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NURBS插补算法的研究与开放式数控系统开发

作　者: 侯金枝
导　师: 王建辉；徐林
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 网络环境开放式数控系统 NURBS插补 CAD/CNC的一体化
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 133次
引　用: 1次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 数控系统发展状况  11-16
    1.2.1 数控系统发展历史  11-13
    1.2.2 数控系统发展趋势  13-14
    1.2.3 开放式数控系统现状及趋势  14-16
  1.3 STEP标准  16
  1.4 自由曲线发展历程  16-17
  1.5 本文的主要研究内容  17-19
第二章网络环境下的数控系统  19-25
  2.1 网络环境下基于PLC的开放式数控系统的硬件平台  19-23
    2.1.1 罗克韦尔自动化的三层网及SERCOS  19-21
    2.1.2 ControlLogix系统  21-22
    2.1.3 三轴精密定位平台  22-23
  2.2 软件环境  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章 CNC系统中的插补技术  25-31
  3.1 插补原理概述  25-26
  3.2 插补分类  26
  3.3 基本插补算法  26-29
    3.3.1 脉冲增量法  27-28
    3.3.2 数据采样法  28-29
  3.4 计算机数控系统中的NURBS插补  29
  3.5 本章小结  29-31
第四章 NURBS曲线插补技术  31-47
  4.1 NURBS曲线发展  31-34
    4.1.1 Bezier曲线  31-32
    4.1.2 B样条曲线  32-33
    4.1.3 NURBS曲线  33-34
  4.2 NURBS曲线的求值和导矢的计算  34-37
    4.2.1 NURBS的De Boor递推算法  34-35
    4.2.2 NURBS的矩阵定义式法  35-36
    4.2.3 NURBS的导矢计算  36-37
  4.3 NURBS曲线插补算法分析  37-42
    4.3.1 已有算法分析  37-38
    4.3.2 插补点的优化  38-39
    4.3.3 误差分析  39-40
    4.3.4 速度与加速度控制  40-41
    4.3.5 插补流程  41-42
  4.4 算法仿真验证  42-45
  4.5 本章小结  45-47
第五章 NURBS插补功能的实现  47-73
  5.1 运动控制编程部分  48-54
    5.1.1 PLC在系统中的作用  48-50
    5.1.2 RSLogix 5000的编程  50-54
  5.2 软件通信  54-60
    5.2.1 OPC技术  56-58
    5.2.2 ActiveX技术  58-59
    5.2.3 软件通信的实现  59-60
  5.3 与CAD系统的数据交换  60-63
    5.3.1 DXF文件格式  61-62
    5.3.2 AutoLISP中的ActiveX实现  62-63
    5.3.3 RSView 32与Excel的通信  63
  5.4 RSView32组态与监控  63-66
    5.4.1 监控系统通讯的配置  63
    5.4.2 监控系统中标记数据库的建立  63-64
    5.4.3 监控系统程序界面设计  64-65
    5.4.4 三维趋势监控功能开发  65-66
  5.5 NURBS曲线插补的实现效果  66-71
  5.6 本章小结  71-73
第六章总结与展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
攻读硕士期间发表的论文  81

NURBS插补算法的研究与开放式数控系统开发

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