NURBS曲线插补技术研究及其仿真

• 作 者: 刘新山
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 数控 NURBS 插补 加减速控制 仿真

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。本文较为深入地研究了NURBS曲线及其性质、相关参数计算方法。提出NURBS曲线的阿当姆斯微分方程插补算法,并利用前、后差分结合代替微分的方法,对初始迭代式改进得到参数快速递推式。利用参数快速递推式,同时辅以预估—校正法,通过适当的插补预处理与合理的近似计算,综合考虑轮廓误差控制和进给加速度控制,实现了动态变步长的自适应NURBS曲线插补方式。可使机床在满足误差要求的前提下,以最大化进给速度对零件进行插补加工,实现了插补精度和插补速度的优化,提高了加工质量和效率。在NURBS插补加减速控制方面,本文利用NURBS曲线的对称性进行实时插补减速点的预测,提出了插补前抛物线--直线--抛物线S型加减速控制新方法。其具有位置精度高、速度过渡平滑等优点,并且改变了原有控制方法的以弦线代替弧线、每插补一步都要进行繁琐的曲线弧长计算的情况,有利于提高插补精度和实时性。根据本文提出的阿当姆斯微分方程NURBS插补原理、算法及其实现过程,及本文提出的插补进给加减速度的控制方法,利用MATLAB和VC++软件编程进行实时数控加工轨迹仿真,分析了算法的插补精度、速度及加减速的结果情况,证明了算法的正确性、有效性和实时性。相关研究内容为开发新一代的CAD/CAM/CNC集成系统作了一定的技术准备。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。