多约束综合控制的nurbs曲线插补算法及其刀补研究与实现

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1、学校代码10530学号201007041446分类号TH391密级硕士学位论文多约束综合控制的NURBS曲线插补算法及其刀补研究与实现学位申请人李业鹏指导教师胡自化教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向数字化设计与制造二○一五年六月五日ResearchandImplementofMulti-constraintsIntegratedControlNURBSInterpolationAlgorithmandCutterCompensationCandidateLiYepengSupervisorProf.HuZihuaCollege

2、SchoolofMechanicalEngineeringProgramMechanicalEngineeringSpecializationDigitalDesignandManufacturingDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune5th,2015湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加ｙｘ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或。集体己经发表或撰写的成果作

3、品对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中ｙｘ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名；日期：巧皆年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：秦么魄日期：年若月＾日导师签名；曰期；的（月

4、名曰湘潭大学硕士学位论文摘要摘要随着现代制造业的快速发展，NURBS方法作为国际标准化组织（ISO）确定的对工业产品几何定义的唯一数学方法，凭借其在复杂几何造型方面的诸多优势，越来越广泛应用于CAD/CAM及计算机图形学等领域。NURBS插补功能成为衡量高档数控系统的一项重要指标。为了满足高速高精的现代加工要求，NURBS曲线插补算法及其品质已成为数控系统研究开发的核心内容之一。目前，围绕如何实现加工精度和加工效率的协调优化控制是NURBS插补算法研究的大趋势。插补算法的品质主要取决于插补精度与进给速度的合理匹配。为了满足曲率不断发生变

5、化的曲线插补精度要求，需要采用自适应调节进给速度，然而采用变进给速度则不可避免会产生加减速运动。因此，就需要对变进给速度进行有效的加减速协调控制，以避免导致较大的加速度和加加速度，影响插补运动的平稳性。另外，目前CAD/CAM软件虽支持输出NURBS格式的曲线形式，但考虑刀具半径补偿的NURBS曲线插补数控系统尚处于研究和发展阶段。为此，本文综合利用微分几何原理、S型加减速控制方法、回溯和反向插补策略、开放式数控等理论及技术手段，以及VC++6.0、MATLAB等软件，对NURBS曲线插补算法提出进一步优化方案并探究其在实际加工中的刀具半径

6、补偿功能。具体研究工作如下：（1）建立一种多约束综合控制的NURBS曲线插补算法。该算法在分析和总结现有NURBS曲线插补算法的基础上，综合考虑曲线几何特征、机床运动学和动力学性能等对插补的影响，并明确了各约束条件与进给速度的匹配方法。（2）建立基于S型加减速控制的运动模型。利用S型加减速控制方法，将回溯和反向插补策略应用到NURBS曲线插补算法中，实现对NURBS曲线插补加减速过程的合理控制，提高插补精度和机床运动的平稳性。（3）探究NURBS曲线插补中的二维刀具半径补偿功能实现。根据NURBS的数学特性，结合现有的刀具半径补偿原理，研究

7、NURBS曲线刀具半径补偿过程，并通过仿真软件实现刀具半径补偿功能，进一步提高NURBS曲线插补的编程柔性和加工实用性。（4）仿真分析与实验验证。依托固高开放式机电实验平台，构建基于“PC+运动控制卡”开放式数控仿真实验系统。采用VC++6.0软件编程开发NURBS曲线插补器，完成插补运动仿真及实验，并通过MATLAB对比分析实验结果，验证算法的有效性。综上，本文的研究为NURBS曲线提供了一种高效高精的插补优化算法并探究了其二维刀具半径补偿功能，对提升数控系统品质具有工程和理论参考价值。关键词：NURBS；插补算法；S型加减速控制；刀具半

8、径补偿；开放式数控系统I湘潭大学硕士学位论文AbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofmodernmanufacturing,Non-Un