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基于前馈控制的复杂曲线插补技术研究

作　者: 周航
导　师: 刘永贤；蔡光起
学　校: 东北大学
专　业: 工业工程
关键词: 数控 NURBS 插补 仿真 前馈
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 研究背景  10-13
  1.2 NURBS直接插补技术的国内外研究现状  13-16
    1.2.1 NURBS直接插补的国外研究状况  13-15
    1.2.2 NURBS直接插补的国内研究状况  15-16
  1.3 研究目的及意义  16-17
  1.4 研究内容  17-19
第2章 数控插补技术的研究  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 基本插补算法  19-23
    2.2.1 脉冲增量法  19-21
    2.2.2 数据采样法  21-23
  2.3 参数曲线的直接插补算法  23-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章NURBS曲线基础及生成算法  28-46
  3.1 引言  28-29
  3.2 贝齐尔曲线  29-30
  3.3 B样条曲线  30-33
  3.4 非均匀B样条曲线  33-37
    3.4.1 非均匀B样条节点矢量的确定  33-35
    3.4.2 计算B样条曲线上点的德布尔算法  35-36
    3.4.3 B样条曲线的导矢  36-37
  3.5 NURBS曲线  37-45
    3.5.1 NURBS曲线的定义  37
    3.5.2 NURBS曲线的性质与特点  37-39
    3.5.3 NURBS曲线的表示  39-40
    3.5.4 NURBS曲线的相关计算  40-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章 NURBS曲线直接插补控制分析  46-64
  4.1 引言  46-47
  4.2 NURBS参数曲线现有插补算法分析  47-49
  4.3 插补算法及实现  49-57
    4.3.1 前馈控制处理  50-51
    4.3.2 基于加工步长控制的自适应插补改进算法  51
    4.3.3 轮廓误差分析与控制  51-53
    4.3.4 进给加速度分析与控制  53-54
    4.3.5 期望进给步长的计算  54-55
    4.3.6 NURBS直接插补改进的实现  55-57
  4.4 NURBS曲线插补过程中加减速控制  57-60
  4.5 满足直接性的插补周期确定  60
  4.6 NURBS曲线插补实例与分析  60-62
  4.7 本章小结  62-64
第5章 系统仿真  64-74
  5.1 引言  64
  5.2 开发工具简介  64-65
  5.3 OpenGL图形技术标准  65-66
  5.4 OpenGL的基本功能  66-67
  5.5 OpenGL库函数  67-68
  5.6 OpenGL的工作原理  68
  5.7 编制程序的主要过程  68-73
  5.8 本章小结  73-74
第6章 结论与展望  74-76
参考文献  76-81
致谢  81

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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