NURBS 在CAD / CAM 领域已得到较为成功的应用。但作为CAD / CAM 信息物化的CNC 在NURBS 的应用上却相对滞后。近年来，随着数控高速切削技术的日益发展，当进行高精度的曲面加工时，由微段直线或圆弧构成的零件程序非常庞大，从而造成加工信息量大增，另外直线或圆弧也不能真实、完整地反映CAD / CAM 系统所产生的复杂曲面模型，从而造成制造精度偏离设计要求。为了能够更好地解决高速切削的工艺问题，有关NURBS 插补技术也成为研究热点之 1 .直线插补在加工中存在的问题
在三维曲面加工中，经常将曲线离散为微小直线，然后用直线插补方法来完成。直线插补在以下几方面存在着问题：
1 )程序过大加工精度越高，程序指令条也就越多，精度提高1 / 2 ，则程序指令条增大2 倍。
2 )必须大量、高速输人程序。
3 )加工面起棱加工面直接反映加工误差，当误差大时，曲面上可以看到近似直线加工所带来的表面不平滑的现象。
4 )延长加工时间根据程序指令加工时，为减小运行冲击需要减速，其结果延长加工时间。
2 . NURBS 插补的定义
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可以看出，NURBS 曲线由以下三个参数定义：
l )控制顶点确定曲线的位置，通常不在曲线上。
2 )权因子w ，确定控制点的权值，它相当于控制点的“引力”，其值越大曲线就越接近控制点。
3 )节点矢量NURBS 曲线随着参数的变化而变化，与控制顶点相对应的参数化点，称为节点，节点的集合称为节点矢量。若将定义NURBS 曲线的三个参数(控制点、权值、节点矢量)作为NC 程序指令的一部分，让CNC 在内部计算并生成NURBS 曲线，并按照该虚劳病NURBS 曲线醚动机床动作，加工出NURBS 曲线的形状，这就是NURBS 插补。
程序段从G06 . 2 指令开始，NC 装置读人G06 . 2 后面的三组数据进行插补。这样按定义NURBS 曲线的三组数据值，实现NURBS 插补。所以，不需要像近似直线插补需提供大量的指令信息。程序变小后无需向NC 高速传输。对于模具外形加工，一般来说误差在1 卯m 内时，与近似直线插补相比能减少1 / 2 一1 / 3 左右指令条.
3 · NURBS 插补的优点
在NURBS 插补时，在NC 程序指令中，只有三类定义NURBS 的数值，没有必要用大童的微小直线段的指令。此外，由于不是直线插补，而NC 自身可以进行NURBS 曲线插补，可以得到光滑的加工形状，从根本上解决直线插补加工所带来的问题。NURBS 插补的优点主要体现在;
l )程序段变少在复杂形状零件的高速加工中，采用直线段逼近零件形状，为保证加工精度每段NC 巴黎气候协定代码定义的位移较小，因而NC 代码变得非常庞大，三维零件的NC 代码一般要比NURBS 刀轨长10 ~100 倍。
2 )无需向NC 进行高速的程序传输由于数控系统的内存有限，往往要求在加工过程中分批 将数控加工代码输人数控系统。DNC 是通过串行通信实现NC 代码传输，传输速度一般在110 ? 38400 波特率之间，最常用的是%00 波特率。若按每段NC 代码平均20 商业银行法个字符，DNC 传输速度为每秒960 个字符，则每秒只能传输48 段NC 代码，实际传输速度只能达到理论值的一半左右。在这种情况下，若NC 代码段定义的位移为0 . 25mm , DNC 能满足的加工进给速度是360mm / min , 根本满足不了高速加工的要求，从而影响加工速度使机床的性能难以得到充分发挥。解决这一间题的方法，一是采用NURBS 刀轨，二是采用计算机数控系统网络(DCN ) ，DNC传输速度是DNC 传输速度的1000 倍左右。 3 )可以缩短加工时间直线擂补加工时为降低直线端的速度冲击，数控系统的待加工轨迹监控功能(即“前馈”功能)在直线端不断加减速，而NURBS 插补在机械允许的速度矢量方向变化的加速度范围内，无需加减速，提高了加工速度。
在高速加工时，一般的CNC 系统的NC 代码块处理能力往往跟不上代码段高速加工速度，要么降低了加工速度，要么为保持高速牺牲精度(增加直线段长度进而提高代码执行时间)，而一段NURBS 插补刀轨位移往往包含10 ? 100 段线性刀轨的位移，降低了对CNC 的NC 代码块处理能力的要求，因而往往能满足高速加工的要求。
4 )改善了表面质量NURBS 插补避免了以直代曲，容易获得光滑的加工形状，因此可以减少手工光整加工时间，提高了工件加工精度。
此外.NURBS 曲线插补还带来了相关的优良加工特性，如实现无手工打磨的高质量、光滑的精加工。最大地利用高速数控加工机床的CNC 特性。刀具切削力稳定，延长刀具寿命，可直接利用CAD / CAM 的NURBS 曲线生成相应的刀轨文件等。
4 . NURBS 第四纪冰川插补高速加工的必要条件
要实现NURBS 曲线插补，机床数控系统必须具有支持NURBS 插补的功能，由数控系统自身根据插值率计算并生成对NURBS 曲线刀轨的插补路径.所谓插值率(或称插值时间，伺服周期)是指数控系统用于测量一次工作台的实际位置并发出驱动坐标轴移动一定脉冲数的时间周期，在这一时间内，数控系统是线性驱动的。插值率越短，插补点距越小，零件的加工精度也就越高。插值率是数控系统的一个重要技术参数。数控系统自身按其插值率计算并生成对NURBS 曲线刀轨的插补路径，其插值时间(插值率)越短，插补点距越小，零件的加工精度也就越高。低插值率再配以NURBS 插值是提高加工精度的有效途径。CNC 上实现NURBS 曲线插补的核心是插补器的实现，而插补器算法的关键是插补速度。
健康快线
待加工轨迹监控是数控系统的一项关键技术，其工作原理是计算机控制系统在控制加工的同时扫描待加工的数控代码，根据进给方向的变化动态地调节进给速汝，女「果进给方向变化剧烈，待加工轨迹监控便会预先以某种方式减速，避免因机晰籽性而出现过切和残留，若进给方向比较平坦，则迅速地将进给速度提高到最大编程速度，栋加工轨迹监控可在每秒2000 多次改变进给速度，以达到零件加工时间的址炯化.这就要求数控机床能满足这种速度的快速改变。线性插值刀轨是叠过卖人预处理决来处理的，速度的改变以NC 代码段定义位移为单位来实现的，NUR 石S 刀轨能够以定义NURBS 的控制点和插值率为单位实现速度的改变，又弓速度的调节更精细，同时由于同样加工形状NURBS 刀轨方向比线性刀轨改变小.团武允许以更高的速度实现切削。要实现NURBS 插补的前馈监控，除了对机床的加减速度能力提出更高的要求外，关键是实现基于连续动态控制进给速度的智能NURBS 插补，即根据NURBS 刀轨的方向改变控制进给速度。NURBS 插补可以达到很高的表面切削速度，这意味着需要很高的主轴转速才能满足要求(尤其在小刀具加工时)。
综上所述，高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC 控制系统等是实现NURBS 擂补高速加工的必要条件。
5 . NURBS 插补的实现方式
目前最常用的方式是通过机床数控系统将CAM 生成的直线插补刀轨在给定的容差内处理成NURBS 插补刀轨，最后再由数控系统进行NURBS 插补运算。不过，从CAM 的线性刀轨到CNC 的NURBS 刀轨的转换可由数控系统完成，也可由特殊的后置处理进行，在这个过程中，增加了额外的误差，但加工零件的光滑度得到了提高。
通过CAM 系统将CAD 中由NURBS 定义的几何模型转化为NURBS 刀轨，数控系统由刀轨中的三类参数(控制点、权因子和节点矢童)进行NURBS 插补运算。这种方式不存在将线性刀轨转换成NURBS 刀轨的方法误差，精度更高，是一种更有效的方法.在CNC 上实现NURBS 插补功能，核心问题在于插补器的实现。由于NURBS 函数的节点参数沿参数轴的分布是不等距的，因而不同节点矢量形成的B 样条基函数各不相同，需要单独计算;另外算法中增加了权因子，以上两个原因使其插补计算量大增，从而影响其插补速度。
由于NURBS 插补是近几年才发展起来的，目前只有FANUC 、Siemens 、三菱等的部分数控系统支持NURBS 插补，而绝大多数控系统只支持直线、圆弧或抛物线插补。NURBS 插补还没有统一的标准格式，制造商都是按自己的方式开发卜URBS 格式，事实上，CAD / CAM 开发商、机床厂商、最终用户以及CNC 控制系统厂商都需要统一的NURBS 标准，并从中受益，统一的NURBS 标准也是NURBS 技术走向成熟的标志。
作者：汽车模具 cn.yuntianmould uldsnet/
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