曲面数控加工中面向NURBS刀具路径生成的刀位点分段算法.pdfVIP

曲面数控加工中面向NURBS刀具路径生成的刀位点分段算法

一、引言

-研究背景

-目的与意义

-现有研究问题及不足

二、相关技术和理论

-曲面数学和NURBS基础知识

-数控加工技术与加工路径生成方法

-面向NURBS刀具路径的刀位点生成算法

三、面向NURBS刀具路径的刀位点分段算法

-算法流程设计

-刀位点分布规则分析

-刀位点分段实现方法

四、算法实现与验证

-程序设计与调试

-实验测试与结果分析

五、结论及展望

-研究工作总结

-存在问题及改进方向

-前景与意义

参考文献一、引言

随着现代制造技术的不断发展和进步，数控加工技术越来越广

泛地应用于各种工业制造领域。其中，曲面数控加工技术是一

种常见的高精度零件加工方式，具有加工精度高、加工效率高、

加工自动化程度高等特点。因此，曲面数控加工技术在航空、

机械、模具等制造领域广泛应用。

曲面数控加工的基本任务是将CAD三维模型数据转化为数控

加工机床的G代码，控制刀具轨迹实现加工操作。在曲面数

控加工中，生成高效、准确的刀具路径非常重要，可以直接影

响加工质量和效率。因此，如何将CAD三维模型数据转化为

高效的数控加工机床G代码，逐渐成为曲面数控加工技术中

的研究热点。

NURBS（Non-UniformRationalB-Splines）是一种常用的曲面

表达方法，它在现代制造技术中得到了广泛应用。针对

NURBS接口的刀具路径生成是曲面数控加工的一项重要研究

内容。目前，如何在计算机中精确地表示和绘制NURBS刀具

路径已成为数控技术中需研究的关键。

在曲面数控加工中，如何实现高效的刀位点分段成为研究领域

之一。本论文将针对面向NURBS刀具路径生成的刀位点分段

算法进行研究，为曲面数控加工机床提供高精度的G代码生

成方案。

本文将从以下几个方面展开研究：首先，简要介绍曲面数控加

工技术的发展背景、研究现状及存在问题。随后，探讨本研究

所需要用到的相关技术和理论，包括曲面数学和NURBS基础

知识、数控加工技术与加工路径生成方法、面向NURBS刀具

路径的刀位点生成算法等。再者，提出面向NURBS刀具路径

的刀位点分段算法的原理和实现方法。最后，进行算法实验验

证和分析，总结本研究的结论并展望未来的研究方向。二、相

关技术和理论

2.1曲面数学与NURBS基础知识

曲面数学是曲面数控加工的基础，它研究如何表示、计算和处

理曲面。曲面数学包含了多项式曲面、三角形网格、Bezier曲

面、NURBS曲面等多种曲面表示方法。其中，NURBS是一

种最为常用的曲面表示方法。NURBS是非均匀有理B样条曲

面（Non-UniformRationalB-SplinesSurface）的缩写，它是一

种可控制的曲面表示方法，能够精确表示光滑曲线和曲面。

NURBS曲面的基本元素是控制点、节点矢量和次数。控制点

定义了曲线或曲面的几何形状，节点矢量确定了曲线或曲面的

形状和分段信息，次数定义了曲线或曲面合成的平滑程度。

NURBS曲面的精度可通过调整节点矢量和次数实现。

2.2数控加工技术与加工路径生成方法

数控加工是一种以数图形和数控程序为基础的自动化加工技术。

数控加工过程中，需要将CAD模型转换为数控机床的G代码，

由计算机自动控制机床实现零件加工。加工路径生成是数控加

工的核心部分，它决定了加工效率和加工质量。

加工路径生成方法通常包括两种：一种是离线生成，即先用

CAM软件生成G代码，然后将G代码上传到数控机床执行；

另一种是在线生成，即计算机实时生成G代码，并将G代码

传输到数控机床执行。常用的加工路径生成方法包括先行识别

算法、刀位点算法、曲面切削线算法等。

2.3面向NURBS刀具路径的刀位点生成算法

刀位点是刀具在加工过程中的位置坐标数据。在曲面数控加工

中，NURBS曲面上的刀位点计算是一项重要的技术难题。面

向NURBS刀具路径的刀位点生成算法需要实现以下几个步骤：

（1）通过NURBS曲面的基本元素，推导出切线矢量和法向

单位矢量。

（2）根据机床运动学模型，计算得到NURBS曲面上任意一

点的加工坐标值。

（3）利用二分法等数值计算方法，计算切削刃半径R和刀具

合理进给量。

（4）根据计算所得的坐标值、加工坐标值、刀具半径和进给

量等信息，计算出当前位置的刀位点。

2.4面向NURBS刀具路径的刀位点分段算法

刀位点分段算法