基于双NURBS曲线的叶轮叶片工业机器人GMAW增材制造

以双NURBS曲线获得的直纹面广泛存在于各行业复杂零件中,如何实现复杂直纹面的增材制造一直是增材制造领域中极为关心的问题。以双NURBS曲线描述叶片模型,进一步获得直纹面,采用优化工艺参数,以GMAW方法实现了叶轮叶片的增材制造,增材获得的叶片完整,成形良好,表明以GMAW工艺实现双NURBS曲线叶片增材制造是可行的。为叶片模型构建、复杂形状叶片的电弧增材制造提供了新方法,对复杂形状零件增材制造过程控制具有借鉴意义。

6R机器人时间最优加加速度平滑的双NURBS轨迹优化

为了提高切削加工机器人的加工效率以及加工稳定性,对机器人加工轨迹进行了优化。在机器人任务空间中用双NURBS曲线描述刀位轨迹及刀轴矢量轨迹,并将其转化到关节空间。将刀轴矢量通过旋转坐标变换转换为机器人旋转矩阵,并结合基于旋量的机器人正运动学方程求取关节角,此角度值作为求运动学逆解的约束条件,以保证机器人加工时刀轴矢量相对于工件表面不变。基于骨干粒子群优化算法提出了一种自适应罚函数的约束多目标骨干粒子群优化算法,对机器人加工过程中的时间、加速度、加加速度等指标进行多目标优化,该算法采用自适应指数罚函数对约束进行处理,为了避免算法早熟,引入时变变异因子,增强了算法全局搜索能力和局部探索能力。最后,通过实验验证所提出算法的正确性和有效性。

基于单位球面生成的等距双NURBS刀具路径规划

目前由离散刀位点数据生成的2条NURBS曲线刀具路径中,刀轴点NURBS曲线与刀具中心点NURBS曲线间距有可能存在不相等的问题,提出一种单位球面下优化刀轴矢量NURBS曲线的方法,用以解决生成的等距双NURBS刀具路径中2条NURBS曲线间距有可能不相等的问题。算例表明,本算法可以对工件坐标系下的线性刀路进行光顺,确保双NURBS样条曲线的间距相等。

五轴变权重等距双NURBS刀具路径平滑算法

针对计算机辅助制造系统(CAM)生成的五轴线性刀具路径仅满足G0连续从而影响加工精度和工件表面质量的问题,提出了一种使用模拟退火优化控制点权重的等距双NURBS路径平滑方法。基于线性路径的夹角,将线性刀具路径分为局部平滑段和整体平滑段,选取辅助控制点实现不同平滑方式得到的NURBS路径的G2连续性。刀尖路径和刀轴路径采用相同参数,使用模拟退火分别优化刀尖和刀轴路径的控制点权重,得到满足位置误差要求的等距双NURBS路径。经过仿真分析和实验加工验证了该方法平滑刀具路径的有效性。

基于双NURBS的角度平滑插补算法研究与实现

针对五轴数控微小线性段加工,因驱动器速度变化,导致速度转换点处加速度和加加速度不连续,致使工件表面加工存在不连续的问题,提出一种基于双NURBS的角度平滑插补算法。通过样条曲线拟合,计算出最佳控制点,提高刀具中心点轨迹拟合精度,达到表面加工光滑。仿真结果表明:采用该算法能够改善刀具运动的平滑度,提高模具和工件在五轴加工中的精度。

面向数控机床的等距双NURBS刀具轨迹插补技术

五轴数控机床具备两个旋转轴,加工柔性好、加工效率高,但同时其几何误差与空间误差存在复杂耦合关系,导致刀具的运动精度较差。为了保持刀具具有较为精准的运动轨迹,提出面向数控机床的等距双NURBS刀具轨迹插补技术。考虑到待切削工件表面的形状和特性,通过线性微分方程精确地描述待切削工件复杂的三维曲面形状,并利用初始插值点权重改变初始插值点的位置和权重,生成平滑度较高的刀具路径。在此基础上,通过NURBS曲线参数推导,实现五轴数控切削加工刀具轨迹插补。实验结果表明:设计的刀轨控制方法可以将刀轴点轨迹误差控制在-2×10^(-3)mm~2×10^(-3)mm之间,且控制精度高、效果好。可以实现刀具的精确运动和姿态调整。

大曲率船体外板水火加工机器人运动轨迹优化研究

针对当前大曲率船体外板自动化加工设备生产过程中普遍存在的无效轨迹过长、加工效率低的现状,提出一种基于贪婪算法的火路选择排序方法,通过对多条待加工路径进行排序优化,减少烧板过程中规划外的无效轨迹,缩短单板加工时间,提高生产效率.设计出一种基于双NURBS算法的水火弯板机曲线插补方法,实现对大曲率复杂船体外板火路特征点的密化,提升了加工精度.实验证明,贪婪算法和双NURBS插补算法在水火弯板机控制系统中的应用,大大提高了加工精度和设备运行效率,在弯板加工过程中达到运动优化轨迹的效果.