《數控軸插補的理論與實現》是依託華中科技大學，由徐海銀擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：數控軸插補的理論與實現
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐海銀
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本申請項目基於對目前數控加工的理論和方法以及數控系統體系結構的分析，指出要著力解決目前數控加工的三個關鍵環節包括規劃、插補、控制之間相互分離及難以協調的問題，特別是插補技術與伺服控制相互分離的困難，探索新型高效的數控插補理論，提出數控軸插補的概念，研究曲線逆向運動學的方法與算法，進而提出基於工具機運動學和動力學約束的數控插補的理論和方法,研究軸插補的理論和方法，並提出基於軸插補的運動輪廓誤差補償與控制的理論與方法，從而建立數控軸插補的理論體系，進一步開發出基於軸插補的高性能數控仿真系統。
結題摘要
投影問題是數控加工路徑規劃研究中的主要問題,具有廣泛的套用。研究了參數曲線到隱式曲面的正交投影和參數曲線到參數曲面的正交投影研究以及單位球面上的蒙皮設計.提出了參數曲線到隱式曲面的正交投影問題的二階疊代算法。推導出正交投影曲線坐標點與空間參數曲線的參數之間的一階和二階導數公式,建立了基於泰勒逼近的正交投影曲線追蹤方法,給出了兩種不同的步長控制方式，並給出了相應的一階誤差校正方法。仿真結果表明了該算法具有良好的穩定性、精確性和效率。針對參數曲線到參數曲面的正交投影問題，提出了二階疊代算法。分析了正交投影曲線的一階和二階微分幾何特性，提出了基於二階泰勒公式的追蹤方法及誤差校正方法。給出了算法仿真實例,二階算法在效率與精確性兩方面，均有明顯優勢。提出了一種構造單位球面圓環序列的蒙皮算法。通過引進球極投影，將滿足單位球面上圓環序列允許結構定義的圓環序列的蒙皮問題轉化為二維平面上的允許結構的圓環序列的蒙皮問題．提出了基於有向圓弧的平面圓環序列允許結構的蒙皮構造方法。通過實例驗證所提出的單位球面和平面上圓環序列的蒙皮算法的有效性。 提出了軸插補的一般原理.重點研究了關節動畫的曲線逆向運動學算法.針對末端效應器沿指定曲線運動時的逆向運動學求解提出了一種二階數值方法，用末端效應器運動曲線的參數對關節角度運動曲線進行參數化，建立兩條曲線之間的直接聯繫。利用關節角度向量的二階泰勒展開遞推求解末端效應器沿曲線運動時關節角度向量的變化。與傳統的一階類牛頓方法相比，曲線逆向運動學算法具有精度高，步長可控的優點。曲線逆向運動學算法對於IK控制中存在的奇異位形和冗餘自由度同樣有效。 提出七個自由度的五軸數控工具機的加工模型及各種插補方法。分析工具機子運動鏈和刀具子運動鏈，並將兩者合在一起構成工具機-刀具子運動鏈。在刀具子運動鏈中，利用了兩個附加的自由度表示刀具外形的運動學意義。利用一階泰勒展開逼近的數值方法求解到達下一點處工具機的進給命令。由於刀具接觸點矢量的維度小於工具機-刀具運動鏈的自由度數量，利用代價函式將逆向運動學問題轉化為一個最小模問題求解。同時分析了數控加工中的兩種約束即硬約束和軟約束，進一步提出了工具機-刀具運動鏈的插補方法。該運動鏈模型可以用於刀具磨損控制，通過設定一個硬約束可以控制刀具表面的磨損區域和磨損程度。還可以再進一步設定軟約束來對刀具姿態進行控制。
