一、基于曲面插补的曲面加工模式及其关键技术研究（论文文献综述）
王国勋[1]（2013）在《基于STEP-NC的开放式数控系统若干关键技术研究》文中指出随着数控技术的快速发展,开放化、智能化、标准化、网络化、高速高精度已成为数控系统发展的主要趋势。然而,目前的数控系统仍然使用IS06983（G、M代码）作为NC编程的数据接口,这种编程接口不包含除刀具运动信息以外的任何其他信息,已成为阻碍制造系统信息集成的瓶颈,严重制约着数控系统乃至制造业的发展。为此,新的数控编程接口标准STEP-NC被提出,它是STEP标准向数控加工领域内的扩展,其核心思想是实现了产品信息描述的标准化与完整性。STEP-NC的出现,不但为实现智能化、柔性化和开放式的CNC系统奠定了基础,而且也为CNC系统与其它系统间的信息交流和共享提供了条件。随着STEP-NC的不断发展与完善,如何将STEP-NC标准应用在数控系统的开发中,以及如何实现STEP-NC相关技术,克服IS06983的缺点,满足先进数控系统的发展需求,仍然是目前数控加工领域内待解决的问题。本文基于STEP-NC数据模型,从开放式智能化数控系统体系结构入手,对STEP-NC数控系统相关关键技术展开了深入研究,并通过仿真、实验和综合分析对所研究的方法、技术进行了验证,为STEP-NC数控系统的构建提供了理论基础,为STEP-NC相关技术的实现提供了技术基础。全文的主要研究内容如下：（1）论述课题研究的背景及STEP-NC数控系统关键技术国内外发展现状,通过分析当前数控系统存在的问题,以及STEP-NC对数控技术乃至制造业的影响,指出研究新型的基于STEP-NC的开放式数控系统及其关键技术的必要性和前沿性。（2）针对STEP-NC数控系统的开放性问题,分别从硬件系统、软件系统、数据模型等三个方面进行解决。采用“PC+运动控制器”的嵌入式双CPU硬件体系结构来解决硬件系统的开放性问题；采用基于调度软件的分层体系结构,来解决软件系统的开放性问题,并简化数控系统的开发工作。采用STEP-NC数据模型来构建数控系统,从数据模型层面解决数控系统的开放性问题。（3）针对NURBS曲线直接插补中存在的进给速度波动问题,采用自适应修正插补算法对插补点的计算精度进行控制,并对插补过程进行了仿真,结果表明该算法在保证插补周期的前提下减小插补进给速度波动率,提高插补精度；针对NURBS直接插补进给速度规划过程中所存在的计算复杂、计算量大的问题,采用基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法,减小实时插补周期计算任务量,从而提高插补实时性,获得更加光滑的进给速度曲线。（4）针对复杂参数曲面五轴加工刀具路径规划过程中所存在的计算量大、加工效率低以及加工精度不一致等方面的问题,采用基于等照度线的刀具路径规划方法,一定程度上减小了计算量,提高了规划效率和精度。采用基于坐标变换的五轴加工刀具干涉检测方法,解决传统的距离检测法所存在的计算量大,效率低的问题,大大减少了检测过程中的计算量,提高了加工效率。（5）针对NURBS曲线曲面求值求导计算复杂,计算量大的问题,采用基于B样条基函数系数矩阵的NURBS快速递推算法,从而减小了NURBS的曲线插补算法和刀具路径规划算法中所涉及的NURBS大量求值求导计算量,提高了插补器的性能。（6）建立STEP-NC数控加工程序的可加工性评价体系,判断目标机床是否具备加工的条件。在此基础上,采用参数自适应协同粒子群优化算法对加工参数进行多目标优化,有利于发挥机床的最大性能,同时提高加工效率、降低加工成本。
赵巍[2]（2004）在《数控系统的插补算法及加减速控制方法研究》文中研究指明插补及加减速控制的精度和速度是CNC系统的重要指标,决定了数控系统的性能优劣。本文针对这两方面的问题做了深入的理论和应用研究。针对研制自主知识产权的经济型数控系统,本文主要研究插补精度高、换向较少、有利于轴连续运动的最小偏差插补算法及直接加减速控制方法。在改进原算法的基础上处理了非过原点线形的插补问题,证明了特殊情况下的插补精度,推导出最小偏差法三维直线插补算法,并首次采用解析法证明了三维直线插补精度,详细讨论了终点判别条件,解决了圆弧插补时因终点错误而导致飞车的问题,首次将计算机图形学的Bresenham算法与最小偏差法有机结合,建立了图形学与电机控制系统的关系。本文还提出了基于最小偏差算法的加减速控制方法,采用实时速度计算法,通过减少静态变量、减少参数传递、减少程序的长转移、简化乘除法运算,以解决实时计算浪费机时的问题,使进给速度达到2500 mm /min。该速度控制方法使操作者可以根据负载的情况,灵活改变最高运行频率、加速度等速度控制参数,而无需重新制表,可方便实现数控系统与机床的配套。上述的研究展现了一个从理论推导到实际应用的完整的最小偏差插补算法和速度控制方法,满足经济型数控系统的精度、速度的要求,并已应用于本实验室自主开发的数控系统中,为其产业化铺平了道路。针对目前大多数中高档CNC系统只具有直线圆弧插补指令的现状,本文研究了Step标准中的Nurbs曲线插补算法、多坐标参数曲面插补算法及自适应速度控制方法。插补过程中,为提高插补计算的精度和速度,提出了改进的试探修正法,以代替复杂的求导过程。速度控制过程中,采用插补前S型加减速曲线进行速度控制,将插补的弓高误差、机床许用加速度均考虑在内,并提出时间顺延法,加减速对称法,实现了在线实时自适应的加减速控制。本文提出的方法不仅充分发挥了插补前加减速控制的位置精确的优势,还解决了减速点预测困难的问题,具有位置精度高、无冲击、自适应等优点。其中的弧长求解算法的精度高于CAD/CAM的计算精度。该速度控制方法也可以用于加工前的仿真,帮助编程人员选择合理的进给速度、加速度、跃变度等参数,从而提高加工的精度和效率。上述的研究使CNC系统具备了Nurbs曲线、五坐标参数曲面插补功能,避免了加工过程中直线圆弧逼近曲线曲面的种种弊端,可有力支持高速、高精加工,将对提高我国CNC系统水平起到积极的推动作用。
王水来,阮雪榆,周济[3]（1997）在《基于曲面插补的曲面加工模式及其关键技术研究》文中研究指明分析了现行曲面加工模式存在的问题及其产生的原因,提出采用曲面插补技术建立基于曲面插补的新型曲面加工模式,从根本上解决现行曲面加工模式存在的问题。指出并研究了曲面描补的关键技术。
余道洋[4]（2014）在《基于NURBS的复杂曲线曲面高速高精度加工技术研究》文中研究指明本论文以研究所承担的国家科技重大专项和国家自然科学基金项目为背景,采用理论分析、模拟仿真和实际实验相结合方法,以提高复杂曲线曲面高速高精度加工技术为目标。主要包括以下内容：1.针对复杂曲线重构为NURBS曲线的问题,提出NURBS曲线拟合算法以及拟合算法误差控制算法；针对复杂曲面重构为NURBS曲面的问题,提出NURBS曲面拟合算法。2.针对NURBS曲线插补过程中的轨迹控制问题,本文将NURBS曲线插补分为两个阶段：粗插补阶段和精插补阶段：粗插补采用数据采样插补算法,而粗插补阶段就涉及到两个坐标空间：节点矢量参数空间和插补轨迹空间,二者相互关联。在节点矢量参数空间,研究了几种参数密化算法,最后提出了自己的预测-修正-校正差分算法；精插补采用DDA（数字积分法）插补算法,将粗插补分割的微小线段进一步密化；最后用Matlab软件在PC机上对算法进行仿真来验证算法的正确性。针对NURBS曲线插补过程中速度控制问题,在分析现有常用的梯形加减速算法和S型曲线加减速算法的基础上,提出了自己的平滑S曲线加减速速度控制算法,并对几种不完整平滑S曲线加减速速度控制算法进行了研究；最后用Matlab软件在PC机上对算法进行仿真来验证算法的正确性。3、针对NURBS曲面五轴刀具轨迹优化问题,本文分为两种情况进行研究：对于能够进行侧铣加工的NURBS直纹面和类直纹面,应用解析算法对刀轴矢量给出了解析解并给出了解析解的理论算法误差；对于不能够进行侧铣加工的NURBS曲面,采用点铣加工,给出了NURBS曲面点铣加工算法的计算步骤和计算公式。4、针对NURBS曲线曲面插补算法的平台问题,本文提出了基于量子框架的嵌入式数控系统平台,当硬件平台或软件平台发生改变时,在移植时只需重新编写很少与平台相关的文件,就可以移植到不同的硬件平台和软件平台。构建了基于量子框架NURBS插补器活动对象。在上述研究的基础上,以Matlab仿真软件模拟了本文提出的NURBS曲线和NURBS曲面插补算法；以学院和研究所现有的加工中心和数控系统硬件平台,对提出的NURBS曲线和NURBS曲面插补算法进行了实际的数控加工实验；模拟和实际数控加工结果验证了提出的NURBS曲线和NURBS曲面插补算法的正确性。。
张莉彦[5]（2008）在《基于Internet的STEP-NC的研究》文中研究指明传统的数控加工将数控机床限定为简单的执行机构,缺乏智能性,与上游的CAD、CAM系统也存在着模块割裂、信息不能共享的缺点。现在,一种新的数控编程语言STEP-NC为数控加工提供了新的数据模型,它采用高层次、具有工程语义的信息,使数控机床具有智能性。这种高层次的语义信息,也恰好为STEP-NC与CAD/CAM的集成奠定了良好的基础。与网络技术结合,可以发展到基于Internet的集成制造系统。同时开放式的体系结构为解决曲线曲面的直接插补加工问题,提供了前提保证。本文围绕这些相关领域先进技术分四部分展开研究:（1）深入研究了STEP及STEP-NC标准,强调指出在STEP中使用的是设计特征而STEP-NC中使用的是制造特征,制造特征有利于与CAD、CAM的信息集成。在此基础上,提出了面向STEP-NC的制造特征模型,讨论了制造特征的定义原则、分类方法及信息存储结构。制定了特征建模要遵守的规则,提出制造特征的建模思想,就是从毛坯上去除制造特征,与加工过程一致,以此达到信息的集成共享。以Pro/ENGINEER软件为开发平台,以SQL Server 2000数据库管理系统为支持,开发了原型系统,最后给出了制造特征建模的实例。（2）研究并实现了基于制造特征模型的工艺设计。建立以制造特征为核心的工艺知识库,数据表的组织尽量考虑与STEP-NC的实体及实体关系一致,达到信息共享的目的,同时降低工艺设计的难度,方便STEP-NC的生成。工艺决策以制造特征驱动,同时提出并实现了利用优先级进行工步排序的算法,减少了人为因素,实现了自动化。并以已经建立的制造特征模型为实例,进行工艺设计,最终生成了STEP-NC程序,实现了基于制造特征的CAD/CAM与STEP-NC的集成。（3）研究了STEP-NC在Internet上的实现。提出了基于Schema的两步法实现STEP-NC与XML的映射的思想,实现STEP-NC物理格式文件到XML的转换,并且开发了图形化界面,可以以图形化方式直观地查看STEP-NC中的加工信息。同时还开发了STEP-NC物理文件到现有数控机床使用的GM代码的转换接口,并且集成到该图形界面中,可以利用现有机床执行、测试STEP-NC加工数据。另外,提出了XML信息传输的三种模式,并以高级模式为基础,建立了基于SOA架构和WEB服务技术的制造集成框架,给出了实施步骤。同时研究了SOA架构的基本结构、运行方式及WEB服务技术的体系。（4）研究了STEP-NC中曲线、曲面描述及其插补算法。实现了基于泰勒展开式的NURBS曲线实时插补算法。采用进给速度自适应的方法,保证加工精度,即曲线的轮廓误差。另外,利用S型曲线进行加减速处理,提出利用NURBS曲线的对称性进行减速点的预测,解决了速度规划的难题。在高速加工中,在曲线的尖点处,由于曲率半径很小,又要保证轮廓误差,进给速度会发生剧烈波动,这会影响加工精度。提出并实现了尖点预处理的方法,在尖点区域,提前减速,降低加速度,满足机床的动态特性及加工精度的要求。曲线插补算法是曲面插补算法的基础,曲面的直接插补加工比曲线的直接插补更具有实际意义与应用价值。研究并实现了基于参数线法曲面插补算法,利用等参数步长法实现了加工路径的规划,计算简单、速度快。最后通过实例,对算法在实时性、加工精度、速度波动等方面都进行测试及仿真分析,能够满足实际的需要。STEP-NC是开放体系结构,将该算法集成到STEP-NC系统中,就能够解决自由曲线曲面的直接插补加工问题。
于阳[6]（2019）在《基于NURBS曲面几何参数的五轴数控插补技术研究》文中提出五轴数控加工因其更好的表面加工质量和更高的加工效率在复杂自由曲面零件的制造领域正逐渐取代传统的三轴加工。但由于五轴数控加工实现复杂性较高、难度较大,在曲面五轴加工直接插补技术和曲面几何信息的完整描述等方面还存在一些尚待解决的问题,为此本文开展了 NURBS曲面五轴数控插补技术的研究工作。研究了 NURBS曲线曲面的数学描述,采用齐次坐标法简化了 NURBS曲线曲面上一点的计算及其偏导数的计算。分析了 NURBS曲面实体在IGES和STEP两种数据交换文件中的存储方式,在此基础上使用Visual C++开发了从上述两种数据交换文件中提取出描述NURBS曲面的基函数幂次、节点矢量、权因子、控制点坐标等几何参数的软件。提取的参数数据为后续插补计算提供数据来源。建立了一种NURBS曲面五轴数控直接插补的数学模型并给出了其算法实现。使用等参数线法对刀具路径进行规划,接着提出一种简化算法对刀触点坐标进行计算,保证了插补的实时性,最后结合具体机床结构完成逆运动学变换,生成能够控制机床运动指令值。以上述插补机理为基础,利用Visual C++软件编程实现了插补算法,它能够完成NURBS曲面参数的输入、刀具路径规划、刀触点及刀具偏置的计算、机床逆运动学变换和输出控制机床运动的指令值等工作。最后,结合实例应用UG中机床集成仿真和验证对本文提出的NURBS曲面五轴插补算法进行仿真验证,仿真结果验证了本文提出的插补方法的正确性与可行性。
孟书云[7]（2006）在《高精度开放式数控系统复杂曲线曲面插补关键技术研究》文中提出随着工业进步和人们生活水平的提高,具有复杂曲面的产品在生产和生活中应用日益广泛。这些产品的共同特点就是精度要求高、结构复杂。因此,如何高精度、高效率、低成本地加工这些产品,是诸多工业领域对现代制造业提出的基本要求。本文在江苏省自然科学基金招标项目（BK2003005）的资助下,以曲面上自由曲线型刀轨的插补作为研究对象,拓展现有曲面加工方法,就曲面直接加工时刀具轨迹的导引线生成方法、曲面上曲线的直接插补算法以及空间自由曲线的多轴联动实时高精度插补算法等三个主要问题进行了深入细致的探索研究。首先提出复杂曲面笔式加工的概念。就笔式加工模式可分为单一路径型笔式加工和局部区域环型笔式加工。复杂曲面的笔式加工方法,克服了等参数线法和等平面法加工曲面的局限性,有利于提高曲面加工效率,改善曲面加工质量。基于复杂曲面笔式加工的概念,给出基于B样条方法的环切刀具轨迹生成方法。二维封闭B样条曲线环的控制多边形会形成闭合多边形。通过分析封闭曲线环围成的封闭区域的几何拓扑关系,给出了区域内环切导动线的两种生成方法。一种基于映射原理,根据内偏置闭合多边形与外轮廓多边形之间的相似性,由外轮廓控制多边形的各角形域与简单单连通域之间的映射,得到内偏置闭合多边形各角形域顶点。同时,对复杂多边形轮廓偏置过程中产生的自交现象进行了分析,给出了生成无干涉内偏置多边形环的新方法。该方法适用于任意形状多边形构建的二维复杂边界区域内加工路径的生成。而最终的二维导动曲线环是一族B样条曲线,其控制顶点为内偏置多边形顶点。另一种为蛛网型刀具路径生成方法,通过构造封闭多边形的中心,对经线等分,顺次连接等分点得到内偏置导动曲线环。优点是可以避免内偏置环的干涉,但有应用范围限制。导动曲线从二维平面映射到三维曲面上,生成的才是刀触点轨迹线——一族空间曲线环。由于曲面曲率的连续变化,曲线环间产生的轮廓误差并不一致。因此,定量计算了在预置的均匀行距下,由平面导动曲线环生成的刀触点轨迹环间的实际曲面轮廓误差,提出了基于误差约束的变行距的环型B样条导动曲线族的生成方法。并指出,可以通过调节导动曲线局部的控制顶点,将曲面局部区域轮廓误差控制在要求的范围之内。为提高曲面上曲线的插补精度,解决加工过程中高进给速度和高精度要求之间的矛盾,插补过程分两个阶段进行。第一阶段为粗插补,给出了无直接数学描述形式的复杂曲面笔式加工轨迹线的插补算法。鉴于直接对该类曲线路径进行插补计算有难度,提出一种基于NURBS导动曲线的曲面上自由曲线的直接插补算法。从NURBS导动曲线和曲面上自由曲线之间的运动几何关系出发,以刀触点速度恒定为前提,由导动曲线参数对时间的Taylor展开式计算出下一粗插补点在导动曲线上对应的参数,从而间接得到加工迹线为曲面上曲线的刀触点坐标。算法确保所有刀触点均位于复杂曲面上。算法仿真测得插补时间小于2ms,但是粗插补理论精度会随进给速度加大而降低。最后分别对三轴和五轴联动应用该算法时带来的理论非线性轮廓误差进行分析,给出误差控制方法。在不降低进给速度前提下,为进一步提高插补精度,减少加工数据量,依据前一阶段的粗插补数据,提出了第二阶段参数细分实时插补算法。该算法以粗插补得到的刀位和刀轴方向数据为输入,就刀心点轨迹给出了基于参数三次多项式曲线的参数细分实时插补算法和基于三次B样条曲线的参数细分实时插补算法,并作分析比较;就刀轴方向给出了三次样条参数细分实时插补算法。该算法分三步“区间搜索——分段逼近——逐段细化”完成。在计算机上对算法进行测试,测得插补计算时间小于0.03ms。通过实例验证,在进给速度为6000mm/min,细分数为20情况下,插补误差小于0.25μm。研究发现随着逐段逼近精度提高以及细分数目增加,细分插补误差会更小。本文对复杂曲面笔式加工时的实时插补技术进行了全面系统的研究,给出了具体的实现方法和相关配套技术。曲面笔式加工的思想,避免了现有加工模式带来的问题,为实现复杂曲面的高效高精度加工奠定了基础。
徐元凡[8]（2009）在《基于STEP标准的自由曲线曲面插补技术研究》文中进行了进一步梳理随着机械制造、自动控制、微电子、数据处理等技术的发展,传统的数控技术即将被新的、开放式的数控技术所取代。在数控系统中,插补功能的优劣直接影响着对CNC控制系统整体性能的评价。由于在现代制造业中,对曲面加工的需求和质量要求不断提高,而传统的以直线、圆弧为代表的插补技术,已经远远不能满足这一需求。因此,需要研究新的自由型曲线曲面插补技术,来改善零件的加工效率和加工质量,以适应现代数控技术的发展要求。STEP标准是适用于用计算机对产品数据进行表达和交换的一个国际标准系列。标准的目标是建立一种完整的,明确无歧义的,中性的,计算机可处理的标准来表示产品全生命周期的产品数据,并且独立于任何特定的系统。而由于NURBS良好的数学特点,被规定为STEP标准中表述曲线与曲面的性一形式,且在CAD领域,NURBS已得到较好的应用。因此,本文主要基于STEP标准,利用NURBS表述曲线与曲面,在此基础上研究曲线与曲面的插补技术。本文首先深入分析了STEP标准,着重从STEP标准的组成、结构与内容、EXPRESS描述语言等方面对STEP标准进行研究;同时为了后续工作的开展,从文件的交换形式、文件的结构以及文件中数据段内容分析等方面对STEP标准中关键的STEP中性交换文件进行了研究;采用合并的方式获得STEP标准中NURBS曲线与曲面的数据模型,进而将EXPRESS中的相应实体类映射到C++中的类,在此基础上,利用VC++开发出提取NURBS曲线与曲面相关几何信息的系统。在NURBS曲线插补技术研究中,首先对提取出的有关NURBS曲线的几何数据进行了插补前的预处理。在等弧长插补思想的基础上提出了一种新的NURBS曲线插补算法,该算法能够综合考虑精度要求,根据曲线曲率的变化自动调节进给速度,从而实现对曲线的均匀插补。同时对插补过程中的实时加减速控制方法进行了研究,采用一种适用于NURBS曲线高速加工的新型柔性加减速算法,保证了加速度和加加速度的平稳变化。在NURBS曲面插补技术研究中,首先介绍并比较了目前曲面加工中几种常见的刀具轨迹生成算法。在等参数线算法的基础上引出自调节等参数线算法。对算法中确定两条相邻子等参数线间距离的方法进行了简化,并对该算法的整个流程进行了总结。该算法能够将两条刀具轨迹间的距离实时控制在一定范围内,并且能够均匀地布满整个曲面,具有较小的误差。
王科[9]（2012）在《网络化STEP-NC控制器关键技术研究》文中研究说明现代制造业全球化的发展,迫切需要制造设备能够更加开放化和网络化。数控机床作为制造业的核心设备,更应该满足这些需求。这就需要数控系统拥有良好的网络架构,以及智能、高效的加工数据模型。良好的网络架构是指数控系统拥有统一的、跨平台的、能够与其它设备互联的上层Internet网络接口,并且拥有现场级的总线网络。其中实时以太网是现场总线的一个新发展方向。和传统的现场总线相比,实时以太网通讯速度更快、兼容标准以太网、数据包的容量大、布线简洁并且成本更低。对于加工数据模型,传统的G&M代码作为一种底层加工描述语言,丢失了许多上层设计信息,从而制约了数控机床的发展。而STEP-NC的诞生则提供了新的加工数据模型,它支持从设计到加工的双向、全生命周期的加工数据流。本文将上层网络接口、实时以太网以及STEP-NC有机地结合在一起,并对其进行了研究,提出了一种网络化的STEP-NC控制器方案。该方案拥有三类总线：上层网络接口——MTConnect;加工数据总线——STEP-NC;底层硬件总线——实时以太网。对于实时以太网,本文根据数控系统的特点实现了一种改进的实时以太网协议EtherMAC （Ethernet for Manufacturing Automation Control）。基于实时以太网的数控系统,比传统的数控系统更易于模块化和扩展。和其它实时以太网相比,EtherMAC采用了锁存信号触发上发的机制,从而缩短了反馈数据与指令数据的等待时间；从以太网包在底层元器件的延迟与传输特点入手,分析了以太网包的传输延迟及抖动的原因,提出了自己的同步方法。该同步方法可以得到很高的同步精度,并且节点越少同步精度越高,十分适用于数控系统。为了覆盖更广泛的数控应用,本文还提出了基于Windows NT和EtherMAC的解决方案。本文还详细介绍了EtherMAC的工作流程、出错处理等,并给出了基于FPGA的EtherMAC实现方案,包括可以避免数据包冲突的链路层和优化了的数控接口模块,而且通过实验验证了它的实时性能。本数控系统的上层网络接口采用MTConnect。MTConnect是一个新的设备互联标准,并且是跨平台、免版权的。本文介绍了MTConnect的协议结构、工作流程、数据格式以及设备描述方式；然后按照该标准的定义,构建了一个基于MTConnect的机床模型并生成了对应的XML文档。MTConnect本身并不支持对STEP-NC控制器的监控,本文把MTConnect与STEP-NC结合起来,使其能够监视STEP-NC控制器的加工进度。文中给出了基于MTConnect的代理端和客户端在.NET平台下的实现方法,并用其远程监视机床的路径、开关量和进给速率信息。由于没有支持生成STEP-NC加工文件的商业CAM软件,为了测试STEP-NC控制器,本文构建了一个兼容STEP-NC的、面向电路板雕刻的2D CAM模块。该模块既可以作为独立的模块生成STEP-NC加工文件,又可以作为STEP-NC控制器的内嵌CAM模块来生成路径。该CAM模块可以读取ECAD文件（Gerber文件）、刀具定义文件以及机床模型信息、参数,进行工艺规划并定义顺从STEP-NC的加工特征、顺序、操作以及路径,然后生成STEP-NC加工文件。STEP-NC并不支持Gerber文件中基于中心线的轮廓信息,该CAM模块可以将这些图形映射到STEP AP210ARM中,然后再映射到STEP-NC中的加工特征里。其间,一个自定义的"Closedprofilewithstyles" STEP实体用来连接STEP AP210和STEP-NC。该CAM模块给出了面向STEP-NC的电路板加工工艺规划。该工艺规划提供了一个新的多把刀高效组合的加工策略。为了用STEP-NC描述这种情况,本文依据STEP AP238,对ISO14649进行了扩展,使其支持多把刀共享加工特征的情况。该加工策略是一种混合了"Contourparallel"和"Bidirectional"的加工策略。对于"Contourparallel"的路径生成,该CAM模块采用基于像素的算法用来计算轮廓。"Bidirectional"加工策略的路径生成,文中也有阐述。最后本文给出了本数控系统的STEP-NC控制器内核的实现,它和实时以太网EtherMAC接口的实现、MTConnect接口的实现一起构成了本文所提出的网络化STEP-NC控制器。本文利用ST-Developer提供的STEP Java库操作STEP实体、实例,并使用工具IKVM.NET来进行Java平台和.NET平台的交互,把与STEP-NC相关的实现移植到.NET平台中。同时,本文还阐述了该控制器所包含的模块：通用STEP解释器,刀具路径生成,加工管理,仿真和机床模型。通用STEP解释器借助于ST-Developer对STEP类提供的架构、面向对象的多态、反射和迭代来实现,并可为网络化的分布式应用程序提供操作STEP的基础接口。另外,该控制器提供了2D、3D仿真,其中3D仿真借助于CADability实现。最后,本文给出了仿真和加工结果。
边玉超[10]（2004）在《自由曲线曲面CNC插补技术的研究》文中研究说明曲线的插补模块是整个数控系统控制软件的核心，插补算法的选择直接影响到数控系统的加工精度和速度。为了使数控机床具备对自由曲线曲面直接进行加工的功能，本课题对自由曲线曲面的插补算法进行了相应的理论研究和实际验证。目前，在CAD/CAM系统中，参数形式的自由曲线曲面已经成为描述零件外形轮廓的最常用的数学方法之一。与之相适应，参数曲线实时插补技术也逐渐成为近年来数控插补技术研究的一个热点。本文介绍了参数曲线的两种不同的实时插补算法，它们在提高数控系统的速度和精度方面具有很好的效果。NURBS曲线是在实际中得到广泛应用的一种参数曲线，NURBS曲线插补功能已经成为当代高性能CNC系统的标志性功能之一。本文详细地介绍了NURBS曲线的数学模型，并给出了其对称性的证明。在此基础之上，具体地给出了实现NURBS曲线实时插补的方法。在插补过程中，通过对插补误差和实际进给速度的实时监控，使刀具沿曲线的进给速度能随着曲线曲率的变化而自动地进行调整。这种方法不仅很好地解决了NURBS曲线实时插补中的速度控制问题，而且能够满足实际插补中的实时性要求。在本文中，对所提出的插补算法中存在的精度、速度波动等问题进行了理论分析，并且通过对给定曲线的插补，对编程实现的插补模块进行了实际的检验。经过分析和检验可知，所给出的插补算法简化了自由曲线数控加工中的程序编制，能够很好地满足自由曲线高速、高精度加工对插补算法的要求。与现有的直线和圆弧插补相比较，给出的NURBS曲线实时插补方法能够实现较小的轮廓误差和进给速度波动。本文对复杂曲面的直接插补技术也进行了初步的研究，阐述了复杂曲面直接插补技术的基本思路和模块结构。对于NURBS曲面的直接插补，给出了两种不同的实现方法，比较了两者的优缺点。由于曲面直接插补涉及的问题非常多，到目前为止，其插补结构模型还没有定<WP=4>型，所以本文中只对刀具轨迹的实时产生进行了初步的研究。给出了刀具沿参数线方向进给的NURBS曲面实时插补程序的框架和简单实现。本文中所讨论的各种算法都采用C＋＋语言实现，具体应用于数控系统的开发实践中，通过具体系统集成证明具有很高的应用价值。因此开展对本课题的研究不仅具有理论价值而且具有很高的实用价值。
二、基于曲面插补的曲面加工模式及其关键技术研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、基于曲面插补的曲面加工模式及其关键技术研究（论文提纲范文）
（1）基于STEP-NC的开放式数控系统若干关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.1.1 当前CNC存在的问题 |
| 1.1.2 STEP-NC相对旧标准的改进 |
| 1.2 相关技术国内外研究现状 |
| 1.2.1 STEP-NC标准研究概况 |
| 1.2.2 数控系统体系结构研究概况 |
| 1.2.3 复杂曲线曲面直接插补技术研究概况 |
| 1.2.4 五轴加工刀具路径规划技术国内外研究概况 |
| 1.2.5 加工参数多目标优化技术研究概况 |
| 1.3 论文研究的目的及意义 |
| 1.4 论文结构框架及主要内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 基于STEP-NC的开放式数控系统体系结构的研究 |
| 2.1 STEP-NC标准 |
| 2.1.1 STEP-NC标准简介 |
| 2.1.2 采用STEP-NC标准对数控加工技术的影响 |
| 2.2 开放式数控系统的定义及分类 |
| 2.2.1 开放式数控系统的定义 |
| 2.2.2 开放式数控系统的类型 |
| 2.3 STEP-NC数控系统开放性分析 |
| 2.3.1 开放式数控系统需求分析 |
| 2.3.2 STEP-NC的开放性优点 |
| 2.4 基于调度软件的STEP-NC开放式数控系统的构建 |
| 2.4.1 基于STEP-NC的数控系统的功能结构 |
| 2.4.2 基于调度软件模块的STEP-NC开放式数控系统体系结构 |
| 2.5 基于调度软件的STEP-NC开放式数控系统硬件结构 |
| 2.5.1 PMAC卡介绍 |
| 2.5.2 系统硬件体系结构 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 NURBS曲线实时直接插补技术研究 |
| 3.1 当前自由曲线曲面插补技术及存在的问题 |
| 3.2 NURBS直接插补技术及其优点 |
| 3.3 支持NURBS功能的STEP-NC数控系统 |
| 3.4 NURBS曲线插补原理 |
| 3.4.1 NURBS曲线的定义和性质 |
| 3.4.2 NURBS曲线在数控加工中的应用 |
| 3.5 NURBS直接插补算法研究 |
| 3.5.1 进给速度波动问题 |
| 3.5.2 NURBS实时插补算法实现 |
| 3.5.3 基于自适应修正法的速度波动率的控制方法 |
| 3.6 实时插补进给速度规划算法研究 |
| 3.6.1 NURBS曲线几何特性对进给速度的影响 |
| 3.6.2 基于进给速度预处理曲线的进给速度规划算法 |
| 3.7 仿真验证 |
| 3.7.1 基于自适应修正插补算法的仿真验证 |
| 3.7.2 基于进给速度预处理曲线的进给速度规划算法仿真验证 |
| 3.7.3 仿真验证结论 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 NURBS求值求导快速算法研究 |
| 4.1 NURBS插补计算问题分析 |
| 4.2 NURBS的理论基础 |
| 4.2.1 B样条基函数的定义及性质 |
| 4.2.2 B样条基函数的导数 |
| 4.2.3 B样条曲线的定义及性质 |
| 4.3 基于系数矩阵的B样条基函数快速递推算法研究 |
| 4.3.1 B样条基函数的系数矩阵的推导 |
| 4.3.2 B样条基函数的系数矩阵快速递推算法 |
| 4.3.3 B样条基函数系数矩阵的递推计算过程 |
| 4.3.4 采用基于系数矩阵的B样条基函数快速递推算法优点 |
| 4.4 仿真验证 |
| 4.4.1 基于系数矩阵的B样条基函数快速递推算法计算效率实验 |
| 4.4.2 算法实例与仿真分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 五轴加工刀具路径规划技术研究 |
| 5.1 基于STEP-NC的刀具路径规划的优点 |
| 5.2 STEP-NC与NURBS曲面 |
| 5.2.1 NURBS曲面定义 |
| 5.2.2 STEP-NC中NURBS曲面的定义 |
| 5.2.3 STEP-NC中铣削数据模型的定义 |
| 5.3 刀具路径规划技术研究 |
| 5.3.1 常用方法分析 |
| 5.3.2 曲面等照度线划分 |
| 5.3.3 刀具路径计算方法 |
| 5.4 刀具干涉检测及姿态调整 |
| 5.4.1 曲面的划分 |
| 5.4.2 五轴加工刀具干涉检测 |
| 5.4.3 干涉的避免 |
| 5.4.4 刀具干涉实例仿真 |
| 5.5 基于STEP-NC的五轴加工刀具路径规划仿真与实验验证 |
| 5.5.1 STEP-NC数据模型在五轴加工中应用仿真 |
| 5.5.2 刀具路径规划的应用实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于STEP-NC的加工参数多目标优化技术研究 |
| 6.1 STEP-NC程序可加工性评价 |
| 6.1.1 零件可加工性评价方法 |
| 6.2 基于参数自适应协同粒子群算法的加工参数多目标优化 |
| 6.2.1 粒子群算法简介 |
| 6.2.2 粒子群算法参数对优化结果的影响 |
| 6.2.3 基于参数自适应协同粒子群优化算法研究 |
| 6.2.4 加工参数优化模型的建立 |
| 6.2.5 基于WCVPSO算法的加工参数多目标优化方法实现 |
| 6.3 仿真验证 |
| 6.3.1 STEP-NC程序可加工性评价方法仿真验证 |
| 6.3.2 基于WCVPSO的优化算法仿真验证 |
| 6.4 基于WCVPSO的多目标优化算法实验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 作者简介 |
（2）数控系统的插补算法及加减速控制方法研究（论文提纲范文）
| 第一章 前言 |
| 1.1 现代数控机床及发展趋势 |
| 1.2 现代CNC 装置 |
| 1.3 插补分类及速度控制原理 |
| 1.4 STEP 标准 |
| 1.5 课题的主要内容 |
| 1.6 课题的目的及意义 |
| 第二章 最小偏差法插补原理 |
| 2.1 最小偏差法插补原理综述 |
| 2.2 最小偏差法二维直线插补 |
| 2.2.1 最小偏差法二维直线插补原理与递推公式 |
| 2.2.2 非过原点直线的处理 |
| 2.2.3 插补精度 |
| 2.3 Bresenham 与最小偏差法生成直线的比较 |
| 2.4 最小偏差法三维直线插补 |
| 2.4.1 三维直线插补综述 |
| 2.4.2 最小偏差法三维直线插补原理 |
| 2.4.3 最小偏差法三维直线插补的精度 |
| 2.4.4 最小偏差法三维直线插补实例 |
| 2.5 最小偏差法直线插补终点判别方法 |
| 2.6 最小偏差法圆弧插补 |
| 2.6.1 最小偏差法圆弧插补原理 |
| 2.6.2 圆心不在原点的圆弧的处理 |
| 2.6.3 实例验证 |
| 2.6.4 Bresenham 与最小偏差法生成圆弧的比较 |
| 2.6.5 最小偏差法圆弧插补终点判别方法 |
| 2.7 小结 |
| 第三章 步进电机直接加减速控制方法 |
| 3.1 步进电机概述 |
| 3.2 步进电机的运行特性 |
| 3.3 步进电机的升降速控制 |
| 3.3.1 最小偏差法直线加减速控制 |
| 3.3.2 最小偏差法圆弧加减速控制 |
| 3.4 加减速方式及加工实例 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 参数曲线曲面插补技术 |
| 4.1 形状数学描述的发展主线 |
| 4.2 几何不变性 |
| 4.3 NURBS 方法特点 |
| 4.4 NURBS 曲线表示方法 |
| 4.4.1 NURBS 曲线的定义 |
| 4.4.2 节点矢量的确定 |
| 4.4.3 B 样条基函数的求解 |
| 4.5 NURBS 曲线插补功能 |
| 4.6 五轴五联动数控技术 |
| 4.7 五轴联动数控机床分类 |
| 4.8 参数曲面插补功能 |
| 4.8.1 参数曲面刀具轨迹的生成 |
| 4.8.2 参数曲面的表达式 |
| 4.8.3 参数曲面的法向矢量 |
| 4.8.4 五坐标双转台机床的坐标变换 |
| 4.8.5 曲面插补的实例验证 |
| 4.9 小结 |
| 第五章 参数曲线插补中的 S 型加减速控制方法 |
| 5.1 加减速控制方法分类 |
| 5.2 插补前S 型加减速控制新方法 |
| 5.2.1 S 型曲线加减速各参数分析与计算 |
| 5.2.2 进给弓高误差分析与控制 |
| 5.2.3 进给加速度分析与控制 |
| 5.2.4 S 型曲线加减速流程分析 |
| 5.3 实例验证 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文及参加科研情况 |
| 附录 |
| 致谢 |
（4）基于NURBS的复杂曲线曲面高速高精度加工技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究的目的和意义 |
| 1.2 复杂曲线曲面加工研究现状 |
| 1.2.1 复杂曲线曲面插补技术和加减速运动控制方面的研究现状 |
| 1.2.2 复杂曲面刀具路径规划算法方面的研究现状 |
| 1.2.3 复杂曲线曲面插补硬件平台技术方面的研究现状 |
| 1.3 课题的来源及论文主要研究内容 |
| 第二章 复杂曲线曲面NURBS重构技术 |
| 2.1 NURBS曲线基本概念及性质 |
| 2.1.1 有理分式和有理基函数表示 |
| 2.1.2 三次NURBS曲线矩阵表达式 |
| 2.2 NURBS曲面基本概念及性质 |
| 2.2.1 NURBS曲面表达式及偏微分公式 |
| 2.2.2 双参数三次NURBS曲面表达式及微分公式 |
| 2.3 复杂曲线NURBS曲线重构算法 |
| 2.3.1 NURBS曲线拟合算法概述 |
| 2.3.2 NURBS曲线拟合算法 |
| 2.3.3 NURBS曲线拟合算法误差分析 |
| 2.4 复杂曲面双参数三次NURBS曲面重构算法 |
| 2.4.1 复杂曲面双参数三次NURBS曲面重构算法 |
| 2.4.2 NURBS曲面形状修改 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 高速高精度NURBS曲线轨迹插补算法 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 三次NURBS曲线轨迹粗插补算法 |
| 3.2.1 已有参数密化算法 |
| 3.2.2 预测-修正-校正参数密化算法 |
| 3.2.3 轨迹计算算法 |
| 3.3 三次NURBS曲线轨迹精插补算法 |
| 3.4 NURBS轨迹插补算法实例及仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 高速高精度NURBS曲线插补速度控制算法 |
| 4.1 速度控制算法概述 |
| 4.2 NURBS曲线长度计算 |
| 4.3 梯型曲线加减速控制算法 |
| 4.4 S型曲线加减速控制算法 |
| 4.4.1 S型曲线加减速控制算法 |
| 4.4.2 S型曲线加减速控制算法实现 |
| 4.5 平滑S型曲线加减速控制算法 |
| 4.5.1 平滑S型曲线加减速控制算法公式 |
| 4.5.2 平滑S型曲线加减速速度规划 |
| 4.6 NURBS曲线速度控制算法实例及仿真 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 NURBS曲面五轴加工刀具路径规划算法 |
| 5.1 NURBS曲面加工 |
| 5.2 NURBS曲面点铣加工算法 |
| 5.2.1 CC点位置的计算 |
| 5.2.2 CL点位置的计算 |
| 5.3 NURBS直纹面和类直纹面侧铣加工算法 |
| 5.3.1 NURBS类直纹面侧铣加工条件的判定 |
| 5.3.2 NURBS直纹面刀路轨迹优化算法 |
| 5.3.3 NURBS直纹面和类直纹面双NURBS曲线插补 |
| 5.4 NURBS曲面侧铣加工实例计算 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 基于量子框架的嵌入式NURBS插补平台技术 |
| 6.1 概述 |
| 6.2 量子框架及量子框架编程平台 |
| 6.2.1 量子编程平台 |
| 6.2.2 量子框架的特点 |
| 6.2.3 量子框架运行过程 |
| 6.3 基于量子框架的嵌入式数控系统体系结构 |
| 6.4 基于量子框架的嵌入式数控系统支撑平台 |
| 6.4.1 μC/OS-Ⅱ移植对处理器的要求 |
| 6.4.2 μC/OS-Ⅱ在AT91RM9200微控制器上移植 |
| 6.4.3 测试移植代码 |
| 6.5 量子框架运行环境层配置和在μ C/OS-Ⅱ操作系统上的移植 |
| 6.5.1 运行环境层配置 |
| 6.5.2 量子框架在μ C/OS-Ⅱ操作系统上的移植 |
| 6.6 基于量子框架NURBS插补器构建 |
| 6.6.1 基于量子框架NURBS插补器活动对象构建 |
| 6.6.2 基于量子框架NURBS插补器活动对象移植验证 |
| 6.6.3 基于量子框架的NURBS曲线插补器优点 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 NURBS曲线曲面插补仿真与数控加工实验 |
| 7.1 NURBS曲线曲面插补仿真 |
| 7.1.1 三次NURBS曲线插补仿真 |
| 7.1.2 三次NURBS曲面插补仿真 |
| 7.2 NURBS曲线曲面插补实验方案硬件设计 |
| 7.2.1 NURBS曲线曲面插补器插补模块核心电路板设计 |
| 7.2.2 NURBS曲线曲面插补器插补模块接口电路板 |
| 7.3 NURBS曲线曲面插补实验方案软件设计 |
| 7.4 NURBS曲线曲面插补加工实验 |
| 7.4.1 腰轮转子加工实例 |
| 7.4.2 整体叶轮加工实例 |
| 7.5 加工实验结果分析 |
| 7.6 本章小结 |
| 第八章 总结和展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 本文的主要创新点 |
| 8.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（5）基于Internet的STEP-NC的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 前人的研究成果 |
| 1.2.1 STEP标准的提出及应用 |
| 1.2.2 STEP-NC标准及研究现状 |
| 1.2.3 基于WEB服务的制造业的集成框架 |
| 1.2.4 特征技术和CAD/CAM集成化的研究 |
| 1.2.5 NURBS曲线曲面插补技术的研究 |
| 1.3 选题依据 |
| 1.4 主要研究内容及论文结构 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 论文的结构 |
| 第二章 面向STEP-NC的制造特征模型 |
| 2.1 STEP-NC标准的研究 |
| 2.1.1 产品信息建模思想 |
| 2.1.2 STEP-NC的描述方法 |
| 2.1.3 物理文件的交换格式 |
| 2.1.4 从EXPRESS到交换文件的映射 |
| 2.1.5 STEP-NC的信息模型 |
| 2.1.6 几个重要实体的分析 |
| 2.2 设计特征与制造特征 |
| 2.3 面向STEP-NC的制造特征模型 |
| 2.3.1 信息模型 |
| 2.3.2 建模思想及建模规则 |
| 2.3.3 制造特征的分类与定义 |
| 2.4 系统实现及实例研究 |
| 2.4.1 特征库的建立与使用 |
| 2.4.2 Pro/TOOLKIT菜单设计 |
| 2.4.3 用户界面及数据库接口的开发 |
| 2.4.4 应用实例 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于制造特征模型的工艺设计 |
| 3.1 特征驱动的工艺设计的总体结构 |
| 3.2 建立以制造特征为核心的工艺知识库 |
| 3.2.1 加工方法库 |
| 3.2.2 制造资源库 |
| 3.2.3 加工工艺库 |
| 3.3 工艺设计中的决策推理 |
| 3.3.1 加工方法链的决策推理 |
| 3.3.2 工步的决策排序 |
| 3.3.3 生成STEP-NC接口文件 |
| 3.4 实例研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 STEP-NC在Internet上的实现 |
| 4.1 STEP、STEP-NC与XML的转换 |
| 4.1.1 XML技术体系 |
| 4.1.2 两步法实现STEP-NC到XML的转换 |
| 4.1.3 EXPRESS与XML Schema的映射 |
| 4.1.4 STEP Part21物理文件到XML的转换 |
| 4.2 STEP-NC的图形化显示及与CNC的接口 |
| 4.3 应用XML实现CAD/CAM/STEP-NC在Internet上的集成 |
| 4.3.1 XML信息传输模式的研究 |
| 4.3.2 集成框架 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 STEP-NC中曲线曲面描述及插补技术的研究 |
| 5.1 NURBS曲线的数学表示及性质 |
| 5.1.1 STEP-NC中曲线曲面的描述 |
| 5.1.2 NURBS曲线的齐次坐标表示 |
| 5.1.3 NURBS曲线的性质 |
| 5.2 NURBS曲线实时插补技术的研究 |
| 5.2.1 实时插补算法 |
| 5.2.2 NURBS曲线点的求值和导矢计算 |
| 5.2.3 精度控制及进给速度的自适应调节 |
| 5.2.4 曲线尖点的离线预处理 |
| 5.2.5 NURBS曲线实时插补的速度控制 |
| 5.3 NURBS曲线实时插补的性能测试分析 |
| 5.3.1 插补模块的实时性测试 |
| 5.3.2 加工精度测试与分析 |
| 5.3.3 进给速度的波动分析 |
| 5.4 NURBS曲面插补算法 |
| 5.4.1 NURBS曲面的数学表示 |
| 5.4.2 参数线法曲面插补算法 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 研究成果及发表的学术论文 |
| 作者及导师简介 |
| 附件 |
（6）基于NURBS曲面几何参数的五轴数控插补技术研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 1. 绪论 |
| 1.1 五轴数控加工的必要性 |
| 1.1.1 五轴数控加工概述 |
| 1.1.2 五轴数控加工的特点 |
| 1.2 数控系统插补的原理 |
| 1.3 曲面插补技术概况 |
| 1.3.1 传统曲面插补方法 |
| 1.3.2 曲面直接插补技术研究现状 |
| 1.4 本文研究的主要内容 |
| 2. NURBS曲线曲面的数学描述 |
| 2.1 NURBS曲线的定义及相关运算 |
| 2.1.1 NURBS曲线的定义 |
| 2.1.2 齐次坐标法对NURBS曲线上一点的运算 |
| 2.1.3 NURBS曲线的偏导运算 |
| 2.2 NURBS曲面的定义及相关运算 |
| 2.2.1 NURBS曲面的定义 |
| 2.2.2 NURBS曲面上一点的运算 |
| 2.2.3 NURBS曲面的偏导运算 |
| 2.3 本章小结 |
| 3. NURBS曲面几何信息提取研究 |
| 3.1 图形数据交换标准概述 |
| 3.1.1 IGES规范概述 |
| 3.1.2 STEP标准概述 |
| 3.2 IGES文件中NURBS曲面几何信息的提取 |
| 3.2.1 IGES文件存储格式 |
| 3.2.2 IGES文件中实体数据记录格式 |
| 3.2.3 IGES文件中NURBS曲面存储方式 |
| 3.2.4 IGES文件中NURBS曲面几何信息提取 |
| 3.3 STEP文件中NURBS曲面几何信息的提取 |
| 3.3.1 STEP文件存储格式 |
| 3.3.2 STEP文件中NURBS曲面几何信息的存储方式 |
| 3.3.3 STEP文件中NURBS曲面几何信息提取 |
| 3.3.3.1 STEP文件中NURBS曲面实体到C++类的映射 |
| 3.3.3.2 STEP文件中NURBS曲面实体几何信息提取 |
| 3.4 NURBS曲面几何参数提取程序的设计与开发 |
| 3.4.1 程序主界面设计 |
| 3.4.2 NURBS曲面文件的显示模块 |
| 3.4.2.1 AutoVue控件 |
| 3.4.2.2 AutoVue控件的注册与调用 |
| 3.4.2.3 NURBS曲面文件文本的显示 |
| 3.4.3 NURBS曲面几何参数参数提取验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4. NURBS曲面五轴插补方法的研究 |
| 4.1 NURBS曲面的五轴数控插补机理 |
| 4.2 基于等参数线法的刀具路径规划 |
| 4.2.1 五轴加工刀具路径计算相关模型 |
| 4.2.2 等参数线法的刀具路径规划 |
| 4.2.3 加工曲面曲率半径的计算 |
| 4.2.4 有效刀具半径的计算 |
| 4.2.5 走刀行距的计算 |
| 4.3 基于恒定进给速度的刀位点和姿态角生成 |
| 4.3.1 刀触点坐标的计算 |
| 4.3.2 刀具偏置 |
| 4.4 基于机床结构的逆运动学变换 |
| 4.5 插补算法优化及程序实现 |
| 4.5.1 插补点的直接计算 |
| 4.5.2 插补点计算的简化算法 |
| 4.5.3 插补点计算的程序实现 |
| 4.6 仿真验证 |
| 4.7 本章小结 |
| 5. 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（7）高精度开放式数控系统复杂曲线曲面插补关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 数控加工技术的特点及发展历程 |
| 1.1.1 硬件式数控时代 |
| 1.1.2 软硬结合式数控时代 |
| 1.2 开放式数控系统的研究与发展趋势 |
| 1.2.1 开放式CNC 的特征和几种典型的结构 |
| 1.2.2 开放式数控系统核心部件——运动控制器 |
| 1.3 复杂曲线曲面加工技术的国内外研究现状 |
| 1.3.1 复杂曲线曲面的形状描述方法 |
| 1.3.2 复杂曲线曲面加工路径规划技术的现状 |
| 1.3.3 复杂曲线曲面插补技术的发展 |
| 1.4 课题提出的意义和来源 |
| 1.5 课题主要研究内容和创新点 |
| 1.6 本文章节安排 |
| 第二章 复杂曲面笔式加工方法 |
| 2.1 问题的提出 |
| 2.2 曲面上曲线的映射方法 |
| 2.3 复杂曲面的笔式加工 |
| 2.3.1 复杂曲面的数学描述 |
| 2.3.2 复杂曲面笔式加工的概念和特点 |
| 2.3.3 复杂曲面笔式加工区域的确定 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 复杂曲面笔式加工导动曲线环的生成 |
| 3.1 概述 |
| 3.2 环型内偏置NURBS 样条导动曲线族轨迹 |
| 3.2.1 几种方案的可行性分析和对比 |
| 3.2.2 生成平面上导引线的偏置线 |
| 3.3 蛛网式内偏置导动曲线族 |
| 3.3.1 蛛网式内偏置多边形环生成原理 |
| 3.3.2 算法的适用范围 |
| 3.3.3 内偏置曲线环的生成 |
| 3.4 两种平面内偏置曲线生成方法的比较 |
| 3.5 算法实例 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于轮廓误差约束的笔式加工导动线生成方法 |
| 4.1 概述 |
| 4.2 行间距初值的设定 |
| 4.3 行距预置值导致的实际轮廓误差的分析 |
| 4.4 空间自由曲线环之间实际轮廓误差的形成 |
| 4.4.1 第一种方法的实际轮廓误差计算 |
| 4.4.2 第二种方法的实际轮廓误差计算 |
| 4.5 满足曲面加工精度的导引线的生成 |
| 4.5.1 基于等距控制多边形的刀触点迹线导引线的生成 |
| 4.5.2 基于蛛网式控制多边形方法的刀触点迹线的生成 |
| 4.6 算法特点 |
| 4.7 算法实例 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 复杂曲面笔式加工的直接插补算法 |
| 5.1 问题的提出 |
| 5.2 建立曲面上曲线的数学模型 |
| 5.3 曲面上自由曲线的直接插补算法 |
| 5.3.1 点偶运动学关系的分析 |
| 5.3.2 参数的间接预估 |
| 5.3.3 以曲面上自由曲线作为加工轨迹的刀触点计算 |
| 5.4 插补算法误差分析及满足精度要求的插补点计算 |
| 5.5 复杂曲面笔式加工的自由曲线轨迹的直接插补算法特点 |
| 5.6 算法实例 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 空间自由曲线的参数细分插补算法 |
| 6.1 问题的提出 |
| 6.2 刀位点轨迹线的实时构造 |
| 6.2.1 参数三次多项式曲线 |
| 6.2.2 三次B 样条曲线 |
| 6.2.3 逼近理想刀位点轨迹线的几种方法比较 |
| 6.3 空间自由曲线的参数细分插补算法及插补性能分析 |
| 6.3.1 算法研究 |
| 6.3.2 参数细分插补算法的性能分析 |
| 6.3.3 算法特点 |
| 6.4 自由曲线曲面混合软插补器的构建 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间发表的学术论文以及科研成果 |
（8）基于STEP标准的自由曲线曲面插补技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 数控技术的发展历程 |
| 1.2.1 硬件数控(NC)阶段 |
| 1.2.2 计算机数控(CNC)阶段 |
| 1.2.3 新一代计算机数控阶段 |
| 1.2.4 国内数控技术的发展状况 |
| 1.3 数控机床和数控系统的发展趋势 |
| 1.3.1 性能发展趋势 |
| 1.3.2 功能发展趋势 |
| 1.3.3 体系结构发展趋势 |
| 1.4 数控插补原理 |
| 1.4.1 脉冲增量插补 |
| 1.4.2 数据采样插补 |
| 1.5 曲面加工概述 |
| 1.5.1 传统曲面加工 |
| 1.5.2 NURBS插补的提出 |
| 1.5.3 曲面直接插补技术的研究现状 |
| 1.6 本研究课题主要内容及意义 |
| 1.6.1 课题研究内容 |
| 1.6.2 课题研究意义 |
| 第2章 STEP标准与STEP中性交换文件 |
| 2.1 STEP标准概念 |
| 2.1.1 STEP标准组成部分与结构 |
| 2.1.2 STEP标准的内容 |
| 2.1.3 STEP描述语言EXPRESS |
| 2.2 STEP中性交换文件 |
| 2.2.1 文件交换的实现形式 |
| 2.2.2 STEP中性文件结构 |
| 2.2.3 STEP中性交换文件数据段分析 |
| 2.3 本章总结 |
| 第3章 NURBS曲线曲面几何信息提取 |
| 3.1 STEP标准中NURBS曲线与曲面的数据模型 |
| 3.1.1 STEP标准中NURBS曲线数据模型 |
| 3.1.2 STEP标准中NURBS曲面数据模型 |
| 3.2 STEP中性交换文件中NURBS曲线与曲面信息提取 |
| 3.2.1 STEP标准中实体到C++类映射的实现 |
| 3.2.2 信息提取过程的实现 |
| 3.3 本章总结 |
| 第4章 NURBS曲线插补技术研究 |
| 4.1 NURBS曲线数学定义 |
| 4.2 NURBS曲线几何数据插补前预处理 |
| 4.3 NURBS曲线插补算法提出 |
| 4.3.1 等弧长插补算法思想 |
| 4.3.2 等弧长插补步长计算 |
| 4.3.3 插补精度考虑 |
| 4.3.4 实时进给加减速控制 |
| 4.3.5 算法流程图 |
| 4.4 实例验证 |
| 4.5 本章总结 |
| 第5章 NURBS曲面插补技术研究 |
| 5.1 目前常见的刀具轨迹生成方法 |
| 5.1.1 参数线法 |
| 5.1.2 CC路径截面线法 |
| 5.1.3 CL路径截面线法 |
| 5.2 NURBS曲面数学定义 |
| 5.3 NURBS曲面插补算法 |
| 5.3.1 算法基本思想 |
| 5.3.2 算法流程图 |
| 5.4 实例验证 |
| 5.5 本章总结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（9）网络化STEP-NC控制器关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 本课题的研究背景 |
| 1.2 基于现场总线的数控系统研究现状 |
| 1.2.1 实时以太网历史与现状 |
| 1.2.2 基于实时以太网的数控系统现状 |
| 1.3 STEP-NC的研究现状 |
| 1.3.1 欧洲的STEP-NC研究现状 |
| 1.3.2 美国的STEP-NC研究现状 |
| 1.3.3 韩国STEP-NC研究现状 |
| 1.3.4 国内研究现状 |
| 1.4 数控系统的网络接口 |
| 1.4.1 MTConnect现状 |
| 1.4.2 OPC现状 |
| 1.4.3 MTConnect-OPC UA的比较与结合 |
| 1.5 本文的研究内容及意义 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 基于STEP-NC的网络化数控系统架构 |
| 2.1 数控系统基本功能分析 |
| 2.2 CNC对实时以太网的需求及拓扑结构 |
| 2.2.1 EtherCAT与SERCOSⅢ简介 |
| 2.2.2 CNC系统对RTE的需求及EtherMAC的特点 |
| 2.2.3 EetherMAC拓扑结构 |
| 2.3 STEP-NC及STEP-NC控制器的结构 |
| 2.3.1 STEP与STEP-NC |
| 2.3.2 STEP-NC数据模型 |
| 2.3.3 STEP-NC技术实施要点与控制器结构 |
| 2.4 系统架构 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 实时以太网及其关键技术的研究与实现 |
| 3.1 EtherMAC原理 |
| 3.1.1 通讯流程与通讯协议 |
| 3.1.2 确定性通讯与传输路径控制 |
| 3.1.3 分布时钟同步方法 |
| 3.1.4 出错处理 |
| 3.1.5 传输延迟时间 |
| 3.1.6 对非实时操作系统的考虑 |
| 3.2 从站实现 |
| 3.2.1 链路层实现 |
| 3.2.2 电机脉冲控制模块 |
| 3.2.3 其它数控的输入输出控制功能模块 |
| 3.3 主站RTE接口的实现 |
| 3.4 实时性能测试 |
| 3.4.1 从节点同步性能测试 |
| 3.4.2 主节点延迟测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 上层网络接口MTConnect及其实现 |
| 4.1 MTConnect介绍 |
| 4.1.1 MTConnect结构与流程 |
| 4.1.2 MTConnect数据格式 |
| 4.1.3 设备描述与建模 |
| 4.2 MTConnect与STEP-NC结合 |
| 4.3 构造基于MTConnect的机床模型 |
| 4.4 MTConnect接口的实现 |
| 4.4.1 代理端实现 |
| 4.4.2 客户端实现 |
| 4.4.3 MTConnect延时 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于STEP-NC的CAM模块 |
| 5.1 Gerber图形的STEP描述 |
| 5.2 CAM模块的输入信息 |
| 5.2.1 Gerber文件的读取 |
| 5.2.2 刀具 |
| 5.2.3 机床模型 |
| 5.3 工艺规划及到STEP-NC的映射 |
| 5.4 路径生成算法 |
| 5.4.1 轮廓计算算法 |
| 5.4.2 路径生成 |
| 5.5 STEP-NC文件的生成 |
| 5.5.1 ST-Developer STEP库 |
| 5.5.2 生成STEP-NC文件 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 STEP-NC控制器应用层的实现与系统集成 |
| 6.1 STEP-NC控制器应用层 |
| 6.1.1 STEP实体的再组织 |
| 6.1.2 STEP文件通用解释器 |
| 6.1.3 路径生成 |
| 6.1.4 加工管理模块 |
| 6.1.5 显示与仿真 |
| 6.2 系统集成 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 今后工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及参与的科研项目 |
| 致谢 |
| English Paper 1 |
| English Paper 2 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（10）自由曲线曲面CNC插补技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 数控技术的发展历程 |
| 1.2.1 NC阶段 |
| 1.2.2 CNC阶段 |
| 1.2.3 我国数控技术的发展 |
| 1.3 数控技术的发展趋势 |
| 1.3.1 性能发展方向 |
| 1.3.2 功能发展方向 |
| 1.3.3 体系结构的发展 |
| 1.4 课题的选题依据、目的和意义 |
| 第二章 CNC系统中的插补技术 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基本插补算法 |
| 2.2.1 脉冲增量法 |
| 2.2.2 数据采样法 |
| 2.3 参数曲线的实时插补算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 形状数学描述和自由曲线曲面理论 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 工件形状的数学描述 |
| 3.3 NURBS曲线 |
| 3.3.1 NURBS方法的提出 |
| 3.3.2 NURBS曲线的数学表示 |
| 3.3.3 NURBS曲线的性质 |
| 3.3.4 NURBS曲线对称性的证明 |
| 3.4 NURBS曲面 |
| 3.4.1 NURBS曲面的数学表示及其性质 |
| 3.4.2 NURBS曲面上点的求值 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 NURBS曲线实时插补技术的实现及其性能分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 NURBS曲线实时插补技术的实现 |
| 4.2.1 NURBS曲线的求值和导矢计算 |
| 4.2.2 NURBS曲线的插补刀轨 |
| 4.2.3 NURBS曲线实时插补的速度控制 |
| 4.3 NURBS曲线实时插补模块的性能分析 |
| 4.3.1 插补模块的效率分析 |
| 4.3.2 插补模块的实时性测试 |
| 4.3.3 插补模块的误差分析 |
| 4.3.4 插补模块的进给速度波动分析 |
| 4.4 NURBS插补模块的集成与实例验证 |
| 4.5 NURBS插补模块与CAD/CAM系统间的数据交换 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 NURBS曲面实时插补技术初探 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 曲面实时插补技术 |
| 5.2.1 传统数控系统的曲面加工 |
| 5.2.2 具有曲面插补功能的数控系统 |
| 5.3 NURBS曲面实时插补 |
| 5.3.1 参数线法 |
| 5.3.2 截平面法 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 课题总结 |
| 6.2 今后的研究方向 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
四、基于曲面插补的曲面加工模式及其关键技术研究（论文参考文献）
- [1]基于STEP-NC的开放式数控系统若干关键技术研究[D]. 王国勋. 东北大学, 2013(03)
- [2]数控系统的插补算法及加减速控制方法研究[D]. 赵巍. 天津大学, 2004(11)
- [3]基于曲面插补的曲面加工模式及其关键技术研究[J]. 王水来,阮雪榆,周济. 上海机床, 1997(04)
- [4]基于NURBS的复杂曲线曲面高速高精度加工技术研究[D]. 余道洋. 合肥工业大学, 2014(07)
- [5]基于Internet的STEP-NC的研究[D]. 张莉彦. 北京化工大学, 2008(11)
- [6]基于NURBS曲面几何参数的五轴数控插补技术研究[D]. 于阳. 辽宁科技大学, 2019(05)
- [7]高精度开放式数控系统复杂曲线曲面插补关键技术研究[D]. 孟书云. 南京航空航天大学, 2006(06)
- [8]基于STEP标准的自由曲线曲面插补技术研究[D]. 徐元凡. 山东大学, 2009(05)
- [9]网络化STEP-NC控制器关键技术研究[D]. 王科. 山东大学, 2012(12)
- [10]自由曲线曲面CNC插补技术的研究[D]. 边玉超. 北京化工大学, 2004(01)