[00117511]NURBS曲线曲面的参数化编程原理及应用研究

(1)课题来源及背景 本课题来源于甘肃省自然科学基金（148RJYA010）,研究NURBS复杂曲线曲面参数化编程理论及技术,重点研究了NURBS曲线曲面插补算法、精度控制和高速加工。 （2）研究目的和意义 NURBS曲线曲面插补功能是当代高性能CNC系统的标志性功能之一,复杂曲线曲面的加工已经成为数控机床必须面对和解决的问题,对于目前在工业上大量应用的中低档数控机床而言,由于系统不具备NURBS插补功能,对复杂曲线曲面的加工只能借助于CAD/CAM技术,而通过CAM方法所生成的程序太过庞大和冗长,难以在此类级别的机床上存储,而采用DNC加工,会出现数据传输安全性和数据传输滞后的问题,这使得对复杂曲线曲面的加工成为中低档数控机床始终面对的难题。本项目拟采用参数化编程方法,解决NURBS曲线曲面数控参数化编程的算法原理、逼近方法、精度控制方法和速度控制方法,为中低档数控机床应对复杂曲线曲面的编程和加工进行理论和实践探索。 （3）主要论点和依据 对于NURBS曲线曲面的加工,国外的一些极少数高档数控系统已经出现了NURBS曲线插补功能,这大大提高了系统的插补能力和加工能力,国内数控系统目前还没有相关技术。对NURBS曲线曲面的加工,无论国内国外,借助功能强大的CAM系统获得加工程序实现加工是目前的主要方法,采用参数化编程方法解决NURBS曲线曲面的编程和加工问题在全球范围内还没有实用的技术出现,目前仅停留在理论研究和仿真阶段。本项目提出NURBS曲线曲面的参数化编程原理及应用,正是基于目前广泛应用于工业的中低档数控系统所提供的宏程序功能,研究具有实际应用价值并能获得广泛工业应用的参数化手段解决NURBS曲线曲面的编程原理好方法。 （4）创见与创新 本项目拟开展NURBS曲线曲面参数化编程原理和应用的研究, 涉及材料加工、材料科学、计算机辅助几何设计（CAGD）、 控制及电子科学等学科。研究基于FANUC 0i-MB/MC系统的参数化编程方法,分析NURBS曲线曲面数学模型和特点,探索此类曲线基于3轴数控铣床的插补算法、精度控制和高速加工的参数化方法,实现NURBS曲线曲面在中低档数控机床上的加工。本项目的特色和创新之处： ①本项目拟开展基于中低档数控机床的NURBS曲线曲面的编程和加工,充分利用此类机床所配置系统的计算功能,将宏程序的应用提高到更高的高度,实现低档设备的高级加工,是本项目在加工思路上的创新; ②本项目拟开展虚拟刀具半径补偿原理研究,由于参数编程在加工复杂曲线曲面时所面临的最大问题是如何确定每层球头刀具的半径补偿量,中低档数控机床仅仅配备有2D刀具半径补偿功能,将2D-TRC扩展到球头刀加工NURBS曲线曲面,并提出虚拟刀具半径补偿原理,是本项目的一个理论创新; ③针对NRBS曲线曲面编程和加工过程中的精度控制和高速加工问题,本项目提出NURBS曲线曲面参数化精度控制和参数化高速加工的理念,将参数化贯穿到精度控制及速度控制方面,实现复杂曲线曲面精度和速度的在线更改,这是本项目的有一个创新。 （5）社会经济效益,存在的问题 ①本项目具有很高的经济、社会和环境效益。本项目的实施,可以扩展中低档数控机床的加工范围和加工能力,可以减少各企业对高档数控机床的资金投入和大型CAD/CAM软件的投入,且参数化的编程方法,使得对新工况的适应变得极为简单,只需要数控机床操作人员在线更改相应参数即可,这可大大减少企业对程序编制和维护的投入,为企业节约大量的硬件资金成本和人力资源投入成本,为企业带来可观经济效益。 ②本项目参数化编程方法的研究及专著的出版,可以促进数控参数化编程的发展,为高校、大专院校、职业技术学院及技校数控专业的学生提供参数化编程解决复杂问题的思路,提高其解决问题的能力,同时,也为一线数控编程人员、数控操作人员及工艺人员提供加工编程的新思路和新方法,为各数控培训机构提供高端培训内容。这些都可增强学生、技师、工人和数控从业人员的专业素养、理论和实践水平,大大增强其业务素养,为其就业和创业提供理论及实践基石,大大增强数控从业人员的就业率,具有很高的社会效益。 ③本项目的实施, 可降低复杂产品加工的废品率,减少试切时间从而减少冷却液的排放,这些对环境有污染的副产品可以通过本项目的实施得以减小,从而利于环境,提高人-环境的和谐。 （6）历年获奖情况 暂无