發(fā)布時(shí)間：2017-10-30 12:30

  本文關(guān)鍵詞：多約束綜合控制的NURBS曲線插補(bǔ)算法及其刀補(bǔ)研究與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： NURBS 插補(bǔ)算法 S型加減速控制 刀具半徑補(bǔ)償 開放式數(shù)控系統(tǒng)

【摘要】：隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展,NURBS方法作為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)確定的對工業(yè)產(chǎn)品幾何定義的唯一數(shù)學(xué)方法,憑借其在復(fù)雜幾何造型方面的諸多優(yōu)勢,越來越廣泛應(yīng)用于CAD/CAM及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等領(lǐng)域。NURBS插補(bǔ)功能成為衡量高檔數(shù)控系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了滿足高速高精的現(xiàn)代加工要求,NURBS曲線插補(bǔ)算法及其品質(zhì)已成為數(shù)控系統(tǒng)研究開發(fā)的核心內(nèi)容之一。目前,圍繞如何實(shí)現(xiàn)加工精度和加工效率的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制是NURBS插補(bǔ)算法研究的大趨勢。插補(bǔ)算法的品質(zhì)主要取決于插補(bǔ)精度與進(jìn)給速度的合理匹配。為了滿足曲率不斷發(fā)生變化的曲線插補(bǔ)精度要求,需要采用自適應(yīng)調(diào)節(jié)進(jìn)給速度,然而采用變進(jìn)給速度則不可避免會產(chǎn)生加減速運(yùn)動(dòng)。因此,就需要對變進(jìn)給速度進(jìn)行有效的加減速協(xié)調(diào)控制,以避免導(dǎo)致較大的加速度和加加速度,影響插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。另外,目前CAD/CAM軟件雖支持輸出NURBS格式的曲線形式,但考慮刀具半徑補(bǔ)償?shù)腘URBS曲線插補(bǔ)數(shù)控系統(tǒng)尚處于研究和發(fā)展階段。為此,本文綜合利用微分幾何原理、S型加減速控制方法、回溯和反向插補(bǔ)策略、開放式數(shù)控等理論及技術(shù)手段,以及VC++6.0、MATLAB等軟件,對NURBS曲線插補(bǔ)算法提出進(jìn)一步優(yōu)化方案并探究其在實(shí)際加工中的刀具半徑補(bǔ)償功能。具體研究工作如下:(1)建立一種多約束綜合控制的NURBS曲線插補(bǔ)算法。該算法在分析和總結(jié)現(xiàn)有NURBS曲線插補(bǔ)算法的基礎(chǔ)上,綜合考慮曲線幾何特征、機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能等對插補(bǔ)的影響,并明確了各約束條件與進(jìn)給速度的匹配方法。(2)建立基于S型加減速控制的運(yùn)動(dòng)模型。利用S型加減速控制方法,將回溯和反向插補(bǔ)策略應(yīng)用到NURBS曲線插補(bǔ)算法中,實(shí)現(xiàn)對NURBS曲線插補(bǔ)加減速過程的合理控制,提高插補(bǔ)精度和機(jī)床運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。(3)探究NURBS曲線插補(bǔ)中的二維刀具半徑補(bǔ)償功能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)NURBS的數(shù)學(xué)特性,結(jié)合現(xiàn)有的刀具半徑補(bǔ)償原理,研究NURBS曲線刀具半徑補(bǔ)償過程,并通過仿真軟件實(shí)現(xiàn)刀具半徑補(bǔ)償功能,進(jìn)一步提高NURBS曲線插補(bǔ)的編程柔性和加工實(shí)用性。(4)仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。依托固高開放式機(jī)電實(shí)驗(yàn)平臺,構(gòu)建基于“PC+運(yùn)動(dòng)控制卡”開放式數(shù)控仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。采用VC++6.0軟件編程開發(fā)NURBS曲線插補(bǔ)器,完成插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)仿真及實(shí)驗(yàn),并通過MATLAB對比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證算法的有效性。綜上,本文的研究為NURBS曲線提供了一種高效高精的插補(bǔ)優(yōu)化算法并探究了其二維刀具半徑補(bǔ)償功能,對提升數(shù)控系統(tǒng)品質(zhì)具有工程和理論參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：NURBS 插補(bǔ)算法 S型加減速控制 刀具半徑補(bǔ)償 開放式數(shù)控系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述11-17
• 1.2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢11-12
• 1.2.2 NURBS曲線插補(bǔ)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 刀具半徑補(bǔ)償研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.4 目前存在的主要問題17
• 1.3 研究目標(biāo)和主要內(nèi)容17-18
• 1.3.1 研究目標(biāo)17
• 1.3.2 研究內(nèi)容17-18
• 1.4 小結(jié)18-19
• 第2章 NURBS相關(guān)理論基礎(chǔ)19-26
• 2.1 引言19
• 2.2 NURBS曲線定義及其性質(zhì)19-21
• 2.2.1 NURBS曲線的定義19-20
• 2.2.2 NURBS曲線的主要性質(zhì)20-21
• 2.3 德布爾算法21-23
• 2.4 NURBS曲線插補(bǔ)導(dǎo)矢計(jì)算23
• 2.5 基于數(shù)據(jù)采樣的NURBS插補(bǔ)原理23-25
• 2.6 小結(jié)25-26
• 第3章 多約束綜合控制的NURBS曲線插補(bǔ)算法研究26-39
• 3.1 引言26
• 3.2 自適應(yīng)進(jìn)給速度NURBS插補(bǔ)算法26-27
• 3.3 基于冗余誤差控制的NURBS插補(bǔ)算法27-28
• 3.4 多約束綜合控制的NURBS曲線插補(bǔ)算法28-32
• 3.4.1 相關(guān)約束與進(jìn)給速度的匹配關(guān)系29-31
• 3.4.2 多約束綜合控制的進(jìn)給速度規(guī)劃方程的建立31-32
• 3.5 基于回溯和反向插補(bǔ)的進(jìn)給速度規(guī)劃32-36
• 3.5.1 基于S型加減速的運(yùn)動(dòng)過程32-34
• 3.5.2 基于回溯和反向插補(bǔ)的減速點(diǎn)確定34-35
• 3.5.3 S型加減速模式速度調(diào)整35-36
• 3.6 插補(bǔ)算法流程36-38
• 3.7 小結(jié)38-39
• 第4章 NURBS曲線刀具半徑補(bǔ)償研究39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 刀具補(bǔ)償功能及方法39-41
• 4.3 NURBS曲線的等距線41-42
• 4.4 NURBS曲線刀具半徑補(bǔ)償42-47
• 4.4.1 NURBS曲線刀補(bǔ)的原理42-43
• 4.4.2 刀補(bǔ)轉(zhuǎn)接類型及判定43-45
• 4.4.3 相關(guān)控制頂點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算45-47
• 4.5 仿真實(shí)例47-49
• 4.6 小結(jié)49-50
• 第5章 NURBS曲線插補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)與分析50-65
• 5.1 引言50
• 5.2 基于開放式數(shù)控結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)50-52
• 5.3 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52-53
• 5.4 NURBS曲線插補(bǔ)軟件開發(fā)53-55
• 5.4.1 軟件界面設(shè)計(jì)53-54
• 5.4.2 軟件主要功能的實(shí)現(xiàn)54-55
• 5.5 插補(bǔ)算法仿真分析和實(shí)驗(yàn)55-64
• 5.5.1 NURBS曲線插補(bǔ)算法仿真分析56-60
• 5.5.2 NURBS曲線插補(bǔ)實(shí)驗(yàn)60-64
• 5.6 小結(jié)64-65
• 結(jié)論與展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果70

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 黃楚鵬;;數(shù)控機(jī)床和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及未來趨勢[J];科技視界;2014年33期

2 劉飛;王秋蓮;;機(jī)械制造系統(tǒng)能效評價(jià)的特點(diǎn)、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];中國機(jī)械工程;2013年11期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張海濤;NURBS曲線自適應(yīng)插補(bǔ)與前瞻速度規(guī)劃方法研究[D];西安建筑科技大學(xué);2009年

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本文編號：1117723