發(fā)布時間：2019-04-02 06:37

【摘要】：復(fù)雜曲面類零件通常由自由曲線曲面構(gòu)成,其中NURBS曲線的逼近和插補算法是復(fù)雜曲面數(shù)字化制造中的關(guān)鍵技術(shù),本文對復(fù)雜曲面加工中涉及到的NURBS插補和逼近理論進行了深入研究。提出了基于特征點提取及改進粒子群算法的NURBS曲線逼近算法,壓縮了復(fù)雜曲面斷面輪廓重建中NURBS逼近曲線的控制頂點數(shù)量;為提升復(fù)雜曲面加工中采用相同節(jié)點向量生成雙NURBS刀具路徑的逼近精度,構(gòu)建了變權(quán)重的刀軸點曲線逼近優(yōu)化模型,利用改進協(xié)同進化遺傳算法求解該模型,得到曲線的最優(yōu)權(quán)重值;考慮傳統(tǒng)NURIBS插補算法在插補精度與插補速度波動率方面的缺陷,提出了基于改進S型速度規(guī)劃及Steffensen型參數(shù)計算的插補算法。以葉輪葉片為例進行算法對比試驗,驗證了本文算法的有效性。本文研究的主要內(nèi)容如下:第一章綜述了復(fù)雜曲面加工中自由曲線逼近和插補算法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,介紹了目前方法中存在的缺陷和解決思路。闡述了本文的研究意義,介紹了本文的組織結(jié)構(gòu)。第二章提出了壓縮控制頂點的NURBS曲線逼近算法。利用等弦長法計算離散點的曲率,基于曲率分析提取離散點列的特征點并構(gòu)造初始逼近曲線。基于誤差控制增加插值點并更新逼近曲線,利用改進的粒子群算法優(yōu)化控制頂點的位置,得到最終逼近曲線。第三章提出了變權(quán)重的雙NURBS刀具路徑生成算法�；谡`差控制選取部分刀具中心點和刀軸點離散數(shù)據(jù)并采用同一節(jié)點向量構(gòu)造初始雙NURBS曲線,構(gòu)建變權(quán)重的刀軸點曲線逼近優(yōu)化模型,利用改進協(xié)同進化遺傳算法調(diào)整刀軸點曲線的權(quán)重值,降低了曲線的逼近誤差。第四章提出了改進S型速度規(guī)劃方法和帶參數(shù)的Steffensen型插補參數(shù)計算方法。通過自適應(yīng)插補得到曲線分段信息,根據(jù)曲率信息自適應(yīng)調(diào)整最大加加速度并進行速度精確控制,改進了傳統(tǒng)S型速度規(guī)劃算法。采用正反向插補精確確定減速點,并利用帶參數(shù)Steffensen型方法計算曲線插補參數(shù),避免了求導(dǎo)運算,增強了插補實時性,有效控制了速度波動率。第五章以葉輪葉片為例驗證了本文所提的理論和算法。實驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)方法相比本文算法生成的NURBS逼近曲線具有更少的控制頂點數(shù),更高的逼近精度。改進后的NURBS插補算法有效降低了弦高誤差,控制了速度波動率。第六章對論文的主要研究內(nèi)容進行了總結(jié),并對下一步的研究工作進行了展望。
[Abstract]:Complex surface parts are usually composed of free-form curves and surfaces, in which the approximation and interpolation algorithm of NURBS curves is the key technology in digital manufacturing of complex surfaces. In this paper, the NURBS interpolation and approximation theory involved in the machining of complex surfaces are deeply studied. A NURBS curve approximation algorithm based on feature point extraction and improved particle swarm optimization (PSO) is proposed, which compresses the number of control vertices of NURBS approximation curve in profile reconstruction of complex surfaces. In order to improve the approximation accuracy of double NURBS tool path generated by the same node vector in the machining of complex surface, an optimization model of tool pivot point curve approximation with variable weight is constructed, and the improved coevolutionary genetic algorithm is used to solve the model. The optimal weight value of the curve is obtained. Considering the shortcomings of traditional NURIBS interpolation algorithm in interpolation precision and interpolation velocity volatility, an interpolation algorithm based on improved S-type velocity programming and Steffens type parameter calculation is proposed. Taking the impeller blade as an example, the validity of the algorithm is verified by comparing the algorithm. The main contents of this paper are as follows: in the first chapter, the research status of free curve approximation and interpolation algorithm in complex surface machining is summarized, and the defects and solutions of the present methods are introduced. This paper expounds the research significance of this paper, and introduces the organization structure of this paper. In chapter 2, a NURBS curve approximation algorithm for compressed control vertices is proposed. The curvature of discrete points is calculated by means of equal chord length method. The characteristic points of discrete point sequence are extracted based on curvature analysis and the initial approximation curve is constructed. Based on the error control, the interpolation point is added and the approximation curve is updated. The improved particle swarm optimization algorithm is used to optimize the position of the control vertex, and the final approximation curve is obtained. In chapter 3, a double NURBS tool path generation algorithm with variable weights is proposed. Based on the error control, some discrete data of tool center point and tool pivot point are selected, and the initial double NURBS curve is constructed by using the same node vector, and the tool pivot point curve approximation optimization model with variable weight is constructed. The improved coevolutionary genetic algorithm is used to adjust the weight value of the tool pivot point curve, and the approximation error of the curve is reduced. In chapter 4, an improved S-type velocity programming method and a Steffens-type interpolation parameter calculation method with parameters are presented. The curve segment information is obtained by adaptive interpolation, and the maximum acceleration is adjusted adaptively according to the curvature information and the speed is precisely controlled. The traditional S-type speed planning algorithm is improved. The forward and inverse interpolation is used to accurately determine the deceleration point, and the Steffensen method with parameters is used to calculate the curve interpolation parameters. The derivation operation is avoided, the real-time performance of the interpolation is enhanced, and the velocity fluctuation is effectively controlled. The fifth chapter takes the impeller blade as an example to verify the theory and algorithm proposed in this paper. The experimental results show that the NURBS approximation curve generated by this algorithm has fewer control vertices and higher approximation accuracy than the traditional method. The improved NURBS interpolation algorithm can effectively reduce the chord height error and control the velocity volatility. In the sixth chapter, the main research contents are summarized, and the future research work is prospected.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG659

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本文編號：2452341