基于前馈控制的复杂曲线插补技术研究

论文摘要

现代数控技术是现代制造技术中关键的环节之一。数控系统所具有的插补功能的多少,插补算法的优劣,一直是评价CNC控制系统性能的重要指标。NURBS （Non-Uniform Rational B-Spline）插补技术可以改善零件的加工精度,表面光滑性和生产效率,提高CNC系统的轨迹功能,不仅对CNC,而且对CAD/CAM整体性能的提高都具有关键性作用。与之相适应,NURBS曲线直接插补技术也逐渐成为近年来数控插补技术研究的一个热点。本文在充分研究和分析国内外对该问题的研究现状的基础上,详细分析了NURBS曲线的几何模型,建立了一种基于NURBS曲线矩阵表达式的前馈控制方法。与大部分已有算法相比,该算法显著减小了插补过程中的计算量,保证了算法的实时性。然后在分析传统基准脉冲插补、数据采样插补算法的基础上,着重研究了NURBS曲线直接插补技术及其插补改进算法。针对现有的NURBS曲线直接插补算法有着弓高难以控制,加工安全等问题,建立了根据加工的条件自动调整进给步长,在曲率较小的地方有着较大的进给步长,保证了高速度；在曲率较大的地方使进给步长减小,保证了加工精度的基于加工步长控制的自适应插补改进算法。并在此基础上研究了NURBS曲线插补过程中的加减速控制,保证插补过程中插补速度的平滑性。‘最后针对提出的插补算法采用C++语言实现,并在VC++6.0的编程环境中实现了插补算法的计算机仿真,验证了算法的正确性和可行性。同时,研究了如何利用OpenGL技术实现对NURBS曲线曲面的显示。开展本课题的研究,不仅对提高数控系统的性能具有重要的理论价值,而且具有重要的实际工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 NURBS直接插补技术的国内外研究现状
• 1.2.1 NURBS直接插补的国外研究状况
• 1.2.2 NURBS直接插补的国内研究状况
• 1.3 研究目的及意义
• 1.4 研究内容
• 第2章 数控插补技术的研究
• 2.1 引言
• 2.2 基本插补算法
• 2.2.1 脉冲增量法
• 2.2.2 数据采样法
• 2.3 参数曲线的直接插补算法
• 2.4 本章小结
• 第3章NURBS曲线基础及生成算法
• 3.1 引言
• 3.2 贝齐尔曲线
• 3.3 B样条曲线
• 3.4 非均匀B样条曲线
• 3.4.1 非均匀B样条节点矢量的确定
• 3.4.2 计算B样条曲线上点的德布尔算法
• 3.4.3 B样条曲线的导矢
• 3.5 NURBS曲线
• 3.5.1 NURBS曲线的定义
• 3.5.2 NURBS曲线的性质与特点
• 3.5.3 NURBS曲线的表示
• 3.5.4 NURBS曲线的相关计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 NURBS曲线直接插补控制分析
• 4.1 引言
• 4.2 NURBS参数曲线现有插补算法分析
• 4.3 插补算法及实现
• 4.3.1 前馈控制处理
• 4.3.2 基于加工步长控制的自适应插补改进算法
• 4.3.3 轮廓误差分析与控制
• 4.3.4 进给加速度分析与控制
• 4.3.5 期望进给步长的计算
• 4.3.6 NURBS直接插补改进的实现
• 4.4 NURBS曲线插补过程中加减速控制
• 4.5 满足直接性的插补周期确定
• 4.6 NURBS曲线插补实例与分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统仿真
• 5.1 引言
• 5.2 开发工具简介
• 5.3 OpenGL图形技术标准
• 5.4 OpenGL的基本功能
• 5.5 OpenGL库函数
• 5.6 OpenGL的工作原理
• 5.7 编制程序的主要过程
• 5.8 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢