数控加工中空间曲线的可信逼近与速度规划

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数控加工中G01代码生成的离散折线段路径使用广泛,但因其数据量庞大和拐角不连续,直接对离散折线段加工导致加工质量和加工效率不高。一个有效的解决方法为先用光滑的参数曲线拟合离散折线段,然后在光滑曲线上做速度规划。平面加工已有相关成熟工作,但在空间离散路径规划方面仍不完善。实际数控加工工件往往为三维物体,对空间加工路径规划有很大需求。本文研究空间离散折线段的光滑拟合和速度规划问题。  基于样条拟合的经典方法,本文给出可信误差下空间离散折线段的三次B样条拟合算法。误差控制在拟合中至关重要,不同于一般用点线距离控制误差,本文通过给出空间折线段与曲线的Hausdorff精确距离的显式表达式,来约束折线段和三次B样条之间的误差,从而保证拟合结果的可信。通过求解以最小化误差为目标函数的带距离约束的优化问题来得到满足精度要求的拟合曲线。本文给出可根据实际加工精度需求调整的自适应B样条控制点修调方法,来加速优化问题的迭代求解过程。与传统点线距离约束比较,实验结果表明本文的拟合算法误差控制可信,拟合效果更好。  速度规划可以在得到光滑路径后根据机床加工的动力学性能约束来完成,这是传统的两步规划法。本文基于“Bang-Bang”最优控制条件,通过三次时间B样条曲线实现可信误差下的一步速度规划算法。求解以总加工时间最短为目标,在距离约束、速度约束、加速度约束和加加速度约束下的优化问题,可以得到可信误差下时间最优的速度规划算法。对满足(G)2连续的三次时间样条上述优化问题难以直接求解,因此本文对时间参数做线性变换使得满足“Bang-Bang”控制条件来得到最优速度规划,对比实验表明改进后的算法更加高效。
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