王磊[1]2011年在《金刚石车削光学非球面自动编程系统的研究》文中研究说明随着光学非球曲面的广泛应用,传统的手工加工方法已经不适用于大批量生产此类零件,逐渐被数控加工所取代。目前,在金刚石车削回转对称光学非球面方面,传统插补方法还是占有主要地位,对数控加工设备造成极大冲击、降低加工效率、影响零件表面形貌；在金刚石车削非回转对称光学非球面方面,还没有自主研发的加工设备,主要依赖技术进口,仅有几种算法可供参考,且具有一定的不足。光学非球面加工插补算法是具备相当大的发展空间。本文的研究目的在于：利用C++编程语言,建立一种新型的金刚石车削光学非球面的自动编程系统,用于生成数控文件；开发一种新型的回转对称型光学非球面的插补算法,以此来提高插补性能指标,降低机床冲击性,提高插补效率；开发一种新型非回转对称型光学非球面的插补加工方法,以此来填充此方面的空白,提高插补方法的各个评价指标。本光学非球面自动编程系统是在Object ARX函数库的基础上独立开发完成的,具有CAD和CAM兼容功能,且在图形交互式环境下自动生成数控加工文件。在车削回转对称光学非球面中,通过传统插补方法与现有的典型NURBS插补方法对比,分析得到：NURBS插补方法优于直线和圆弧插补方式；在典型NURBS插补方法基础上,提出多步算法,利用多点隐函数计算代替单点逐次求导运算方法,简化计算得繁冗公式,并推导出一种具体公式。本系统通过差分近似代替算法来提高插补速度；利用速度补偿算法,来降低此方法带来的计算误差。在模拟和分析基础上,得出此插补方法有利于大批量生成加工。在车削非回转对称光学非球面中,对比分析现有的刀具轨迹插补方法,针对尚未解决的问题,提出叁次NURBS模型反构刀具轨迹的算法,从而将C2连续曲线应用刀具轨迹中,降低运动轴加速度波动,使得刀具通过关键刀具轨迹点。在NURBS反构模型的基础上,推导出刀具轨迹中间点的计算方法,为快速刀具伺服(Fast Tool Servo)和慢速刀具伺服(Slow Tool Servo)提供驱动控制理论依据,为加工光学自由曲面提供现实基础。本光学非球面自动编程系统,在考虑到各个控制系统间的数控语法差异,传递外部系统输入变量,采用C++字符串类的继承和开发特性,经过必要的数值计算,写数据字符进入数控文件。在数控文件评价指标的要求下,本系统充分利用数控编程的各种技巧,开发各个子程序,降低数控文件的存储量,提高了数控代码的执行效率。在VERICUT环境下模拟加工高次曲面、无数学表达式曲面、非回转对称光学球面,验证本文算法的正确性。
白刚[2]2007年在《基于DSP处理器的数控插补算法实现技术研究》文中认为插补模块是数控系统的核心。随着现代数控技术的不断发展,插补算法不断成熟,类型众多。从产生的数学模型来分,有直线插补、二次曲线插补等;从输出的数值形式来分,有基准脉冲插补(又称脉冲增量插补)和数据采样插补。目前,参数曲线实时插补技术正在逐渐成为数控插补技术研究的一个热点。NURBS曲线是在实际中得到广泛应用的一种参数曲线,NURBS曲线插补功能已经成为当代CNC系统的重要功能之一。对于开放型机床数控系统的设计来说,目前重点的工作是如何选择合适的硬件系统实现实时插补。从而使得控制系统更稳定、插补运算更可靠、速度更快。目前一些数控插补使用单片机做控制芯片,受结构约束,运算速度不高,难以满足数控插补快速性的要求。DSP(数字信号处理器)芯片由于其特殊的硬件结构(哈佛结构、多总线技术、流水线指令结构、硬件乘法器),具有极高的运算能力(目前主流DSP芯片比16位单片机单指令执行时间快8倍到10倍,完成一次乘加运算则快16倍到30倍)。能够很好的满足插补运算的速度、精度要求。本文基于美国TI公司的主流DSP处理器TMS320LF2407A,进行数控插补算法实现技术研究。主要做了如下工作:1.对数控技术原理及插补算法进行了深入的研究,对目前数控插补的分类和发展现状有了较深入的了解。为下一步的算法选择和改进提供了基础。2.对DSP处理器进行了深入的研究,理解了DSP的结构原理知识并初步掌握了应用技术。选择适合电机控制的TMSLF2407A作为控制处理器芯片。3.围绕TMS320LF2407A选择其他外围芯片、步进电机及步进电机驱动器,构建硬件系统,对系统的性能作了分析。4.选择数字积分法作为要实现的数控算法,进行深入研究和学习。同时对目前应用逐渐广泛的非均匀有理B样条插补(NURBS插补)方法做初步研究学习。5.在硬件系统平台上,设计软件系统,分模块研究并设计软件系统。最后设计出DDA直线、圆弧插补的程序流程图,写出插补源程序。并尝试设计了NURBS插补程序流程图。
石岩[3]2009年在《3-TPS混联机床的运动控制技术研究》文中研究说明混联机床是以并联机床为基础,突出串联约束机构作用的一种新型并联机床。它将并联机构与串联机构进行了有机结合,继承了并联机床刚度高、速度快、工作空间大的特点,同时融入的串联约束机构不仅限制了机床的自由度,规范了动平台的运动姿态,而且更为重要的是作为测量链的存在,能够有效的提高机床的运动精度。目前国内外对混联机床的研究已取得了一些研究成果和进展,但总体上混联机床的研究还是处于研发、试制和试用阶段,因为混联机床虽然结构上简单,但由于其加工空间与驱动空间是高度非线性映射关系,导致其运动控制比传统机床要复杂得多。针对混联机床的控制技术发展不成熟,目前大都采用传统机床的控制技术,但控制精度不够理想,也无法发挥并联机床的结构优势,所以在开发适合混联机床的控制系统,分析出能发挥混联机床结构优势,提高控制精度的相关控制算法方面,还有很多内容有待研究。本文以研制的3-TPS混联机床为研究对象,对机床进行叁坐标加工时相关运动控制策略和算法进行了分析,主要研究内容如下：(1)对3-TPS混联机床的运动控制基础进行了分析,包括该混联机床的机构分析,运动学变换方程和控制系统软硬件组成的简要分析。(2)分析了并联机床的运动控制流程与策略,在此基础上根据3-TPS混联机床的特点提出了两种控制策略。(3)对混联机床的进给速度的规划控制算法进行了分析,并对提出的两种位置控制策略进行了研究,分析了具体实现过程。并研究了主轴在叁坐标加工时保持垂直姿态的控制策略,以及对按函数规律控制驱动轴的方法在3-TPS混联机床中的应用进行了分析。(4)对混联机床的插补策略进行了分析,分析了坐标空间的粗插补算法和关节空间的精插补算法,并提出了精插补算法的改进算法,通过MATLAB软件对精插补算法在两种精插补策略下对于轨迹误差的影响进行了仿真分析。本文通过以上工作为3-TPS混联机床样机的运动控制提供了切实可行的控制策略与算法基础。
徐新平[4]2008年在《正切运动控制算法研究及其在数控服装裁剪机中的应用》文中研究表明随着服装、纺织等轻工业的迅速发展,数控服装裁剪机、数控提花机等数控设备作为该领域CAD/CAM系统和自动化生产线的核心设备,也成为了进一步研究和开发的重要内容。插补功能是数控设备的控制系统中最重要的功能,插补算法的精度和稳定性将直接影响到CNC系统的性能指标。本课题针对数控服装裁剪机及数控提花机等设备的运动特点,提出正切运动控制的概念,并对不同类型曲线的正切运动控制算法进行了研究,通过对衣片的裁剪运动进行模拟,验正了对于平面各曲线该种算法的有效性,满足了此类设备的运动要求。本文首先对数控服装裁剪机的机械结构、控制系统的软件、硬件结构以及数控服装裁剪机的裁剪过程和运动特点进行了介绍,提出了正切运动控制的概念。本文以时间分割插补算法为理论基础,根据正切运动的要求,由此研究了直线和圆弧的正切运动控制算法。在改进传统算法的基础上,加入C轴的同时控制,实现了四象限统一编程和自动过象限,使插补算法更加简单。将算法编程并实现对具体直线和圆弧的插补计算,并对插补结果进行分析,结果表明:该算法能够有效实现正切运动要求并且插补误差满足加工要求。根据加工对象轮廓曲线的特点,本文还对参数曲线和样条曲线的正切运动控制算法进行研究。在详细分析和比较了各种曲线插补算法之后,对试探修正法进行改进和优化,并加入了步长修正和C轴的同时控制,探索研究了一种通用的变步长试探修正正切插补算法。并将此插补算法应用在一般参数曲线、叁次参数样条曲线、Bezier样条曲线和B样条曲线的正切运动控制中。在Bezier样条和B样条曲线的正切运动控制计算中,采用了德卡斯特里奥算法和B样条的递推定义,通过简单的运算得到曲线上的点,避免了在插补之前根据型值点或控制点坐标计算样条曲线参数方程过程中复杂的运算,使插补运算更为简便。将算法编程并实现对具体参数及样条曲线的插补计算,并对插补结果进行分析,结果表明:该算法能够根据曲线曲率控制曲线的插补步长,在曲线上不同曲率段产生疏密不同的插补点,保证了曲线形状;实现了正切运动的要求;并且插补误差满足加工要求。最后本文对衣片裁剪运动进行了模拟。以Pro/E软件构造数控服装裁剪机的运动模型,通过编程实现了正切运动控制算法对衣片轮廓曲线的插补运算,利用插补所得数据控制服装裁剪机模型的运动轨迹,完成了衣片裁剪运动模拟,从而为进一步的工程应用奠定了基础。
杨冬香[5]2007年在《弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成研究》文中研究指明弧面分度凸轮机构是自动机械中的核心传动装置,具有结构紧凑、性能可靠等优点,广泛应用于轻工机械、纺织机械、数控机床等领域。但是,由于结构的复杂性,设计和制造十分困难,目前我国在弧面凸轮的设计和制造水平上与国外和台湾地区相比还有较大差距,国产弧面凸轮承载能力差、可靠性差、使用寿命短,严重制约了国产弧面分度凸轮机构产品的应用开发。因此,对弧面分度凸轮机构的设计制造理论进行深入研究,大力推进弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成系统的开发应用具有重要意义。为此,本文从提高弧面凸轮加工质量和优化设计手段出发,建立了能有效控制编程误差的刀轨优化方法和弧面分度凸轮机构弹性变形静力分析方法,最后研制开发了弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成系统。具体研究工作如下:1)分析总结了弧面分度凸轮机构的研究现状与存在的问题,同时对其设计制造的基本理论进行了较全面的概括,阐述归纳了弧面凸轮的加工方法及特点,尤其对普通数控加工工艺方案进行了深入分析。2)在探讨弧面凸轮传统等步长编程加工编程误差的基础上,建立了非等步长编程和自适应直接插补两种刀轨优化方法。包括非等步长编程刀轨生成流程的设计,基于数据采样的弧面分度凸轮自适应直接插补算法的推导及其G指令格式的定义。并通过加工模拟实例予以算法验证。3)针对弧面分度凸轮机构产品设计需要,建立了弧面分度凸轮机构的弹性变形静力分析模型与流程。通过深入分析啮合传动的受力情况,确定了相应的有限元模型及其计算流程,并利用有限元软件MSC.Marc进行了实例计算。4)基于上述研究,开发研制了弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成系统。基于UGII平台,利用VC++ 6.0和UG/Open API开发工具,实现了间歇分度弧面凸轮机构和连续分度弧面凸轮机构的叁维实体建模、四轴和五轴数控加工模拟、刀位数据和数控代码自动生成,以及与数控机床之间的通讯传输加工等功能。综上,本文建立的弧面分度凸轮两种刀轨优化方法,为弧面凸轮高速、高精度加工提供了理论依据。弹性变形静力分析,摆脱了凭经验估算其极限承载能力的落后局面,奠定了自适应优化设计的基础。CAD/CAM/CNC集成系统,为弧面分度凸轮机构的设计制造提供了软件支持,同时为后续研究构建了综合有效平台。
卢军霞[6]2010年在《6-UPU并联机床数控系统的研究与开发》文中提出数控系统是并联机床的控制核心,也是目前并联机床的研究热点。由于并联机床具有结构和配置形式多样化、运动学设计复杂等特点,相应的数控系统专用性较强,开发难度较大。本文提出了一种并联机床集成开放式数控系统。论述了并联机床数控系统的整体结构,以“PC机+运动控制卡”构建数控系统硬件平台。以Windows XP为操作平台,采用面向对象和模块化编程技术,用VC++6.0作为开发工具来编写系统的应用程序,设计了PCI-1750控制系统的输入输出电路,以便计算机及时响应做出调整实现步进电机的准确、实时控制。研究了并联机床空间曲线等弦长插补算法的原理。并联机床的动平台采用运动物理量的直接控制是难以实现的,为了满足并联机床的空间位置和运动姿态的要求采用间接控制策略,把空间曲线离散为等弦长的直线段,通过离散点把6个独立的驱动杆有机地协调起来。在半径补偿原理的基础上,提出了相邻两曲线的转接类型通过交点处的矢量夹角判断的方法,不仅适合于直线和圆弧,而且适用于任意平面二次曲线的转接类型判断。合理利用Windows的抢占式、多线程技术解决数控系统的多任务问题,详细介绍了中断程序设计与多线程程序设计的流程。同时,本数控系统采用变频技术,通过数字量控制、模拟量控制来实现电主轴的调速。
胡泽华[7]2012年在《高性能五轴联动数控关键技术研究》文中研究说明数控技术作为衡量一个国家制造技术水平的重要标志,目前正朝多轴、高速、高精方向快速发展。传统的叁轴联动机床难以满足目前航空航天、船舶业等多方位复杂零件的加工需求,数控机床向多轴发展是满足各行业复杂零件加工需求的必然趋势；目前市场主打的中低速加工中心难以满足高效加工的要求,开发高速控制系统是满足市场需求的保证；高精加工是机械制造水平的关键指标,高精控制技术是数控技术提升的瓶颈之一。高性能五轴数控技术的推进是时代的要求,同时也是市场的需求。本课题的研究重点是通过多轴运动控制算法的设计和通讯模块的优化,实现五轴联动进给轴高速、高精、平稳运动,达到高性能加工的目标。以高性能五轴联动产品加工为最终目标,本文设计了五轴联动运动控制相关的插补算法、拐点处理算法、联动平摊算法；提出了一种以提高加工效率为目标的实时补偿RTCP算法；升级了以提高通讯效率为目标的总线通讯模块。同时结合MACHATROLINK-Ⅲ总线硬件要求,完成了总线驱动软件与DSP运动控制系统模块的结合,目前使用的M-Ⅲ总线通讯速度达到100Mbps。本文最后介绍了五轴加工典型叶轮G代码程序的编辑；搭建了基于实验机床硬件结构的五轴仿真平台；并实现了五轴典型叶轮的实际加工,最终成功应用在合作企业的SDS9-6CNCH2数控系统中。
侯金枝[8]2008年在《NURBS插补算法的研究与开放式数控系统开发》文中提出数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术,是用数字化信息实现机床控制的一种方法,也是现代制造技术中最关键的环节。插补模块是整个数控系统控制软件的核心,插补算法的选择直接影响到数控系统的加工精度和速度。自由曲线插补可使整条曲线的加工速度均匀,提高工件表面加工质量,并可提高加工速度,适于高速加工,因此开发具有曲线插补功能的数控系统具有重要意义。NURBS(非均匀有理B样条,Non-Uniform Rational B-Spilne)为现有的曲线提供了统一的表示方法,NURBS插补已经成为当今数控领域研究的热点之一,并成为数控系统中插补技术发展的必然趋势。根据开放式数控系统的要求,本文选择美国罗克韦尔自动化公司的网络及硬件设备,构建了网络化的开放式数控系统。在系统的硬件平台上,结合Matlab,RSLogix 5000和RSView 32等专用软件进行插补预处理和优化,开发运动控制程序并设计数控系统的监控界面,实现了NURBS插补功能。本文在简要介绍传统基准脉冲插补、数据采样插补算法之后,着重研究了NURBS曲线插补算法。针对现有的NURBS曲线插补算法普遍存在递推误差,且弓高误差、速度难以控制的问题,依据NURBS曲线的矩阵定义式提出了改进的插补算法,采用改变插补周期T的控制方式,根据最大弓高误差动态调节参数以确定进给步长,从而消除了递推误差,对弓高误差也进行了合理控制,最终实现了在速度均匀的情况下进行高精度的加工。目前,人们越来越多地使用NURBS曲线设计工件外形。由于手工编制曲线工件的数控程序工作量大,加工时间长,难以编制出理想程序,因此本文参考STEP-NC标准,选取了AutoCAD软件内嵌的LISP编辑器对系统进行二次开发,最终设计并实现了直接面向加工对象的数控系统,即实现了设计、制造(CAD/CNC)一体化。该系统具有加工速度快、周期短、质量高、使用方便等优点,减轻编程人员的工作量,具有很高的工程价值。
黎润伟[9]2014年在《面向复杂曲面加工的工业机器人离线编程系统研究》文中研究说明工业机器人技术目前正得到广泛应用，且越来越多地被应用到曲面和曲线的加工过程中，如曲面喷涂或涂胶等作业中。针对工业机器人传统的示教再现操作方式存在很大的局限性，而离线编程技术则显示出极大的优越性，即由叁维CAD模型直接创建工业机器人直接运行的工作轨迹，从而完成复杂曲面和曲线的加工作业。本文据此展开了研究，即：面向复杂曲面加工的工业机器人离线编程系统。本课题研究项目获得广东省战略新型产业项目（编号：2011A091101001）的资助，主要工作内容如下：本论文研究了一种基于STL(Stereolithography)文件的复杂曲面轨迹生成方法。由叁维CAD模型创建包含有叁角形面片集合的STL文件。通过多个平行切平面与叁角面片相交，并求交点后得到表达复杂曲面的数据点集。对这些数据点集进行优化排序后形成机器人运动的插补轨迹。仿真分析表明，该方法可用于创建任意不规则复杂曲面的加工运动轨迹。本论文研究了一种基于弓高误差的NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)曲线插补算法。NURBS曲线在叁维CAD软件中被广泛地应用于复杂曲面的表达。本文根据弓高误差的约束生成NURBS曲线的插补点集，并采用前瞻（Look-Ahead）加减速控制算法，对插补轨迹的速度进行优化。从而达到减少加工过程中机器人本体的振动，并提高加工效率。本文研究了一种基于IGS(Initial Graphics Exchange Specification)文件的NURBS曲面轨迹生成方法。CAD/CAM软件中的IGS文件作为初始图形交换规范类型的2D/3D矢量图形文件，包含着NURBS曲线曲面的数学参数。本文从IGS文件中获得NURBS曲面的数学描述，并用上述NURBS曲线插补算法计算NURBS曲面的节点参数值。根据节点参数值计算NURBS曲面的插补点集合，得到复杂曲面的加工运动轨迹。本论文构建了面向复杂曲面加工的工业机器人离线编程实验平台。实验平台采用PC-BASED的控制系统架构，可对6个交流伺服电机进行同步控制。在此平台上针对两种复杂曲面的加工对象，完成了上述各章算法的实验验证。实验结果表明，上述各章的算法的有效性。本论文创新性成果有：提出基于STL文件的复杂曲面轨迹生成方法并实现将它应用于工业机器人离线编程系统中。提出NURBS曲线前瞻加减速控制算法，平滑优化插补速度，减少插补过程中的振动。提出基于IGS文件的NURBS曲面轨迹生成方法并实现将它应用于工业机器人离线编程系统中。本文研究成果可以应用于工业机器人复杂曲面加工过程，从而促进我国工业机器人应用技术的提高。
石宏[10]2005年在《3-TPS混联机床相关控制算法研究》文中指出混联机床是针对传统机床和纯并联机床的不足而进行的一种变异设计。它将串联结构与并联结构有机结合，继承了传统机床工作空间大、灵活度大、各轴可独立控制以及易于标定等特点，同时继承了并联机床刚度重量比大、响应速度快、加工精度高、环境适应能力强以及技术含量高等优点，摒弃了纯并联机床和纯串联机床的弊病，使得机床的可重组性、加工能力和加工精度得到有效的提高。 论文对东北大学新设计的3-TPS混联机床的相关控制算法进行了研究，给出了相应的控制算法，具体工作内容如下： 1、研究了基于PC机的开放式数控系统的几种结构，阐述了并联机床开放式数控系统的特点与结构要求以及开放式网络化数控系统的基本结构和应用现状。 2、分析了3-TPS混联机床的结构特点及自由度的计算方法，总结了3-TPS混联机床的位置正、反解算法、机构的输入输出速度算法，分析了影响工作空间的因素。 3、针对复杂零件的加工问题，给出了复杂零件建模时曲线曲面的生成算法。 4、从多轴加工角度考虑，建立了3-TPS混联机床叁轴和五轴加工时刀具轨迹算法的数学模型，并对其相应算法所产生的非线性误差进行了分析计算，同时给出了误差的补偿算法。 5、根据3-TPS混联机床的独特结构和运动特性，建立了3-TPS混联机床在实现叁轴、四轴、五轴加工以及在实现立卧转换加工时的坐标变换方程，并给出了相应加工条件下机床运动控制算法的数学模型，并作了仿真研究。 6、针对3-TPS混联机床的结构特点，建立了该机床在实现叁轴、四轴及五轴加工时的长度补偿算法的模型，同时给出了3-TPS混联机床在实现叁轴和四轴加工时的半径补偿算法，并给出了不同转接条件下转接点坐标值的算法。 7、在分析了3-TPS混联机床插补控制策略的基础上，给出了空间直线和圆弧的插补算法，提出了采用软件控制策略实现粗、精插补的设计思想，提出了采用前加减速控制的速度控制策略。 8、根据并联结构机床具有机器人特征的这一特点，提出了一种基于位移螺旋与Chasles定理的轨迹规划算法。
参考文献：
[1]. 金刚石车削光学非球面自动编程系统的研究[D]. 王磊. 吉林大学. 2011
[2]. 基于DSP处理器的数控插补算法实现技术研究[D]. 白刚. 湖南师范大学. 2007
[3]. 3-TPS混联机床的运动控制技术研究[D]. 石岩. 东北大学. 2009
[4]. 正切运动控制算法研究及其在数控服装裁剪机中的应用[D]. 徐新平. 太原理工大学. 2008
[5]. 弧面分度凸轮机构CAD/CAM/CNC集成研究[D]. 杨冬香. 湘潭大学. 2007
[6]. 6-UPU并联机床数控系统的研究与开发[D]. 卢军霞. 山东理工大学. 2010
[7]. 高性能五轴联动数控关键技术研究[D]. 胡泽华. 广东工业大学. 2012
[8]. NURBS插补算法的研究与开放式数控系统开发[D]. 侯金枝. 东北大学. 2008
[9]. 面向复杂曲面加工的工业机器人离线编程系统研究[D]. 黎润伟. 华南理工大学. 2014
[10]. 3-TPS混联机床相关控制算法研究[D]. 石宏. 东北大学. 2005
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