支持NURBS插补的数控系统的刀具半径补偿算法研究

摘要

刀具半径补偿模块在数控系统中占有重要的地位。在轮廓加工的过程中，刀具半径补偿算法的实现，直接影响机床的加工精度和被加工零件的加工质量。随着对 NURBS插补领域不断地研究，国外一些公司已经成功地将NURBS插补应用在中高档机床的数控系统中，因此 NURBS插补算法也将成为加工自由型曲线曲面的主流方法。由于目前还未出现关于 NURBS刀具半径补偿算法，在对自由曲面的零件进行刀具半径补偿时，CAM软件不得不用数据量巨大的微小直线段去逼近这种自由曲面的轮廓轨迹，这就势必造成效率和精度的下降。因此为了解决这个问题，本文将建立一套完备的关于NURBS轨迹的刀具半径补偿算法。
　　NURBS曲线相比直线段和圆弧更加复杂，不能用现有的刀具半径补偿思路去考虑问题，比如在计算单段 NURBS刀具中心轨迹时，需要考虑NURBS等距曲线自交情况，这在现有的刀具半径补偿算法中是不曾遇到的。然而从CAM后处理生成的NURBS插补G代码需要检测曲线是否光顺，对于非光顺的曲线需要分割预处理。关于单段光顺 NURBS刀具半径补偿算法，本文通过 NURBS离散的方法来解决等距曲线的自交问题。由于含有NURBS相邻两段轨迹在计算缩短型刀具半径补偿算法时，刀具中心轨迹的交点可能会有多个，本文采用正逆序搜索算法能够准确地判断并计算出所需要的交点。在计算伸长型刀具半径补偿算法时，本文根据机床的实际加工参数：机床最大加速度、转弯时间和刀补半径，计算出关于这三个参数的临界偏转角，然后用实际偏转角与临界偏转角作比较，从而选择一种最能提高机床加工效率的过渡方式。目前关于刀具中心轨迹的全局干涉检测方法都只能同时考虑三段轨迹，本文中的前瞻式过切处理能够检测并处理更多段刀具中心轨迹干涉问题。为了将NURBS刀具中心轨迹以NURBS插补G代码的格式输出，本文最后通过特征点提取的方式对之前 NURBS离散后的等距点进行逼近计算。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3本文主要研究内容及组织结构

第2章 平面NURBS曲线刀补理论及预处理

2.1平面曲线刀具半径补偿理论基础

2.2平面NURBS曲线的刀补预处理

2.3本章小结

第3章 单段光顺的NURBS曲线刀补计算

3.1 NURBS曲线的离散

3.2 NURBS等距线的自交处理

3.3本章小结

第4章 含有NURBS曲线的多段轨迹刀补计算

4.1两种转接类型的介绍

4.2两种转接类型的处理方法

4.3前瞻式过切处理

4.4本章小结

第5章 等距点的NURBS曲线逼近

5.1数据点的曲线逼近介绍

5.2基于特征点提取的等距点逼近

5.3等距点的曲线逼近算法与仿真

5.4本章小结

第6章 NURBS刀补的仿真加工及实验

6.1实验平台介绍

6.2 VERICUT仿真加工过程与结果分析

6.3仿真加工实例与结果分析

6.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢