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高速加工路径的空阆曲线插补研究
天津职业技术师范大学-邹宾
天津市劳动经济学校-邹宾
关键词≥高速加工三次参数样条 NURBS曲线插朴
摘要
当今自由曲面在高速加工中,尤其是在高速加工的精加工中,经常使用到空间曲线插补方法。空间曲线的插补方法有很多,如直线插补、
参数样条插补、 NURBS插补等,涉及到很多相关的算法。其中,三次参数样条和 NURBS曲线是广泛应用的插补曲线,这篇论文对空间曲线
插补的几种方法进行了简单介绍,分析了它们的应用特点。特别针对 NURBS插补的应用特点进行研究, NURBS插补不仅保证空间自由曲线
在高速加工中精度的要求,而且还缩短了插补计算的时间
为提高加工速度和加工质量的瓶颈。解决这一
1.3.2加工精度高
高速加工是当今数控技术中崛起的一种新问题的根本途径就是研究开发基于样条的光滑
NURBS插补避免了以直代曲,因而提高了
方法。高速加工带来的高效率、高精度以及对的NC指令生成与处理技术以及基于样条的新型工件加工精度,改善了表面质量。由 NURBS的
硬质材料能满足当前汽车工业、模具行业以及曲线实时插补技术,以适应高速加工的需求,定义式可知: NURBS插补时要进行多项式计算
制造业发展的迫切需求,在现代工业发达国家,这也是CNC系统的主要发展趋勢之一。与传统计算过程比普通插补复杂。要使插补过程能够
高速切削已被作为一种新的加工技术越来越广的直线插补通近方法相比,样条处理方法具有高速进行,必须采用高性能的CPU,以实现1次
泛地得到应用。高速加工的特点是具有极高的以下主要优点由于样条曲线可达到连续光滑,/ms的高速插补。 NURBS插补时,CNC自己计算
切削速度、极快的进给速度、很少的切削用量,能够避免刀具运动方向的突然变化,并能改善生成 NURBS曲线,插补点计算时间非常短,被
可获得极高的精度和光洁度,也能得到很高的刀具的受力情况,使得刀具可以光滑地、“柔插补的各点之间间隔也相应变短,这样就提高
切削效率。要使高速加工达到预期目的,其刀顺地”从一点移到另一点,不会出现任何突然了加工精度。 NCRBS曲线插补控制可以方便地满
具路径、切削参数和加工方法是关键因素。因此,性运动(蠕动),从而可以提高加工表面质量和足曲线高速高精度加工的各项要求,这是传统
这篇论文针对高速加工的插补技术进行研究。
降低刀具磨损速度:在整个NC过程链中可使用的离线编程加工方法所无法比拟的。
1.插补技术的应用
统一的样条函数进行各种处理,使精度损失达
1.3.3缩短加工时间
直线插补
到最小;可避免传送庞大的数据文件(刀位数
NURBS捕补能在机械允许的速度矢量方向变
数控系统一般都具有直线和圆弧插补功能。据和NC程序),数据量约是传统方法的1/10。化的加速度范围内,以最高速度加工,在曲率
数控直线插补的任务就是根据进给速度的要求,
1.3 NURBS插补
一定时, NURBS插补不需减速,当然加工时间自
在直线起点和终点之间计算出若干个中间点的
随着数控高速切削技术的日益发展,当然就缩短了。另外,由于在高速加工时,一般
坐标值。由于每个中间点的计算时间直接影响进行高精度的曲线加工时,由徴段直线或圆弧的CNC系统的NC代码块处理能力往往龈不上代
数控系统的控制速度,而插补中间点的位置精构成的零件程序非常庞大,从而造成加工信息码段高速加工速度,而一段NURS插补刀轨位
度又影响到整个系统的控制精度,所以插补算量大增,另外直线或圆弧也不能真实、完整地移往往包含10~100段线性刀轨的位移,降低
法对整个数控系统的性能指标至关重要。目前反映CAD/CM系统所产生的复杂曲线模型,从了对CNC的NC代码块处理能力的要求,因而往
直线插补中常用的方法有:逐点比较法、数字而造成制造精度偏离设计要求,影响零件的加往能满足高速加工的要求。一般 NURBS插补比
积分法等。逐点比较法是用于实际轮廓是直线工精度、表面光滑性和生产效率。为了能够更线性插补加工时间减少30%以上。
的插补方式,如果不是直线,也可以用逼近的好地解决高速切削的工艺问题,有关 NURBS插
本文介绍了直线插补、参数样条插补
方式把曲线用一段段线段去逼近,从而每一段补技术也成为研究热点之一。由于NRBS插补 NURBS插补的应用特点。其中NURS插补能提供
线段就完成了直线插补。数字积分法是脉冲增使近几年才发展起来的,目前只有 FANUC、平滑稳定的高速、高精度的加工,是未来高速
量插补的一种,它是用数字积分的方法计算刀 Siemens、三菱等的部分数控系统支持NRBS插加工计算的发展趋势,同时也需要机床各部件
具沿各坐标轴的移动量,从而使刀具沿着设定补,而绝大多数数控系统只支持直线、圆弧或性能的提高,高速的主轴系统、快速的进给系统、
的曲线运动。
抛物线插补。所以研究MRBS曲线插补方法是高性能CNC控制系统等是实现NURS插补高速
1.2样条插补
当前十分重要的一个问题。
加工的必要条件。
在汽车、航空航天制造以及工模具制造等
NURBS曲线插补应用特点:
参考文献:
领域,存在着大量的具有自由曲面的零件。实
1.3.1减少程序指令条
[1]方沂,数控编程机床与操作.北京:
际生产中,自由曲面零件的数控加工一般都采
NURBS插补以G06.2表示插补开始,其中国防工业出版社.1999,
用CAM软件进行C编程。由于受CNC系统插G06.2表示 NURBS插补;P表示 NURBS次数;K
[2】王雅,叶友东.高速加工 NURRS曲线
补(直线、圆弧插补,在三坐标以上加工时仅为节点;x,y,z表示控制点的坐标;R表示权因插补技术分析与应用.安徽理工大学学报,2004,
采用空间直线插补)能力的限制,CAM软件的子;F表示进给率。CWC读入G06.2后面的3种9:74-76
工作过程是首先对自由曲面进行刀具路径规划,参数值,然后进行插补计算。这样,只需给出
[3】Dr.-Ing.H.高速加工发展概况[J].
然后通过大量的微小直线段逼近刀具轨迹曲线,定义 NURBS曲线的3种参数值就能实现RBS机械制造与自动化,2002,1.
生成刀位数据和NC程序。显然,在自由曲面加工,插补。和直线插补相比, NURBS插补的程序量要
[4]朱心雄等,自由曲线曲面造型技术[M
尤其在高速加工时,传统的直线插补方法己成小1/2~1/3的程度
.北京:科学出版社,2000