[01312069]离散五轴加工刀位的NURBS连续表达机制研究

本课题来源于2011年由国家自然科学基金委批准立项的国家自然科学基金项目,编号：51110105001。近年来,越来越多的国外高档计算机数控（CNC）系统已具备了样条曲线直接输出的功能,这些系统能直接接收加工轨迹样条曲线,能有效避免传统数控“以直线逼近曲线”加工方式的诸多不足之处,能大大提高五轴数控机床轮廓控制精度。然而,国外CNC系统厂商采取了严格的对华禁运措施,限制我国用以提高产品的加工精度。因此,国内研究机构开展五轴数控系统的研究时,实现五轴样条插补应该是必须要解决的关键核心技术之一。其次,即便控制器实现了五轴样条插补功能,但该功能在工业生产中得以广泛应用的最大障碍则是目前为止还没有任何商业CAM软件支持输出它的数控加工代码。因此,还应考虑数控系统具备样条曲线直接插补输出功能后,该功能能否得到更多的实际应用。需要返回来研究在CAM系统中如何实现将离散的五轴加工刀位样条化。 本课题成果主要基于现行CAM系统生成的离散的五轴加工刀位,研究一种以NURBS表示方法精确描述离散五轴加工刀位的方法,在此基础上提出NURBS样条插补代码的格式,最终生成其数控加工代码,并研究五轴NURBS插补方法的实现原理与过程。主要开展：在保证计算精度的情况下,研究如何以NURBS样条精确表述五轴加工刀位的刀尖点序列,同时研究刀轴方位矢量的NURBS样条表达方法;研究基于五轴加工刀位信息的样条插补的指令格式并研究五轴NURBS样条的插补原理、刀具长度补偿方法以及加减速处理方法;研究项目中涉及的数值计算方法及计算机编程实现技术,尽可能减少插补程序的迭代次数和运算时间,提高方法的实时性。 该研究成果可为我国国内五轴数控系统的插补器设计带来新思路和理论基础,特别是在五轴联动高阶样条表示等方向有重要的现实意义,对提高五轴数控加工的精度及其在数控系统中的表示精度和执行效率的提升都具有重要科学意义。