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Jul 06, 2023

Un metodo di interpolazione efficiente e accurato per la lavorazione di curve parametriche

Scientific Reports volume 12, Numero articolo: 16000 (2022) Cita questo articolo 1219 Accessi 2 Citazioni 1 Dettagli metriche altmetriche Un metodo di interpolazione di sottosezioni basato sulla curvatura della curva

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 16000 (2022) Citare questo articolo

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Viene proposto un metodo di interpolazione di sottosezioni basato sulla soglia di curvatura della curva per risolvere il problema incompatibile della precisione della lavorazione e dell'efficienza della lavorazione nella lavorazione di curve parametriche. Nella fase di pre-interpolazione, la soglia di curvatura della curva viene calcolata in base a vincoli geometrici e cinematici. I punti chiave di interpolazione della sottosezione e le loro velocità nominali vengono quindi determinati dai punti di soglia di curvatura e dai punti iniziale e finale della curva, e la lunghezza dell'arco di ciascun sottosegmento può essere calcolata in base al metodo adattivo Simpson. Di conseguenza, l'algoritmo di pianificazione della velocità di tipo S e l'algoritmo di scansione della velocità bidirezionale vengono utilizzati per aggiornare e realizzare la curva di velocità globale per ridurre la fluttuazione della velocità. Nella fase di interpolazione in tempo reale, i parametri di interpolazione della curva vengono calcolati utilizzando il metodo Runge-Kutta parametrico modificato del secondo ordine, che potrebbe migliorare significativamente la precisione dell'interpolazione e anche ridurre il tempo di interpolazione. Infine, utilizzando casi numerici si è riscontrato che il metodo proposto può livellare la velocità complessiva di interpolazione, ridurre efficacemente la fluttuazione di velocità e migliorare le prestazioni in tempo reale dell'interpolazione.

La B-Spline razionale non uniforme (NURBS) ha una buona capacità di controllo locale e capacità di espressione della forma ed è stata ampiamente utilizzata nella costruzione di curve e superfici libere1. La tecnologia di interpolazione basata su NURBS può interpolare direttamente curve parametriche senza separare le curve in un gran numero di linee rette e archi, evitando così frequenti accelerazioni e decelerazioni nel processo di elaborazione. Migliorerebbe notevolmente la precisione e l'efficienza della lavorazione. Con la crescente domanda di lavorazione di parti superficiali complesse, la modellazione di superfici complesse e la tecnologia di lavorazione basata sulla tecnologia NURBS sono diventate la tecnologia chiave per ottenere lavorazioni meccaniche di precisione ad alta efficienza e hanno attirato sempre più attenzione da parte degli studiosi. Wei et al.2 hanno studiato la modellazione integrale della girante e la pianificazione del percorso utensile basata sulla curva e sulla superficie NURBS e hanno realizzato la progettazione e la lavorazione di parti di superficie complesse sulla base di parametri NURBS unificati, ma il suo processo di lavorazione dipendeva da macchine utensili NC di alta qualità con Funzione di interpolazione NURBS.

Attualmente, la ricerca sull'interpolazione NURBS in patria e all'estero si concentra principalmente su due aspetti: algoritmo di pianificazione della velocità e calcolo dei parametri di interpolazione spline in tempo reale. Nella lavorazione a controllo numerico (NC), l'utensile si muove lungo il percorso indicato della curva dei parametri e, a causa dei vincoli cinematici e geometrici, il metodo di pianificazione della velocità preimpostato può garantire la giunzione uniforme di più curve di velocità. Wang et al.3,4,5 hanno utilizzato una velocità di avanzamento costante per interpolare la curva dei parametri, il metodo favorisce la stabilità del processo di elaborazione per la curva con pochi cambiamenti nella curvatura, ma per la curva dei parametri con curvatura variabile, l'elaborazione l'accuratezza e l'efficienza di elaborazione non possono essere prese in considerazione. Nam et al.6,7,8,9 hanno proposto un algoritmo che pianifica l'accelerazione/decelerazione autoadattativa di tipo S per soddisfare i vincoli cinematici della macchina utensile per realizzare una transizione graduale della velocità di avanzamento, quindi questo metodo è uno dei gli algoritmi di pianificazione della velocità più utilizzati nel campo delle lavorazioni NC10,11,12,13,14. Lee et al.15 e Wang et al.16 propongono il metodo di pianificazione della velocità della funzione trigonometrica per realizzare il cambiamento graduale dell'accelerazione e dello strappo, ma il suo processo di elaborazione raggiunge solo il valore estremo dei parametri di movimento in momenti individuali, non può effettuare il pieno l'uso di macchine utensili e l'efficienza del movimento è bassa. Liu et al.17 hanno aggiunto punti di verifica della velocità positivi e negativi nel modulo di interpolazione previsionale basato sulla pianificazione di accelerazione e decelerazione di tipo S e hanno determinato se chiamare interpolazione del punto di verifica dell'interpolazione inversa in base alle condizioni di giudizio della velocità nella realtà. fase di interpolazione temporale. Questo metodo può migliorare efficacemente l'efficienza dell'interpolazione. Zhang et al.18 hanno utilizzato cinque curve campione B per generare un percorso utensile con curvatura uniforme basato su vincoli teorici di velocità di avanzamento delimitati dall'accelerazione e dall'impatto dell'asse. Chen et al.19 hanno proposto un algoritmo di controllo dell'accelerazione/decelerazione a cinque polinomi, in grado di ottenere un controllo flessibile dell'accelerazione. LI et al.20 hanno utilizzato il profilo di velocità di avanzamento della funzione Sigmoide, che è più conciso rispetto al profilo polinomiale e più efficiente rispetto al profilo trigonometrico.