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正切运动控制算法研究及其在数控服装裁剪机中的应用

作　者: 徐新平
导　师: 李文斌
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 正切运动控制插补算法数控服装裁剪机变步长试探修正算法模拟
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着服装、纺织等轻工业的迅速发展,数控服装裁剪机、数控提花机等数控设备作为该领域CAD/CAM系统和自动化生产线的核心设备,也成为了进一步研究和开发的重要内容。插补功能是数控设备的控制系统中最重要的功能,插补算法的精度和稳定性将直接影响到CNC系统的性能指标。本课题针对数控服装裁剪机及数控提花机等设备的运动特点,提出正切运动控制的概念,并对不同类型曲线的正切运动控制算法进行了研究,通过对衣片的裁剪运动进行模拟,验正了对于平面各曲线该种算法的有效性,满足了此类设备的运动要求。本文首先对数控服装裁剪机的机械结构、控制系统的软件、硬件结构以及数控服装裁剪机的裁剪过程和运动特点进行了介绍,提出了正切运动控制的概念。本文以时间分割插补算法为理论基础,根据正切运动的要求,由此研究了直线和圆弧的正切运动控制算法。在改进传统算法的基础上,加入C轴的同时控制,实现了四象限统一编程和自动过象限,使插补算法更加简单。将算法编程并实现对具体直线和圆弧的插补计算,并对插补结果进行分析,结果表明:该算法能够有效实现正切运动要求并且插补误差满足加工要求。根据加工对象轮廓曲线的特点,本文还对参数曲线和样条曲线的正切运动控制算法进行研究。在详细分析和比较了各种曲线插补算法之后,对试探修正法进行改进和优化,并加入了步长修正和C轴的同时控制,探索研究了一种通用的变步长试探修正正切插补算法。并将此插补算法应用在一般参数曲线、三次参数样条曲线、Bezier样条曲线和B样条曲线的正切运动控制中。在Bezier样条和B样条曲线的正切运动控制计算中,采用了德卡斯特里奥算法和B样条的递推定义,通过简单的运算得到曲线上的点,避免了在插补之前根据型值点或控制点坐标计算样条曲线参数方程过程中复杂的运算,使插补运算更为简便。将算法编程并实现对具体参数及样条曲线的插补计算,并对插补结果进行分析,结果表明:该算法能够根据曲线曲率控制曲线的插补步长,在曲线上不同曲率段产生疏密不同的插补点,保证了曲线形状;实现了正切运动的要求;并且插补误差满足加工要求。最后本文对衣片裁剪运动进行了模拟。以Pro/E软件构造数控服装裁剪机的运动模型,通过编程实现了正切运动控制算法对衣片轮廓曲线的插补运算,利用插补所得数据控制服装裁剪机模型的运动轨迹,完成了衣片裁剪运动模拟,从而为进一步的工程应用奠定了基础。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-20
  1.1 数控技术的发展历程  12-13
  1.2 数控技术的发展趋势  13-15
  1.3 现代CNC装置  15-16
  1.4 数控插补技术的概况  16-18
  1.5 本文研究的目的和意义  18-19
  1.6 本文研究的主要内容  19-20
第二章数控服装裁剪机的运动原理分析  20-26
  2.1 服装CAD/CAM  20-21
  2.2 数控服装裁剪机的机械结构  21-22
    2.2.1 数控裁剪机总体结构  21
    2.2.2 裁剪头结构  21-22
  2.3 数控裁剪机的控制系统  22-24
    2.3.1 控制系统硬件结构  22-23
    2.3.2 控制系统软件结构  23-24
  2.4 数控服装裁剪机的正切运动  24-25
    2.4.1 数控服装裁剪机的工作过程  24-25
    2.4.2 数控服装裁剪机的正切运动  25
  2.5 本章小结  25-26
第三章基本曲线的正切运动控制算法  26-43
  3.1 正切运动控制算法概述  26-27
    3.1.1 正切运动控制算法基础  26
    3.1.2 正切运动控制算法说明  26-27
  3.2 直线正切运动控制算法  27-34
    3.2.1 C轴起始角度的计算  27-29
    3.2.2 插补点的计算  29-30
    3.2.3 终点判别的方法  30-31
    3.2.4 直线正切运动控制算法的程序流程图  31
    3.2.5 应用实例及结果分析  31-34
  3.3 圆弧正切运动控制算法  34-42
    3.3.1 C轴起始角度的计算  34-36
    3.3.2 插补点的计算  36-38
    3.3.3 终点判别的方法  38-39
    3.3.4 圆弧正切运动控制算法的程序流程图  39-40
    3.3.5 应用实例及结果分析  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章基于参数曲线及样条曲线的正切运动控制算法实现  43-86
  4.1 曲线插补算法的比较和分析  43-46
    4.1.1 传统曲线插补算法的缺陷  43
    4.1.2 目前复杂曲线插补算法的比较和分析  43-46
  4.2 变步长试探修正正切插补算法原理  46-56
    4.2.1 曲线起点坐标值及C轴起始角度计算  46
    4.2.2 插补点计算及终点判别  46-53
    4.2.3 变步长试探修正正切插补算法流程图  53-54
    4.2.4 变步长试探修正正切算法与试探修正法的比较  54-56
  4.3 变步长试探修正正切算法在参数和样条曲线插补中的应用  56-68
    4.3.1 一般参数曲线  56-57
    4.3.2 三次参数样条曲线  57-61
    4.3.3 Bezier样条曲线  61-65
    4.3.4 B样条曲线  65-68
  4.4 应用实例及结果分析  68-85
    4.4.1 一般参数曲线插补实例  68-73
    4.4.2 三次参数样条曲线插补实例  73-77
    4.4.3 Bezier样条曲线插补实例  77-81
    4.4.4 B样条曲线插补实例  81-84
    4.4.5 结果分析  84-85
  4.5 本章小结  85-86
第五章基于正切运动控制的衣片裁剪运动模拟  86-98
  5.1 造型软件概述  86-88
    5.1.1 Pro/E的产生  86
    5.1.2 Pro/E的功能  86-87
    5.1.3 Pro/E的特点  87-88
  5.2 创建数控服装裁剪机模型  88-91
  5.3 衣片裁剪运动模拟  91-97
    5.3.1 衣片轮廓曲线  91-93
    5.3.2 衣片轮廓曲线的插补计算  93-94
    5.3.3 模拟结果  94-97
  5.4 本章小结  97-98
第六章结论与展望  98-100
  6.1 结论  98-99
  6.2 工作展望  99-100
参考文献  100-104
致谢  104-105
攻读学位期间发表的学术论文  105

正切运动控制算法研究及其在数控服装裁剪机中的应用

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