造工艺背景下精锻叶片前后缘加工成型提供依据。     

多目标约束的精锻叶片几何重构优化算法

新型航空发动机已部分采用精密锻造工艺提高叶片的制造精度和效率。然而,精锻后的叶身型面与设计模型存在几何偏差,导致依据设计模型加工后的进/排气边与精锻的叶身型面不能很好地匹配。为了解决该问题,提出一种面向精锻叶片自适应加工的几何重构方法。首先,建立基于公差约束配准的目标函数,并采用粒子群优化（PSO）算法求解目标函数。其次,提出基于叶身变形趋势预测进/排气边轮廓的光顺重构算法。最后,通过精锻叶片自适应数控加工实验对提出的方案和算法进行验证。实验结果表明,该方案可以有效重构出合格的工艺模型,满足精锻叶片的精密数控加工要求。