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在CAM/CNC系统中,比较常用的方法是以大量的微小直线段/圆弧段去逼近拟合原始曲线,从而获得加工复杂曲线曲面的走刀轨迹,这样做虽然能加工出曲线曲面,但是存在着加工精度低,加工过程不平稳,加工代码量大等缺点。而一些已有的曲线直接插补技术,如NURBS曲线插补,参数曲线插补,在求取插补点对应参数值时,通常采用泰勒展开式,根据加工精度需要,采用一阶泰勒展开式或者二阶泰勒展开式求解曲线参数的增量值。这样做的缺点在于如果对加工工件的插补精度要求比较高时,插补过程的计算量较大,增大了对硬件计算器DSP的计算能力要求。因此如何寻求一个能用较少的计算量要求的插补计算方法从而实现以较小的计算量完成高精度的插补过程成为了当下最热点的研究方向。
本文首先在绪论部分分析了国内外目前已有直线/圆弧插补算法及针对复杂曲线曲面的直接插补算法,针对目前常用的参数曲线,分析了已有的基于泰勒一阶或者二阶展开式的插补点处参数值的计算方法,指出了其中的不足之处,并提出了基于期望进给距离与实际进给距离关系系数的参数曲线插补算法,通过不断的迭代预估参数增量值最后用二分法等到参数增量值,从而计算出插补过程中的插补点坐标值。同时对这种插补计算方法过程中的机床加速度/进给速度控制方法以及插补算法的加工误差做了详细的分析。此外,本文在分析了传统数控控制系统的潜在缺点之后,提出了基于海量存储技术的数控控制系统,即将海量代码读入PC机,通过P机进行插补点的计算并存储到文件中,在DSP请求数据时将插补点数据发送给DSP进行处理。
本文的插补算法采用C语言实现,根据本文提出的参数曲线直接插补算法的原理、算法及实现过程以及本文所提出的插补进给加速度、速度控制方法,在基于TMS320F2812的运动控制器上加以实现,以该运动控制器控制数控铣床的加工,在实际对样条曲线及普通曲面的加工中,验证了算法的正确性及可行性。