开题报告-基于NURBS插补的运动轨迹设计.docx

毕业设计（论文）开题报告题目基于NURBS插补的运动轨迹设计专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 2015 年 3 月 15 日一、选题的依据及意义数控技术，是通过计算机用数字化信息控制生产过程的自动化技术，是数控机床的核心技术，也是机械制造技术改造和技术跟新的必由之路1，更是现代制造技术中最关键的环节2。机床数控系统的核心技术是插补技术3，所谓的插补是确定道具运动轨迹的过程，已知曲线上的某些数据，按照某种算法计算已知点之间的中间点的方法，也称为“数据点的密化，所以插补是指数据密化的过程。插补算法的优劣将直接影响到数控系统的加工精度和速度，自由曲线插补可使整条曲线的加工速度均匀，提高工件表面加工质量，并可提高加工速度4，所提研究自由曲线插补对于数控系统具有重要意义2。NURBS（非均匀有理B样条，Non-Uniform Rational B-Splines）方法是描述自由曲线曲面的标准工具，采用NURBS曲线插补技术，让数控系统对NURBS曲线进行直接插补，不仅可以提高加工速度和精度，曲线整体十分光滑5，并且数值稳定6。因此BURBS曲线插补技术是当前数控系统领域的发展关键技术之一。传统的自由型加工方式的弊端很早就为人们所知，国外已经在改善自由型面加工做了大量的工作，经历了一个有间接插补到直接插补，由硬件改善到软件实现，由单一到全面的过程。而国内众多学者在曲线插补方面都取得了一些的研究成果，尽管这些成果离实现最优的自适应的NURBS插补还有些距离，但这些研究对于更深入更全面的开展这方面的研究都具有很好的借鉴意义7。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：1972，Gordon、Riesenfeld等人发展了1946年Schoenberg提出的样条方法，提出了B样条方法，在保留Bezier方法全部优点的同时，克服了Bezier方法的弱点，B样条方法虽然在表示和设计自由型曲线、曲面时显示了强大的威力，然而在表示与设计这些由二次曲面构成的初等曲面时却遇到了麻烦。因为B样条曲线都不能精确表示出抛物线和抛物面之外的二次曲线与曲面，而只能给出近似的表示。NURBS方法就是在这种情况下提出的。20世纪80年代后期，美国的Piegl和Tiller将有理条B样发展成为非均匀有理B样条（MURBS）方法，NURBS方法提出的首要理由是为了找到与描述自由型曲面曲线的B样条方法相统一且又能精确表示二次曲线弧与二次曲面的数学方法8。现在从制造业的需求和数控系统的发展来看，数控系统最终将具备高质量的NURBS曲线曲面插补功能，从而实现自由型面的自适应高进给高精度加工，包括实现加工余量误差补偿、工艺系统误差补偿等等7。近些年来，很多学者致力于NURBS曲线插补算法的研究，鉴于NURBS的诸多优点，NURBS曲线插补算法也将成为加工自由型曲线曲面的主要方法，在航空、宇航、模具等制造业中具有特别重要的现实意义，具不具备NURBS的插补也是区分中、高档数控系统的特征之一9。三、研究内容及实验方案：本设计主要研究NURBS插补算法、设计上机位控制界面和用X-Y平台来实现用NURBS插补的运动轨迹。一、NURBS插补算法：一个零件的轮廓往往是多种多样的，有直线，有圆弧，也有可能是任意曲线，样条线等.数控机床的刀具往往是不能以曲线的实际轮廓去走刀的，而是近似地以若干条很小的直线去走刀，走刀的方向一般是x和y方向。所以插补方式一般是直线插补和圆弧插补，遇到比较复杂的曲线，很难用到解析方法去描述它们，那就要用到NURBS插补。一条p次NURBS曲线可以表示为一段有理多项式矢函数10。二、设计上位机控制界面：上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC/host computer/master computer/upper computer,屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。所以可以根据上位机控制界面来查看速度及加速度等参数，利用编程可设计出控制界面。三、基于NURBS插补的运动轨迹采用直接驱动X-Y平台来实现，X-Y平台的优点在于:X-Y平台运动控制系统简介：该平台主要由pc机、运动控制系统卡、伺服驱动器、交流伺服电机及增量式编码器组成11。（1），省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了设备体积12。（2），不存在中间转动机构本身固有的惯量和阻力的影响，直线电动机直接传动反应速度快，灵敏度高，随动性好，准确的度高12 。四、目标、主要特色及工作进度目标：（1） 设计上位机控制界面，能实现基本信息的输入，位置信息的实时显示。（2） 轨迹的轮廓误差不大于1mm。主要特色：可用X-Y平台来实施NURBS插补。工作进度：1.查阅相关资料，外文资料翻译（6000字符以上），撰写开题报告。 3.2-3.27 4周2.研究NURBS插补算法 3.30-4.17 3周3.设计上机位控制界面 4.20-5.8 3周4.设计一轨迹及其NURBS算法程序 5.11-6.5 4周5.撰写毕业论文、毕业论文审核、毕业答辩。 6.8-6.26 3周 五、参考文献参考文献1. 赵玉刚. 数控技术M.北京：机械工业出版社，2003.6（2013.8重印）：67.2. 季彦伟. NURBS曲线插补算法的研究与应用J.东北大学, 2010.06.3. 李恩林. 数控系统插补原理通论M.北京：国防工艺出版社，2008.4. 李国龙等. BURBS插补应用研究J.重庆大学, 2000.11.5. 康书杰. NURBS曲线实时插补技术研究J.南京航空航天大学, 2007.6. Les Piegl，Wayne Tiller.非均匀有理B样条（第2版）M.北京：清华大学出版社，2010.12: 86-88.7. 刘可照. 基于机床动力学特性的NURBS曲线直接插补研究J.华中科技大学, 2004.8. 何援军. 计算机图形学M.北京：机械工业出版社，2006.01.226.9. 李伟等. CNC系统中NURBS插补算法的刀补研究与仿真J.东北大学, 2013.04.10. 施法中. 计算机辅助几何设计与非均匀有理