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改进的等残余高度加工自由曲面刀具路径生成算法

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南京航空航天大学学报 2012年第2期44卷 240-245页

作者：赵世田赵东标付莹莹陆永华刘凯南京航空航天大学机电学院南京210016 盐城工学院机械工程学院盐城224051 德州学院机电工程系德州253023

提出了改进的等残余高度算法用于加工自由曲面刀具路径生成。算法在生成相邻刀具路径轨迹时分两步,首先根据当前刀具路径轨迹,采用了Newton-Raphson迭代法精确求取刀具运动包络体上的点到自由曲面的距离,结合给出的Newton迭代法的迭代... 详细信息

提出了改进的等残余高度算法用于加工自由曲面刀具路径生成。算法在生成相邻刀具路径轨迹时分两步,首先根据当前刀具路径轨迹,采用了Newton-Raphson迭代法精确求取刀具运动包络体上的点到自由曲面的距离,结合给出的Newton迭代法的迭代角度初值计算方法,精确求取满足要求的等残余高度点构成等残余高度线;然后根据求取的等残余高度线精确求取相邻刀具路径轨迹,求取过程类似。验证实例表明,该方法可极大地减少刀具路径轨迹长度,均匀曲面加工残余高度,提高曲面加工质量。

关键词：自由曲面改进的等残余高度算法刀具路径生成

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基于高密度激光扫描点的刀具路径生成

华中理工大学学报 1998年第A1期26卷 15-17页

作者：张利波周济华中理工大学CAD中心

在分析了各种刀具偏置虚空间和实空间概念及求解算法的基础上，提出了一种由高密度激光扫描点直接生成ＮＣ加工刀具路径的算法．该算法先求出激光扫描点集中每一点对应的偏置虚空间，再算出每一点对应的虚空间中Ｚ值最大的点即实偏置点... 详细信息

在分析了各种刀具偏置虚空间和实空间概念及求解算法的基础上，提出了一种由高密度激光扫描点直接生成ＮＣ加工刀具路径的算法．该算法先求出激光扫描点集中每一点对应的偏置虚空间，再算出每一点对应的虚空间中Ｚ值最大的点即实偏置点，最后将所有实偏置点按一定方式输出，即可生成数控加工刀位轨迹．该算法适合于任何类型的刀具．

关键词：激光扫描数控加工刀位轨迹刀具路径生成

基于参数线法的填充曲线刀具路径生成方法研究

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机械设计与制造 2010年第12期 230-232页

作者：淡卜绸赵亚宁鲁开讲 Bo-chou Ya-ning Kai-jiang 宝鸡文理学院机电工程系宝鸡721007

参数线法刀具路径生成是曲面加工常用的方法,为了缩短走刀路径,将空间填充曲线生成思想融入路径生成过程中,提出基于参数线法的填充曲线刀具路径生成方法。在参数线网格上以最短哈密顿路径算法为指导来生成填充曲线,达到优化参数线刀具... 详细信息

参数线法刀具路径生成是曲面加工常用的方法,为了缩短走刀路径,将空间填充曲线生成思想融入路径生成过程中,提出基于参数线法的填充曲线刀具路径生成方法。在参数线网格上以最短哈密顿路径算法为指导来生成填充曲线,达到优化参数线刀具路径的目的。通过实例验证了方法的可行性。

关键词：参数线法填充曲线刀具路径生成方法研究 based tool path 走刀路径优化参数实例验证生成过程生成方法曲线生成曲面加工路径算法哈密顿网格思想空间

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基于图象的刀具路径生成技术

制造业自动化 2001年第11期23卷 49-51页

作者：林金明谢明红朱国力段正澄华侨大学机电工程系福建泉州362011 华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

在许多广告、艺术品、模具等雕刻零件编程中,往往是通过扫描图象来获得零件的尺寸,这就需要一种能够基于图象的刀具路径生成技术。本文主要介绍了图象的轮廓跟踪算法、轮廓点过滤拟合处理算法以及各种基于图象轮廓线的二维、三维雕刻加... 详细信息

在许多广告、艺术品、模具等雕刻零件编程中,往往是通过扫描图象来获得零件的尺寸,这就需要一种能够基于图象的刀具路径生成技术。本文主要介绍了图象的轮廓跟踪算法、轮廓点过滤拟合处理算法以及各种基于图象轮廓线的二维、三维雕刻加工技术。该技术已应用于自己开发的雕刻软件中,并在自己开发的数控雕刻机上加工试验,获得了较好的样品。

关键词：图象矢量刀具轨迹轮廓数控雕刻机刀具路径生成

基于STEP-NC的在线工艺规划及刀具路径生成

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机电产品开发与创新 2011年第5期24卷 168-170页

作者：李刚年王军舒启林沈阳理工大学机械工程学院辽宁沈阳110168

为了使AP238文件能直接应用于基于PMAC的开放式数控系统中,在进一步研究分析AP238文件信息结构和STEP-NC解释器的基础上,提出了在线工艺规划方法及刀具路径生成方法。首先概述了AP238文件的信息模型和STEP-NC解释器的信息提取原理,在比... 详细信息

为了使AP238文件能直接应用于基于PMAC的开放式数控系统中,在进一步研究分析AP238文件信息结构和STEP-NC解释器的基础上,提出了在线工艺规划方法及刀具路径生成方法。首先概述了AP238文件的信息模型和STEP-NC解释器的信息提取原理,在比较离线工艺规划和在线工艺规划的基础上,选定了在线工艺规划的内容,然后通过人工神经网络算法,建立了在线铣削参数优选网络模型,并对此模型进行了学习训练及应用,最后据此结果生成了刀具路径及APT数控加工文件,并以VeriCut 7.0为平台,对一台阶面进行了仿真验证,为实现机床加工奠定了基础。

关键词： AP238文件在线工艺规划人工神经网络刀具路径生成 APT数控文件

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基于制造特征的刀具路径规划、仿真与实现

基于制造特征的刀具路径规划、仿真与实现

作者：李刚年沈阳理工大学

学位级别：硕士

随着STEP及STEP-NC标准的逐步完善，数控技术得到迅速发展，成为当今国内外研究热点之一，欧美发达工业国已在此领域投入大量资源并取得一定的成果，我国起步较晚，虽然从上世纪70年代就开始研究并获得一定的成果，但与国际先进数控技... 详细信息

随着STEP及STEP-NC标准的逐步完善，数控技术得到迅速发展，成为当今国内外研究热点之一，欧美发达工业国已在此领域投入大量资源并取得一定的成果，我国起步较晚，虽然从上世纪70年代就开始研究并获得一定的成果，但与国际先进数控技术仍有很大差距。本文通过对国内外数控技术现状的探讨与分析，阐述了研究STEP-NC的重要意义，提出了制造特征的刀具路径规划方法，并对此方法生成的刀具路径进行了仿真与加工验证，为STEP-NC的大规模应用提供了一定的借鉴意义。在分析STEP及STEP-NC标准的基础上，利用STEP-NC解释器对AP238文件进行了信息提取和处理，并借助人工神经网络算法构建网络模型，使用改进的BP网络算法训练学习此网络模型后实现最优铣削参数的选取，为下一步的刀具路径自动生成奠定了基础。根据ISO14649-10标准对制造特征的定义，选择简单制造特征作为刀具路径自动生成的对象，采用等距离步长法计算走刀步长等残留高度法得到行距，依据制造特征加工模式的不同，得到最优刀具路径，并以传统数控代码和PMAC运动程序两种形式输出，其中传统数控代码是为验证路径的正确性，而PMAC运动程序则是为实现路径的机床加工。刀具路径的正确性是在数控仿真软件VERICUT7.0中验证的，机床加工则用到了开放式数控系统实验平台。在采用PMAC运动控制卡搭建此开放式数控系统实验平台时，以IPC为上位机，PMAC为下位机，设计了基于PMAC的开发式数控系统，并与VMC1600HD数控机床相配套，以实现简单制造特征的加工验证，证明STEP-NC数控程序的正确性、可用性。

关键词： STEP-NC 制造特征在线工艺规划刀具路径生成仿真实现

非直纹曲面五轴数控加工避奇异路径生成方法研究

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非直纹曲面五轴数控加工避奇异路径生成方法研究

作者：周超哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

以船用螺旋桨、发动机叶片为代表的非直纹曲面零件在航空、航海、国防等领域高端装备中至关重要。为了适应高温、高压、高速旋转等极端工况,对此类零件加工质量要求严苛。然而,鉴于此类零件结构特征复杂,局部曲率变化频繁,在五轴联动数... 详细信息

以船用螺旋桨、发动机叶片为代表的非直纹曲面零件在航空、航海、国防等领域高端装备中至关重要。为了适应高温、高压、高速旋转等极端工况,对此类零件加工质量要求严苛。然而,鉴于此类零件结构特征复杂,局部曲率变化频繁,在五轴联动数控加工过程中刀轴矢量易发生频繁动态变化,从而导致加工路径极易穿过五轴机床的运动学奇异点。由于奇异点附近雅可比矩阵的“病态”特点,不仅导致五轴机床关节位置对任务空间坐标变化极其敏感、放大加工误差,而且致使运动与动力学性能显著退化,从而诱发进给轴速度急变、影响加工质量。对此,本文以非直纹曲面五轴数控加工避奇异路径生成方法为目标展开研究,主要内容如下:(1)给出一种参数域多轮廓同伦刀触点路径规划方法,实现在残余高度差和弓高误差约束下改善尖角过渡的非直纹曲面刀触点路径生成。首先,对泰勒展开法生成刀触点过程中出现的弓高误差超限问题通过二分法进行改善。进一步,针对环切法生成的刀触点路径中存在大量尖角问题,给出一种参数域多轮廓同伦的路径生成方法,在参数域定义初始轮廓、中间轮廓、边界轮廓,构建三轮廓同伦泛函,在残余高度和弓高误差多重约束下通过同伦映射生成刀触点路径,以改善常规环形路径中的尖角过渡,从而提高实际加工过程中各轴运动平稳性,提高加工效率和质量。(2)给出一种基于姿角平面干涉边界求解的刀轴方向可行域计算方法,用于避干涉刀轴矢量路径的快速生成。针对球头刀五轴数控加工过程中的全局干涉问题,与采用缩减待检测区域范围和二分法迭代计算确定可行域边界姿角的措施不同,本文通过将曲面采样点置于刀具模型表面计算得到极限刀轴方向对应的旋转角和倾斜角,进而在姿角平面构建干涉边界,获得刀轴方向可行域,实现无干涉的非直纹曲面刀轴矢量路径快速生成,与常规方法相比,具有更高的计算效率。(3)提出一种自适应阻尼矩阵最小二乘奇异规避算法,实现从工件坐标系刀位向关节空间刀位变换过程中在刀轴矢量偏差约束下的避奇异路径直接生成。为应对刀具路径经过奇异点附近导致的“奇异现象”,提出了一种自适应阻尼矩阵最小二乘奇异规避算法,在考虑刀轴矢量偏差限制和条件数阈值限制、奇异和非奇异区域之间的过渡平稳性的基础上,合理确定阻尼矩阵自适应取值规则,将其引入到工件坐标系刀位向机床关节空间运动轴路径转换过程中的伪逆雅可比矩阵中,在保持刀触点位置不变条件下实现规避奇异现象的机床关节路径生成。测试结果表明,提出的方法与常规CAD阶段的避奇异路径生成方法相比,在刀轴矢量偏差和计算效率上均具有一定优势。(4)集成上述方法,搭建非直纹曲面避奇异路径生成软件。软件分为曲面输入、刀触点路径生成、刀轴矢量生成、避奇异路径生成四个模块,实现根据NURBS形式曲面输入导出加工该曲面的避奇异路径,为实际加工过程提供指导。

关键词：非直纹曲面零件五轴数控加工刀具路径生成奇异规避

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主动控制加工误差慢刀伺服车削轨迹生成方法

吉林大学学报（工学版） 2019年第4期49卷 1221-1227页

作者：蔡洪彬史国权长春理工大学机电工程学院

考虑到光学自由曲面慢速刀具伺服车削缺乏切削轨迹点选取位置和数量的依据,提出了主动控制加工误差的刀具路径生成方法。进行了刀触点、刀位点轨迹分析和慢刀伺服车削正弦波面试验,结果表明,本文方法可以预测加工表面精度并可以显著降... 详细信息

考虑到光学自由曲面慢速刀具伺服车削缺乏切削轨迹点选取位置和数量的依据,提出了主动控制加工误差的刀具路径生成方法。进行了刀触点、刀位点轨迹分析和慢刀伺服车削正弦波面试验,结果表明,本文方法可以预测加工表面精度并可以显著降低切削点数量。

关键词：机床超精密车削慢刀伺服光学自由曲面刀具路径生成

刀具路径G^2连续实时光顺与高精度轮廓控制研究

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机械工程学报 2015年第4期51卷 57-57页

作者：赵欢丁汉上海交通大学

数控产业是支撑航空、航天、船舶及车辆等领域的支柱性产业，它直接反映了国家装备制造业的技术水平，具有重要的战略意义。为实现高进给速度、高轮廓精度数控加工，需要针对如下环节开展研究：光顺平滑的加工刀具路径生成；符合机床加... 详细信息

数控产业是支撑航空、航天、船舶及车辆等领域的支柱性产业，它直接反映了国家装备制造业的技术水平，具有重要的战略意义。为实现高进给速度、高轮廓精度数控加工，需要针对如下环节开展研究：光顺平滑的加工刀具路径生成；符合机床加工综合约束的平滑加减速规划；满足指令生成精度以及实时性要求的插补算法；满足轮廓跟踪性能的运动控制算法。当前，针对以上研究领域尚存在如下问题：商业 CAD/CAM 软件通常只能生成小线段格式的刀具路径，在线段衔接点处切向与法向的不连续性会导致速度和加速度波动，影响加工效率、质量乃至机床寿命；速度规划环节，尚未有可行的双向扫描方法用于生成加速度连续的平滑速度规划曲线；参数曲线的插补计算往往引起速度指令波动，但尚未有研究针对其产生原因进行全面分析并提出完整控制算法；目前基于现场可编程门阵列（Field-programmable gate array, FPGA）的硬件插补器尽管可以通过“硬件加速”提高插补实时性，但实质是以资源换时间，成本高且插补精度低；当采用交叉耦合控制方法对插补指令进行轮廓跟踪时，尚且缺少针对空间自由曲线的轮廓误差估计高精度方法及以此为基础的控制器设计方法。

关键词：刀具路径生成轮廓控制高精度实时性光顺现场可编程门阵列运动控制算法 CAD/CAM