數(shù)控編程中列表曲線的數(shù)學(xué)處理

發(fā)布日期:2011-05-21    蘭生客服中心    瀏覽:2885

在實(shí)際生產(chǎn)中(特別是航空工業(yè)),許多零件的輪廓形狀是由實(shí)驗(yàn)方法來(lái)確定的,如飛機(jī)的機(jī)翼,它的形狀是由風(fēng)洞試驗(yàn)得到的。下圖就是一種用列表曲線表述外緣輪廓的零件。這種以列表坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)確定輪廓形狀的零件稱為列表曲線(或曲面)零件,所確定的曲線(或曲面)稱為列表曲線(或曲面)。它的特點(diǎn)是列表曲線上各坐標(biāo)點(diǎn)之間沒(méi)有嚴(yán)格一定的聯(lián)結(jié)規(guī)律,而在加工中則往往要求曲線能平滑得通過(guò)各坐標(biāo)點(diǎn),并規(guī)定了加工精度。計(jì)算機(jī)在對(duì)列表曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)處理時(shí)通常要經(jīng)過(guò)插值、擬合于光順3個(gè)步驟,下面簡(jiǎn)單介紹這幾個(gè)步驟。



(1)插值  在許多場(chǎng)合下,產(chǎn)品或工件的輪廓形狀往往很難找到一個(gè)具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式把它們描述出來(lái),通常只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)或數(shù)學(xué)計(jì)算得到一系列互不相同的離散點(diǎn)xi(x=0,1,2…)上的函數(shù)值f(xi) = yi(i=0,1,2, …n),即得到一張xi與yi對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表。通常把這種用數(shù)據(jù)表格形式給出的函數(shù)y=f(x)稱為列表函數(shù)。由于受某些條件的限制,實(shí)驗(yàn)觀測(cè)得到的離散點(diǎn)常常滿足不了實(shí)際加工的需要,這時(shí)就必須在所給函數(shù)表中再插入一些所需要的中間值,這就是通常所說(shuō)的“插值”。


插值的基本思路是先設(shè)法對(duì)列表函數(shù)f(x)構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單函數(shù)y=p(x)作為近似表達(dá)式,然后再計(jì)算p(x)的值來(lái)得到f(x)的近似值。


幾種常見(jiàn)的插值方法有拉格朗日插值法、牛頓插值法和樣條插值法等。


(2)擬合  擬合也稱逼近,在實(shí)際工程中,因?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)常帶有測(cè)試誤差,上述插值方法均要求所得曲線通過(guò)所有的型值點(diǎn),反而會(huì)使曲線保留著一切測(cè)試誤差,特別是當(dāng)個(gè)別誤差較大時(shí),會(huì)使插值效果顯得很不理想。因此,在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí),可以考慮放棄擬合曲線通過(guò)所有型值點(diǎn)的這一要求,而采用別的方法構(gòu)造近似曲線,只要求它盡可能反映出所給數(shù)據(jù)的走勢(shì)即可。如常用擬和方法之一的最小二乘法,就是尋求將擬合誤差的平方和達(dá)到最小值(最優(yōu)近似解)來(lái)對(duì)曲線進(jìn)行近似擬合的。上面提到的插值,擬合過(guò)程等,在數(shù)控加工的編程工作中,一般均被稱為第一次逼近(或稱第一次數(shù)學(xué)描述),由于受數(shù)控機(jī)床控制功能的限制,第一次逼近所取得的結(jié)果一般都不能直接用于編程,而必須取得逼近列表曲線的直線或圓弧數(shù)據(jù),這一擬合過(guò)程在編程中被稱為第二次逼近(或稱為第二次數(shù)學(xué)描述)。


目前常用的擬和方法有圓弧樣條擬合列表曲線和雙圓弧樣條擬合列表曲線兩種方法。


(3)光順


為了降低在流體中運(yùn)動(dòng)物體(如飛機(jī)、船舶、汽車等)的運(yùn)動(dòng)阻力,其輪廓外形不但要求做得更流線一些,而且要求美觀,看上去舒服順眼,因此就構(gòu)成了光順的概念。可見(jiàn),“光順”實(shí)際上是個(gè)工程上的概念,因光順要求光滑,但光滑并不等于光順,所以不能與數(shù)學(xué)上的“光滑”概念等同。


光順的條件包括兩個(gè)方面的要求:其一是光滑,至少一階導(dǎo)數(shù)連續(xù);其二是曲線走勢(shì),其凹凸應(yīng)符合設(shè)計(jì)目的。但大量實(shí)踐表明,僅滿足上述兩個(gè)必要條件,尚不能獲得滿意結(jié)果,故還應(yīng)增加光順的充分條件,即:曲線的曲率大小變化要均勻。


光順問(wèn)題是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)提出的專門(mén)課題,也是一個(gè)非常復(fù)雜,難度較大的問(wèn)題。目前對(duì)曲線與曲面的光順?lè)椒ê芏,在?shù)控加工實(shí)踐中常用的是“局部回彈法”。

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