面向Nurbs刀具轨迹的复杂曲面数控加工关键技术研究

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1、分类号：TG659单位代码：10183研究生学号：2015411012密级：公开面向NURBS刀具吉林大学轨迹的博士学位论文复杂曲面数控加工关梁福生键技术研究梁福生吉林大学2018年6月———————————————————————————————面向Nurbs刀具轨迹的复杂曲面数控加工关键技术研究———————————————————————————————TheKeyTechnologyResearchintheCNCMachiningofComplexSurfacewithNurbsToolPath—————————————————————————————

2、——作者姓名：梁福生专业名称：机械制造及其自动化研究方向：智能精密制造指导教师：赵继教授学位类别：工学博士培养单位：机械科学与工程学院论文答辩日期：2018年06月04日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席杨兆军教授/博导吉林大学委员吴一辉研究员/博导中国科学院长春光学精密机械与物理研究所曹国华教授/博导长春理工大学张雷教授/博导吉林大学呼咏教授/博导吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但

3、纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志

4、社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：机械制造及其自动化论文题目：面向Nurbs刀具轨迹的复杂曲面数控加工关键技术研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市吉林大学南岭校区人民大街5988号（邮编：130022）作者联系电话：摘要摘要Nurbs刀具轨迹应用于复杂曲面的数控加工可以大幅提高产品的加工精度和效率，能够实现Nurbs插补已经成为衡量数控机床加工

5、能力的主要指标，目前只有极少数国外的数控机床厂商掌握着Nurbs刀具轨迹的核心插补技术，且其插补算法都是对外严格保密的。因此，深入分析并研究Nurbs插补的关键问题对于缩小我国与发达国家的装备制造水平起着至关重要的作用。本文针对Nurbs插补所面临的离散刀具轨迹拟合、进给速度规划及高精度实时插补算法等难点问题进行了系统的研究，解决了Nurbs刀具轨迹拟合的精度控制和节点向量确定、进给速度规划的高阶约束限制以及插补进给速度波动的控制问题，主要研究内容及方法概括如下：提出一种基于节点优化配置的高精度Nurbs刀具轨迹拟合方法，实现了离散微段刀具轨迹精确重构并有效减少

6、节点向量的数量。通过对Nurbs曲线的有理分式表示进行分析，给出Nurbs曲线的快速求值及求导计算方法。为了实现光顺连续的加工，本文对CAM生成的离散刀位点使用Nurbs方法进行拟合。考虑到节点分布对Nurbs曲线拟合精度的影响，构造了一种基于离散点几何特征的节点向量分布确定方法，在相同拟合精度的条件下可以有效减少节点数量。通过节点插入方法，Nurbs曲线的拟合精度可以实现精确控制。仿真和实验对Nurbs曲线拟合方法的有效性进行了验证。针对Nurbs刀具轨迹插补，提出了一种基于B样条速度曲线的启发式迭代进给速度优化算法。进给速度由与Nurbs刀具轨迹参数定义域完

7、全相同的B样条曲线来表示，进给速度约束被统一表示为B样条速度曲线与Nurbs刀具轨迹对参数的微分的形式。B样条速度曲线的节点向量根据进给速度约束的系数特征点来确定，节点数量通过尝试法确定。给定初始速度为零的速度曲线，在满足进给速度约束的条件下，使用二分法依次对B样条速度曲线的控制点进行迭代调整，根据调整后的控制点和节点向量获得接近全局时间最优的进给速度曲线。仿真和实验验证了迭代进给速度规划方法的有效性。对基于B样条速度曲线的进给速度规划所普遍遇到的节点向量确定复杂、计算效率过低的问题，提出一种基于节点插入的节点向量确定方法，并通过分段并行优化法提高算法的计算效率

8、。在对B样条曲线的节点插