多軸聯(lián)動高性能數(shù)控加工的運(yùn)動優(yōu)化與復(fù)雜軌跡實(shí)時控制策略研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文多軸聯(lián)動高性能數(shù)控加工的運(yùn)動優(yōu)化與復(fù)雜軌跡實(shí)時控制策略研究姓名：陳金成申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師：鐘廷修2001.11.1顧慮一運(yùn)算速度問題退居其次，這就為擺脫傳統(tǒng)插補(bǔ)算法提供了硬件基礎(chǔ)。樣條曲線、B 6 z i e r 曲線、有理B 6 z i e r 曲線、B 樣條曲線、非均勻有理B 樣條( N U R B S ) 曲線是在C A D ／C A M領(lǐng)域被廣泛采用的曲線，對它們的實(shí)時插補(bǔ)算法的

2、研究有著重要的理論意義。本文著重對N U R B S 曲線的實(shí)時插補(bǔ)算法及其插補(bǔ)性能進(jìn)行了深入的分析，并通過對上述復(fù)雜曲線的插補(bǔ)運(yùn)算時間的測試，結(jié)果表明P e n t i u m I I 3 5 0C P U 完全能夠勝任這些曲線的實(shí)時插補(bǔ)。同時，本文還首次提出復(fù)雜曲線實(shí)時插補(bǔ)算法的模塊化設(shè)計(jì)新思路，其設(shè)計(jì)原理是將插補(bǔ)算法劃分為三大模塊：數(shù)據(jù)接收模塊、曲線特性模塊和插補(bǔ)核心模塊。這樣當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)需要 ．增加新曲線插補(bǔ)功能時，只需要在數(shù)據(jù)接

3、收模塊中增加相應(yīng)的接口，并在曲線特性模塊中添加該曲線特性，而無需更改插補(bǔ)算法的核心模塊，因此，插補(bǔ)算法的模塊化設(shè)計(jì)原理符合開放式數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。4 ．深入研究了基于N U R B S 曲面的刀具路徑五軸聯(lián)動實(shí)時控制策略。曲面加工是數(shù)控技術(shù)和C A D ／C A M 的重要應(yīng)用與研究對象，如何經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)高速高精度的加工一直是其研究問題的重點(diǎn)。長期以來，曲面加工技術(shù)的研究主要是從C N C 和編程兩方面獨(dú)立地開展，并采用標(biāo)準(zhǔn)N C 代碼

4、作為兩者之間的接口。這種方法具有一定的通用性，但是也存在很多的缺點(diǎn)，如數(shù)據(jù)代碼文件龐大、加工精度不高、加減速頻繁等，因此，研究曲面實(shí)時加工功能將會是今后數(shù)控技術(shù)發(fā)展的一大趨勢。N U R B S 模型有著許多優(yōu)良的特性，如平滑性、可局部更改性等，因而在C A D ／C A M 領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，許多著名的C A D ／C A M 商業(yè)軟件包都把是否具有N U R B S 曲面造型能力視為其先進(jìn)性的標(biāo)志之一，國際標(biāo)準(zhǔn)組織在1 9 9 1

5、 年頒發(fā)的S T E P 標(biāo)準(zhǔn)中將N U R B S 作為定義幾何形狀的唯一數(shù)學(xué)方法，C G ／C A D 系統(tǒng)隨后也引入了N U R B S 方法。五軸聯(lián)動數(shù)控加工比三軸聯(lián)動具有更高的加工效率和加工質(zhì)量，但目前五軸聯(lián)動實(shí)時刀具路徑控制的研究僅僅局限于相對比較簡單的雙三次多項(xiàng)式曲面，對于諸如N U R B S 的復(fù)雜自由曲面的實(shí)時刀具路徑控制還未見報道。針對這一情況，本文首次論述了基于N ' O R B S 曲面的刀具路徑五軸聯(lián)

6、動實(shí)時控制策略，著重解決了N U R B S 曲面上刀具路徑的描述方法、刀具接觸點(diǎn)的實(shí)時插補(bǔ)計(jì)算方法、五軸聯(lián)動機(jī)床的坐標(biāo)變換、以及控制程序的實(shí)現(xiàn)技術(shù)等重要問題，為N U R B S 曲面的五軸聯(lián)動數(shù)控加工打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。論文最后給出的上述理論研究在自行研制的玻璃刻花加工中心上的實(shí)際應(yīng)用效果，結(jié)果證明其正確性和有效性。關(guān)鍵詞：開放式數(shù)控， 刀具路徑優(yōu)化， 平滑運(yùn)動控制， 進(jìn)給速度， 復(fù)雜曲線，實(shí)時插補(bǔ)，N U R B S 曲面， 五軸