论文部分内容阅读
曲线曲面插补器是CNC控制系统的核心部分，插补算法将直接影响到数控系统的加工速度和加工精度，是目前数控技术急需提高和完善的环节之一。随着高速、高精度加工技术的发展，自由型面零件的高精度、高速度加工成为数控加工的主要发展趋势之一。由于非均匀B样条曲线(NURBS)作为自由曲线曲面定义的唯一标准，NURBS曲线曲面插补技术也就成为近年来数控技术的一个研究热点。 在本论文当中，提出了一种NURBS插补运动控制器的插补算法。与传统的插补器只能对直线和圆弧进行插补相比，该插补器能够插补NURBS曲线，且能够保持高速度和高精度加工。该插补算法能够限制在插补过程当中产生的轮廓误差和速度波动。由于在插补过程当中由于限制轮廓误差的需要而产生了一些速度尖点，在这些尖点处的加速度和加加速度往往都非常大，对机床的伺服马达产生很大的冲击力，为此，本文提出的插补算法能够根据允许的最大轮廓误差、最大加速度、最大加加速度来对插补速度进行自适应调整，使其满足插补要求。 主要研究内容包括以下几个方面： (1)对CNC数控系统的工作原理进行了分析，对常用插补算法进行了总结。并设计了NURBS曲线插补运动控制算法的总体结构。 (2)分析了NURBS曲线的特性，阐述了NURBS曲线型值点及一阶导数、二阶导数的计算算法。考虑到MATLAB的高编程效率和C语言的高运算速度，采用MATLAB和C语言进行混编的方式对所阐述的算法进行仿真。 (3)分析了加减速控制算法，采用S曲线加减速速度规划算法，减小了对机床的速度冲击作用。并将数字卷积法应用到速度规划当中，取代了传统多项式函数法，大大的减少了计算量，提高了计算速度。 (4)提出了一种新的NURBS曲线插补算法，该算法既考虑了进给速度的准确性，又限制了插补路径的产生的轮廓误差，同时也考虑了在插补过程当中产生的加速度和加加速度。该算法能够在保证速度精度和加工轮廓精度的同时，限制加速度和加加速度，从而减小对机床的冲击作用。本文用了一个NURBS曲线插补的例子来对提出的插补算法进行算法仿真。仿真结果证明该算法能够很好的适应NURBS曲线插补的需要。 论文对NURBS曲线插补几个主要关键技术－NURBS曲线型值点计算、加减速控制、速度规划方法、曲线插补方法进行了深入研究，该研究符合高性能数控系统的发展趋势，对复杂型面零件的高精度数控加工具有重要意义。